Google tiết lộ bí mật về máy chủ

Google thường vẫn bí mật về các hoạt động tính toán của họ, tuy nhiên công ty này mới gần đây có tiết lộ những thông tin về phần cứng liên quan đến vấn đề cốt lõi cho Internet của họ.

Hầu hết các công ty thường mua các máy chủ từ các hãng cung cấp như Dell, Hewlett-Packard, IBM hay Sun Microsystems. Tuy nhiên Google thì lại khác, hãng này có đến hàng trăm nghìn máy chủ nhưng họ lại coi đó chính là vấn đề trung tâm và tự thiết kế cũng như tạo ra các máy chủ đó. Ben Jai, một chuyên gia đã thiết kế nhiều máy chủ của Google, đã tiết lộ một máy chủ Google mới trước con mắt của rất đông khán giả mong muốn thông tin này.

Ben Jai, một chuyên gia thiết kế máy chủ tạo Google

Sự ngạc nhiên lớn của Google: Mỗi một máy chủ đều có pin 12V dùng riêng để cung cấp nguồn nếu có vấn đề nào đó xảy ra với nguồn điện cung cấp chính. Công ty cũng tiết lộ rằng ngay từ năm 2005, các trung tâm dữ liệu của họ đã được soạn những hạng mục shipping chuẩn – cho 1.160 máy chủ và sự tiêu tốn về năng lượng có thể đạt đến 250KW.

Điều đó dường như khá thú vị nhưng một số người tham dự không ngạc nhiên ở chỗ giải pháp Pin kèm theo của Google mà còn ở chỗ công ty này đã giữ bí mật trong một vài năm. Jai đã nó trong một cuộc phỏng vấn rằng Google vẫn đang sử dụng những thiết kế từ năm 2005 và giờ đang dùng là thế hệ thiết kế thứ sáu hoặc thứ bảy của hãng.

“Nó là một dự án Manhattan của chúng tôi”, Jai đã nói về thiết kế như vậy.

Google có một sự tập trung lớn về hiệu quả sử dụng năng lượng và giờ đây đang chia sẻ những kinh nghiệm của họ với toàn bộ thế giới. Với tình trạng suy thoái về kinh tế toàn cầu, sức ép từ ngân khố trong các hoạt động, vấn đề liên quan đến môi trường, giá cả năng lượng và sự thúc ép ngày càng tăng dần thì đây chính là thời gian chín muồi cho việc Google công bố rộng rãi thông tin này, Urs Hoelzle, phó chủ tịch của Google đã phát biểu như vậy.

“Không có quá nhiều lợi ích trong việc cố thuyết giáo nếu mọi người không quan tâm với vấn đề đó”, Hoelzle đã nói vậy, nhưng giờ đây các quan điểm đã thay đổi.

Công ty cũng tập trung vào các vấn đề với trung tâm dữ liệu như việc phân phối công suất, làm mát, bảo đảm điều hòa không khí không trộn lẫn, Chris Malone, một chuyên gia thiết kế trung tâm dữ liệu và tính toán hiệu suất của Google đã cho biết. Các trung tâm dữ liệu của Google hiện đã đạt đến các mức hiệu quả cao mà Ủy ban bảo vệ môi trường hy vọng sẽ đạt được vào năm 2011 bằng cách công nghệ tiên tiến.

“Chúng tôi đã thực hiện được điều đó vào lúc này bằng cách áp dụng các hành động tốt nhất cùng với đó là một số cách tân”, Malone cho biết thêm.

Phía sau máy chủ của Google

Vấn đề với Pin

Tại sao phương pháp pin lại có ý nghĩa đến vậy? Tiền.

Các trung tâm dữ liệu điển hình thường dựa vào các máy trung tâm, lớn được gọi là các UPS (uninterruptible power supply – tạm dịch là nguồn cấp liên tục) để duy trì cho hệ thống khi nguồn cấp chính bị lỗi và trước khi các bộ phát điện có đủ thời gian để kích hoạt. Việc xây dựng các bộ nguồn kèm theo máy chủ cho thấy rẻ hơn và các chi phí phù hợp trực tiếp với số lượng máy chủ, Jai nói.

“Cách thức thực hiện này sẽ giảm được rất nhiều chi phí so với các UPS trung tâm và không lẵng phí về dung lượng”, ông nói thêm.

Hiệu quả có thể được tính từ một hệ số tài chính khác. Các UPS lớn có thể đạt được 92% đến 95% hiệu quả, có nghĩa có một số lượng lớn công suất vẫn bị lãng phí. Các pin gắn kèm máy chủ cho phép chúng ta tiết kiệm hơn giải pháp kia, Jai nói vậy: “Chúng ta có thể bảo đảm được hiệu suất sử dụng hơn 99,9%”.

Urs Hoelzle, phó chủ tịch của Google

Các máy chủ Google được thiết kế với bề dày 3.5 inch - 2U, hoặc hai khối giá, trong một trung tâm dữ liệu. Nó có hai bộ vi xử lý, hai ổ đĩa cứng, 8 khe cắm bộ nhớ được gắn trên bo mạch chủ. Google sử dụng các bộ vi xử lý x86 của cả AMD và Intel, sử dụng thiết kế pin dành cho các thiết bị mạng của hãng.

