Los centros de datos de alta densidad representan una evolución significativa en la arquitectura de la infraestructura tecnológica moderna. A medida que las empresas continúan generando y procesando cantidades masivas de datos, la demanda de soluciones de almacenamiento y procesamiento eficientes y compactas ha dado lugar a la concepción de estos complejos altamente especializados.
Hoy haremos un recorrido que nos ayudará a comprender los retos actuales más importantes del diseño de data centers y cómo se abordan para garantizar el éxito.
¿Qué es un data center y cuál es su estructura?
Un data center, o centro de datos, es una instalación física que las empresas utilizan para albergar su infraestructura de tecnologías de la información (TI), incluidos los servidores, dispositivos de almacenamiento de datos y conexiones de red. Estas instalaciones están diseñadas para proporcionar un entorno controlado con la infraestructura necesaria para operar sin interrupciones y gestionar y procesar grandes cantidades de datos de manera eficiente, segura y fiable.
El diseño estructural de un data center puede variar considerablemente dependiendo de los requisitos específicos del cliente, pero los siguientes componentes de un centro de datos están presentes en prácticamente todos los casos:
1.- Infraestructura de TI o equipos informáticos
Servidores: son los componentes críticos que procesan y gestionan los datos y aplicaciones.
Almacenamiento de datos: sistemas utilizados para almacenar datos de manera segura y eficiente, como SAN (Storage Area Network) y NAS (Network Attached Storage).
Redes: incluye switches, routers y otros dispositivos necesarios para la conexión de servidores y sistemas de almacenamiento, así como para la conexión del Data Center con el mundo exterior.
Enlaces de telecomunicaciones: conexiones redundantes y diversificadas con múltiples proveedores de servicios de telecomunicaciones para garantizar una conectividad confiable e ininterrumpida.
2.- Infraestructura de soporte: electricidad, refrigeración y emergencia
Suministro eléctrico: incluye conexiones a la red eléctrica, sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) y generadores para garantizar un suministro eléctrico constante y fiable.
Sistemas de refrigeración: diseñados para mantener las condiciones ambientales óptimas y evitar el sobrecalentamiento de los equipos de TI.
Sistemas contra incendios: detectores de humo, sistemas de supresión y otros mecanismos para prevenir y controlar incendios.
3.- Sistemas de seguridad física y digital
Control de acceso físico: barreras, puertas de seguridad, sistemas de identificación biométrica y cámaras perimetrales e internas de vigilancia para controlar y monitorear el acceso al centro de datos.
Seguridad de red: firewalls, sistemas de detección y prevención de intrusiones (IDS/IPS) y otras medidas para proteger la infraestructura de TI de ataques cibernéticos y amenazas de seguridad.
4.- Sistemas de automatización, gestión y monitoreo de equipos
BAS (Building Automation System): Para la integración, monitoreo y control de diferentes sistemas o disciplinas, como lo son los sistemas mecánicos, eléctricos.
Herramientas de gestión de TI: para el monitoreo y la gestión de los servidores, almacenamiento, redes, y consumo energético.
La combinación de estos sistemas diversificados garantiza que los data centers puedan ofrecer los niveles requeridos de rendimiento, confiabilidad y seguridad para soportar las operaciones críticas de las empresas en el mundo digital de hoy. Esta configuración clave, que actualmente es el estándar de la industria, permite:
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Facilitar que las compañías puedan expandir sus capacidades tecnológicas de forma ágil y dinámica para responder a las variaciones del mercado, eliminando la necesidad de grandes inversiones en infraestructura propia.
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Garantizar un servicio ininterrumpido y estable, con el acceso permanente a información clave mediante sistemas de respaldo y alta disponibilidad.
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Adoptar protocolos de seguridad de vanguardia para salvaguardar información crítica y los recursos tecnológicos de la empresa.
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Impulsar el desarrollo de nuevas tecnologías, proporcionando acceso a recursos versátiles y económicos.
¿Cuáles son los usos y aplicaciones de los data centers actuales y por qué son tan importantes?
Los data centers son el corazón de la era digital debido a su papel crítico en el procesamiento, almacenamiento y distribución de grandes cantidades de información, y además son la columna vertebral de las infraestructuras de TI de las empresas, gobiernos y otras organizaciones, proporcionando la infraestructura necesaria para aplicaciones tan importantes de nuestra vida cotidiana que ya no podríamos imaginarla sin ellas, por ejemplo:
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Alojamiento de sitios web y aplicaciones web
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Procesamiento y almacenamiento de datos, bases de datos y plataformas analíticas.
