ما المقصود بمركز البيانات؟

بدأت مراكز البيانات كمنشآت خاصة مملوكة بشكل خاص ومُتحكم بها بإحكام في الموقع، وتستضيف البنية التحتية التقليدية لتكنولوجيا المعلومات للاستخدام الحصري لشركة واحدة. وفي الآونة الأخيرة، تطورت إلى مرافق أو شبكات من المرافق البعيدة مملوكة لمزودي الخدمة السحابية (CSPs). تضم مراكز بيانات مزودي الخدمة السحابية هذه بنية تحتية افتراضية لتكنولوجيا المعلومات للاستخدام المشترك للعديد من الشركات والعملاء.

يعود تاريخ مراكز البيانات إلى أربعينيات القرن العشرين. الحاسوب الرقمي والمتكامل الكهربائي (ENIAC)، الذي أنشأه الجيش الأمريكي في عام 1945 في جامعة بنسلفانيا، يعد مثالاً مبكراً على مراكز البيانات التي تتطلب مساحة مخصصة لاستضافة آلاتها الضخمة.

على مر السنين، أصبحت أجهزة الكمبيوتر أكثر كفاءة في الحجم، وتتطلب مساحة مادية أقل. في التسعينيات، ظهرت الحواسيب الصغيرة على الساحة، مما قلل بشكل كبير من المساحة اللازمة لعمليات تكنولوجيا المعلومات. أصبحت هذه الحواسيب الصغيرة التي بدأت تملأ غرف الكمبيوتر المركزي القديمة تعرف باسم "الخوادم"، وأصبحت الغرف تعرف باسم "مراكز البيانات".

لقد أدى ظهور الحوسبة السحابية في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين إلى إحداث تغيير كبير في مشهد أفقي التقليدية. تسمح الخدمة السحابية للمؤسسات بالوصول إلى الموارد عند الطلب، عبر الإنترنت، مع التسعير للدفع حسب الاستخدام—مما يتيح المرونة في توسيع النطاق أو التقليل حسب الحاجة.

في عام 2006، أطلقت Google أول مركز بيانات فائق النطاق في داليس بولاية أوريغون. يشغل هذا المرفق فائق النطاق حاليًا مساحة 1.3 مليون قدم مربع، ويعمل به ما يقرب من 200 موظف من مشغلي مراكز البيانات.¹

وتتوقع دراسة أجرتها McKinsey & Company أن تنمو هذه الصناعة بنسبة 10% سنويًا حتى عام 2030، مع وصول الإنفاق العالمي على بناء مرافق جديدة إلى 49 مليار دولار أمريكي.²

هناك أنواع مختلفة من مرافق مراكز البيانات، وقد تستخدم الشركة الواحدة أكثر من نوع واحد، حسب أحمال التشغيل واحتياجات العمل.

يستضيف نموذج مركز البيانات هذا جميع البنى التحتية لتكنولوجيا المعلومات والبيانات محليًا. تختار العديد من الشركات مراكز البيانات المحلية. لديهم سيطرة أكبر على أمن المعلومات ويمكنهم بسهولة أكبر الامتثال للوائح مثل اللائحة العامة لحماية البيانات في الاتحاد الأوروبي (GDPR) أو قانون إخضاع التأمين الصحي لقابلية النقل والمساءلة (HIPAA). الشركة مسؤولة عن جميع مهام النشر والمراقبة والإدارة في مركز بيانات المؤسسة.

تضم مراكز بيانات السحابة (وتسمى أيضًا مراكز بيانات الحوسبة السحابية) موارد البنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات للاستخدام المشترك من قبل العديد من العملاء—من عشرات إلى ملايين العملاء—من خلال اتصال بالإنترنت.

يتم تشغيل العديد من مراكز البيانات السحابية الأكبر حجمًا—والتي تسمى مراكز البيانات فائقة الطاق—بواسطة مزودي الخدمة السحابية الرئيسيين (CSPs)، مثل Amazon Web Services (AWS)، و Google Cloud Platform، و IBM Cloud، و Microsoft Azure. تمتلك هذه الشركات مراكز بيانات رئيسية في كل منطقة من مناطق العالم. على سبيل المثال، تدير IBM أكثر من 60 مركزًا للبيانات السحابية خاص بها في مواقع مختلفة حول العالم.

تعد مراكز البيانات فائقة النطاق أكبر من مراكز البيانات التقليدية ويمكن أن تغطي ملايين الأقدام المربعة. وهي تحتوي عادةً على ما لا يقل عن 5000 خادم وأميال من معدات الاتصال، ويمكن أن تصل مساحتها في بعض الأحيان إلى 60000 قدم مربع.

عادةً ما يحتفظ موفرو الخدمة السحابية بمراكز بيانات الحافة الأصغر حجمًا (EDCs) وتقع بالقرب من عملاء السحابة (وعملاء عملاء السحابة). تشكل مراكز البيانات الحافة الأساس لحوسبة الحافة، وهي إطار عمل للحوسبة الموزعة يجعل التطبيقات أقرب إلى المستخدمين النهائيين. مراكز بيانات الحافة مثالية لأحمال التشغيل في الوقت الفعلي والتي تتطلب بيانات مكثفة مثل تحليلات البيانات الكبيرة والذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي وتسليم المحتوى. تساعد على تقليل زمن الانتقال، وتحسين الأداء العام للتطبيق وتجربة العملاء.

تعد مراكز البيانات المُدارة ومرافق الموقع المشترك خيارات للمؤسسات التي تفتقر إلى المساحة أو الموظفين أو الخبرة لإدارة البنية التحتية تكنولوجيا المعلومات الخاصة بها محليًا. هذه الخيارات مثالية لأولئك الذين يفضلون عدم استضافة البنية التحتية الخاصة بهم باستخدام الموارد المشتركة لمركز بيانات السحابة العامة.