Hiệu quả là quan trọng không chỉ vì cắt giảm được giá thành tiêu tốn điện năng mà còn nằm ở chỗ nó giảm được sự tỏa nhiệt một cách lãng phí và dẫn đến các chi phí thêm cho việc làm mát.

Chi phí thêm lên

Google điều hành các máy chủ tại với sức co giãn lớn và các chi phí đó gia tăng một cách nhanh chóng.

Jai đã phải chịu đựng rất nhiều gánh nặng. Ông ta chỉ là một kỹ sự điện phụ trách công việc thiết kế máy chủ từ nằm 2003 đến năm 2005, ông nói rằng: “Tôi đã làm việc 14 giờ mỗi ngày trong khoảng thời gian 2 năm rưỡi trước khi có thêm các nhân viên khác để cùng chia sẻ công việc”.

Google có bằng sáng chế về thiết kế pin đi kèm, “nhưng tôi nghĩ chúng tôi sẽ sẵn lòng cấp phép cho các hãng”, Hoelzle nói.

Minh chứng khác cho Google với sự hiệu quả đến từ thiết kế nguồn cấp. Nguồn cấp điện chuyển đổi điện áp AC thông thường thành điện áp DC, nguồn điển hình thường dùng để cung cấp cho các máy tính có điện áp ra 5VDC và 12VDC. Các thiết kế của Google chỉ cung cấp điện áp 12VDC nên chỉ cần một số điều chỉnh nhỏ trên bo mạch chủ.

Hiệu quả trung tâm dữ liệu của Google đang cải thiện dần dần

Điều đó tiêu tốn thêm khoảng 1$ đến 2$ về giá thành cho các bo mạch chủ nhưng thực sự đáng bỏ ra vì nguồn cấp sẽ rẻ hơn rất nhiều, thêm vào đó vì nguồn cấp có thể chạy gần hơn với dung lượng đỉnh, nên quá trình sử dụng sẽ hiệu quả hơn. Google thậm chí còn quan tâm đến hiệu quả của việc truyền tải điện trên các dây dẫn bọc đồng 12V so với 5V.

Google đã tiết lộ về các kết quả đạt được về công suất đối với vấn đề năng lượng cho các trung tâm dữ liệu, được đánh giá bằng một chuẩn được gọi là hiệu quả sử dụng công suất. PUE (power usage effectiveness) là phương pháp đánh giá được bao nhiêu năng lượng sẽ tiêu hao trực tiếp cho việc tính toán so với các dịch vụ phụ thuộc chẳng hạn như thắp sáng và làm mát. Sử dụng đến chỉ số hoàn hảo với giá trị 1 có nghĩa là không có phần năng lượng tiêu tốn; 1,5 có nghĩa các dịch vụ phụ thuộc tiêu tốn đến một nửa công suất so với việc tính toán.

Các chỉ số PUE của Google là rất thấp, tuy nhiên công ty này vẫn cố gắng tiếp tục giảm thấp hơn nữa chỉ số này trong tương lai. Trong quý thứ ba của năm 2008, chỉ số PUE của Google là 1,21, nhưng sau đó được hạ thấp xuống 1,20 vào quý thứ 4 và 1,19 vào quý đầu năm 2009, Malone đã cho biết như vậy.

Khả năng để Google có thể giảm chỉ số này xuống 1,12 là hoàn toàn có thể. Tuy nhiên khi thời tiết ấm lên, Google cho biết sẽ khó khăn hơn trong việc làm mát các máy chủ.

Một đoạn trích từ video của Google cho thấy các container của trung tâm dữ liệu của hãng này. Cũng giống như các trung tâm dữ liệu thông thường, các shipping container của Google được đặt trên các sàn.

Shipping container

Hầu hết mọi người chọn giải pháp đi mua, tuy nhiên Google lại nghĩ hoàn toàn khác. Jimmy Clidaras đã tiết lộ rằng lõi của các trung tâm dữ liệu của công ty gồm có các shipping container chuẩn 1AAA được đóng gói với 1.160 máy chủ, và có nhiều container trong mỗi một trung tâm dữ liệu.

Các trung tâm dữ liệu modul không phải là duy nhất với Google; Sun Microsystems và Rackable Systems cũng bán các sản phẩm này. Tuy nhiên Google đã bắt đầu sử dụng chúng trong năm 2005.

Những cuộc thử nghiệm đầu tiên của Google có một số mảnh vá, cho ví dụ như khi phát hiện thấy cần trục đầu tiên mà họ sử dụng không đủ lớn để nâng, Clidaras nói.

Tuy nhiên vượt trên tất cả, những lựa chọn của Google đều được thực hiện dựa trên một phân tích rộng về sự chi phí có liên quan đến phần mềm, phần cứng và sự thuận tiện.

Hoelzle nói: “Lúc đầu, đã có một sự nhấn mạnh về những đôla cho mỗi truy vấn. Chúng tôi không thực sự muốn tập trung vào vấn đề này nhưng quả thật thu nhập trên truy vấn là rất thấp”.

Làm việc tại Google có nhiều thách thức nhưng nó cũng có những phương châm của nó. Cho ví dụ, một sự đầu tư nào đó về nghiên cứu có thể được sử dụng cho một số lượng lớn cơ sở hạ tầng thì những gì bù lại sau đó sẽ rất nhanh, Hoelzle nói.

Một sơ đồ về trung tâm dữ liệu modul của Google

(st)