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Servicios en la nube de Infraestructura como Servicio (IaaS), Plataforma como Servicio (PaaS) y Software como Servicio (SaaS).
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Recuperación ante desastres y continuidad del negocio
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Correo electrónico y plataformas de comunicación y mensajería
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Internet de las cosas (IoT)
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Juegos, entretenimiento y streaming de video
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Comercio electrónico o ecommerce
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Servicios financieros y transacciones bancarias
¿Qué implica el diseño de la infraestructura de un data center?
Los primeros centros de datos se remontan a la década de 1940, marcada por el surgimiento de equipos informáticos de gran tamaño y complejas necesidades de mantenimiento. En aquellos tiempos, las primeras computadoras estaban compuestas por innumerables componentes voluminosos que exigían una vasta red de cables para su interconexión, un consumo energético considerable y sistemas especializados de enfriamiento para mitigar el riesgo de sobrecalentamiento. En respuesta a estas exigencias, las empresas trataban de agrupar todo su equipamiento IT en espacios dedicados, para aprovechar al máximo la infraestructura de operación.
Con el transcurso del tiempo y avances tecnológicos como el microchip, se logró una significativa disminución del tamaño de los dispositivos informáticos y una optimización en su consumo energético. Sin embargo, esta evolución al mismo tiempo trajo consigo una mayor complejidad en los sistemas, un aumento exponencial en la generación y almacenamiento de datos, la adopción de tecnologías de virtualización que desvinculan el software del hardware, y mejoras en la conectividad que permitieron la ejecución de aplicaciones en equipos remotos.
Dicho de otra manera, la historia de los centros de datos es la historia de la tecnología informática misma y, al igual que esta, no ha dejado de evolucionar de manera cada vez más acelerada.
A medida que los centros de datos aumentaron su tamaño y complejidad, y asumieron un papel crucial en el manejo de información delicada, surgieron regulaciones específicas para su operación. Por ejemplo, La Telecommunications Industry Association (TIA) estableció protocolos y regulaciones para centros de datos relacionados con aspectos como su configuración arquitectónica y diseño estructural, sistemas de suministro y seguridad, entre otros.
De manera similar, el Uptime Institute desarrolló una metodología de cuatro niveles para evaluar de forma objetiva el desempeño, permitiendo así alinear las inversiones en infraestructura con los objetivos empresariales. Estos niveles, desde I hasta IV, escalan en complejidad y redundancia, ofreciendo desde funcionalidades básicas hasta sistemas completamente tolerantes a fallos, con tiempos de inactividad que varían desde 29 horas anuales en los centros de datos de nivel I hasta apenas 26 minutos en los de nivel IV.
Además, los centros de datos, que tradicionalmente albergaban la infraestructura física de TI de una empresa en un punto centralizado, se han transformado con la computación en la nube, y ahora uno de los modelos de negocio estandarización en data centers es el de proveedores tercerizados, que se encargan de su gestión y el mantenimiento, brindando la infraestructura como un servicio a otras entidades.
En este nuevo paradigma, los datos se hallan y conectan a través de distintos centros de datos, periferias y nubes, tanto públicas como privadas, exigiendo una comunicación fluida entre todos estos entornos. Incluso las nubes públicas se componen de una red de centros de datos, lo que significa que al alojar aplicaciones en la nube, se están utilizando recursos pertenecientes al proveedor de servicios en la nube.
¿Cuáles son los tipos de data center y cómo cambian los retos de su diseño?
Las organizaciones pueden elegir desarrollar y mantener sus propios centros de datos, alquilar el espacio dentro de instalaciones de colocación, consumir servicios compartidos o usar servicios públicos basados en la nube. Esto ha permitido que surja una variada clasificación de centros de datos, cada uno con sus objetivos y necesidades particulares.
Centros de datos locales
Son propiedad exclusiva de la empresa que almacena datos sensibles y aplicaciones críticas. El usuario crea el centro de datos, administra su funcionamiento continuo y adquiere y mantiene el equipo.
Un data center de esta clase puede personalizarse al máximo y ofrecer una mayor seguridad porque se administran los riesgos internamente. Sin embargo, su diseño, construcción y operación implica un costo bastante elevado. Además, se requieren sistemas de respaldo adicionales.
Centros de datos de coubicación o collocation
Los collocation data centers son grandes centros de datos en los que las empresas pueden alquilar espacio para almacenar sus servidores, racks y hardware de computación, aprovechando los sistemas de seguridad e infraestructura de apoyo, como refrigeración y ancho de banda de la red.
Este tipo de data centers reducen los costos de mantenimiento continuo y ofrecen planes mensuales fijos. También permiten a las compañías distribuir geográficamente su hardware para minimizar la latencia y estar más cerca de sus usuarios finales.
Centros de datos en la nube
En un centro de datos en la nube, lo que se alquila es la infraestructura misma y determinada cantidad de almacenamiento y poder de procesamiento, lo cual reduce tanto la inversión en hardware como el costo de mantenimiento continuo de cualquier infraestructura. Esta es la opción que ofrece mayor flexibilidad en cuanto a opciones de uso, uso compartido de recursos, disponibilidad y redundancia.
Algunos proveedores de servicios en la nube ampliamente conocidos son Amazon Web Services (AWS), Microsoft (Azure) e IBM Cloud, y sus centros de datos tienden a ser a hiperescala (hyperscale) y de alta densidad, para poder ofrecer escalabilidad rápida a cientos o miles de clientes.
Data centers de alta densidad: los retos del espacio y la refrigeración
Los centros de datos de alta densidad son instalaciones diseñadas para albergar una gran cantidad de servidores y equipos de red en un espacio relativamente reducido, maximizando así la capacidad de procesamiento y almacenamiento, algo esencial para aplicaciones y servicios que requieren un alto rendimiento computacional, como la inteligencia artificial y el machine learning. Sin embargo, esto también significa que consumen más energía eléctrica y generan más calor por unidad de área o rack.
Según una encuesta del Uptime Institute, más del 33% de los operadores de centros de datos han observado un incremento significativo en la densidad de los racks en los últimos tres años. Una sola hilera de diez racks de 10 kilovatios puede generar hasta 100 kilovatios de calor, lo que a menudo requiere una cantidad casi igual de energía solo para proporcionar la refrigeración necesaria.
Los desafíos asociados a los centros de datos de alta densidad incluyen la necesidad de aprovechar el espacio al máximo, habilitar sistemas de enfriamiento más eficaces, así como una infraestructura eléctrica robusta, pero que se alinee con los cada vez más exigentes criterios de sostenibilidad actual, lo que, en conjunto, demanda una planeación técnica y arquitectónica sumamente compleja.
¿Cómo se diseña y planifica un centro de datos de alta densidad?
Al diseñar y planificar un centro de datos de alta densidad, es crucial una colaboración estrecha entre expertos en diversas disciplinas, incluidos arquitectos, ingenieros mecánicos y eléctricos, y especialistas en TI, para garantizar que todos los aspectos del diseño se alineen con los objetivos de rendimiento, eficiencia y sostenibilidad a largo plazo. Veamos algunos de los enfoques y estrategias en tendencia:
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Utilizar bastidores diseñados para alojar una mayor cantidad de servidores y equipos de red en un espacio reducido, aumentando así la densidad de potencia por rack.
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Elegir bastidores con características integradas para mejorar la disipación del calor, como puertas perforadas y sistemas de canalización del aire.
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Aprovechar la mayor eficacia del enfriamiento líquido para reducir el consumo energético total del centro de datos y mejorar el Power Usage Effectiveness (PUE).
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Adoptar un enfoque modular en el diseño de infraestructura, permitiendo una expansión fácil y rápida del centro de datos según sea necesario.
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Diseñar la infraestructura con una visión a futuro, con módulos independientes que pueden ser añadidos, removidos o modificados sin interrumpir las operaciones existentes.
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Asegurar que la red interna y las conexiones de telecomunicaciones sean capaces de adaptarse a un mayor tráfico y a nuevas tecnologías.
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Explorar opciones para alimentar el centro de datos con fuentes de energía renovable, como solar o eólica, para reducir la huella de carbono.
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Incorporar tecnologías y prácticas de construcción que minimicen el consumo energético.
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Considerar sistemas que capturen y reutilicen el calor residual generado por los equipos.
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Dependiendo de la temperatura y humedad del clima exterior, se pueden utilizar economizadores, o ruedas entálpicas para aprovechar las bajas temperaturas exteriores y utilizar en menor medida el equipo de enfriamiento.
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Ser consciente del entorno y utilizar todas las estrategias posibles para que la construcción del inmueble sea lo más eficiente y lo menos contaminante posible.
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