في مركز البيانات المُدار، تستأجر شركة العميل خوادم مخصصة وأجهزة تخزين وشبكات من المزود، ويتولى المزود إدارة شركة العميل ومراقبتها وإدارتها.

في مرفق الموقع المشترك، تمتلك شركة العميل كافة البنية التحتية وتستأجر مساحة مخصصة لاستضافتها داخل المرفق. في نموذج الموقع المشترك التقليدي، تتمتع الشركة العميلة بحق الوصول الوحيد إلى الأجهزة والمسؤولية الكاملة عن إدارتها. هذا النموذج مثالي للخصوصية والأمان ولكنه غالبًا ما يكون غير عملي، خاصةً أثناء الانقطاعات أو حالات الطوارئ. اليوم، يقدم معظم مزودي خدمات الموقع المشترك خدمات الإدارة والمراقبة للعملاء الذين يرغبون في ذلك.

غالبًا ما تختار الشركات مراكز البيانات المُدارة ومرفق الموقع المشترك لتخزين النسخ الاحتياطي للبيانات عن بُعد وتقنية التعافي من الكوارث (DR) للشركات الصغيرة والمتوسطة الحجم (SMBs).

تطورت معظم مراكز البيانات الحديثة، بما في ذلك مراكز البيانات المحلية، من بنية تكنولوجيا المعلومات التقليدية. بدلاً من تشغيل كل تطبيق أو حمل تشغيل على جهاز مخصص، فإنهم الآن يستخدمون بنية السحابة حيث يتم تحويل الموارد المادية مثل وحدات المعالجة المركزية والتخزين والشبكات إلى موارد افتراضية. تتيح المحاكاة الافتراضية تجريد هذه الموارد من حدودها المادية وتجميعها في سعة يمكن تخصيصها عبر تطبيقات وأحمال تشغيل متعددة بأي كميات تتطلبها.

كما تتيح المحاكاة الافتراضية أيضًا البنية التحتية المعرفة بالبرمجيات (SDI)—وهي بنية تحتية يمكن توفيرها وتهيئتها وتشغيلها وصيانتها "وإيقاف تشغيلها" برمجيًا دون تدخل بشري.

وقد أدت هذه المحاكاة الافتراضية إلى ظهور بنى جديدة لمراكز البيانات مثل مراكز البيانات المعرفة بالبرمجيات (SDDC)، وهو مفهوم لإدارة الخادم يقوم بمحاكاة عناصر البنية التحتية مثل الشبكات والتخزين والحوسبة، وتقديمها كخدمة. تسمح هذه القدرات للمجموعة بتحسين البنية التحتية لكل تطبيق وحمل تشغيل دون إجراء تغييرات مادية، مما يساعد على تحسين الأداء والتحكم في التكاليف. من المتوقع أن تصبح نماذج مراكز البيانات كخدمة أكثر انتشارًا، حيث توقعات IDC أن 65% من مشتري التكنولوجيا سيعطون الأولوية لهذه النماذج بحلول عام 2026.³

يوفر الجمع بين البنية السحابية و البنية التحتية المعرفة بالبرمجيات (SDI) العديد من المزايا لمراكز البيانات ومستخدميها، مثل:

• الاستخدام الأمثل لموارد الحوسبة والتخزين والشبكات
• النشر السريع للتطبيقات والخدمات
• قابلية التوسع
• مجموعة متنوعة من الخدمات وحلول مراكز البيانات
• تطوير السحابة الأصلية

الخوادم هي أجهزة كمبيوتر قوية توفر التطبيقات والخدمات والبيانات لأجهزة المستخدم النهائي. تأتي خوادم مركز البيانات في عدة أشكال:

• الخوادم المثبتة على حامل هي خوادم عريضة ومسطحة وقائمة بذاتها بحجم علبة بيتزا صغيرة. يتم تكديسها فوق بعضها البعض في رف لتوفير المساحة (مقابل خادم برجي أو مكتبي). يحتوي كل خادم مثبّت على حامل على مزود طاقة خاص به، ومراوح تبريد، ومفاتيح شبكية ومنافذ، بالإضافة إلى المعالج والذاكرة والتخزين المعتادين.
• تم تصميم خوادم الشفرة لتوفير المزيد من المساحة. تحتوي كل شفرة على معالجات ووحدات تحكم في الشبكة وذاكرة وأحيانًا وحدة تخزين. وهي مصممة لتلائم الهيكل الذي يحتوي على عدة شفرات وتتضمن مزود الطاقة وإدارة الشبكة والموارد لجميع الشفرات في الهيكل.
• أجهزة الكمبيوترات المركزية هي أجهزة كمبيوتر عالية الأداء مزودة بمعالجات متعددة يمكنها القيام بعمل غرفة كاملة من الخوادم المثبتة على حامل أو خوادم الشفرة. أول أجهزة الكمبيوتر الافتراضية، وهي أجهزة الكمبيوتر المركزية، يمكنها معالجة مليارات العمليات والمعاملات في الوقت الفعلي.

يعتمد اختيار عامل الشكل للخادم على العديد من العوامل، بما في ذلك المساحة المتاحة في مركز البيانات، وأعباء العمل التي تعمل على الخوادم، والطاقة المتاحة والتكلفة.

تتضمن معظم الخوادم بعض قدرات التخزين المحلية—التخزين المتصل المباشر (DAS)—لتمكين البيانات الأكثر استخدامًا (البيانات الساخنة) من البقاء بالقرب من وحدة المعالجة المركزية.

تتضمن تكوينات تخزين مراكز البيانات الأخرى التخزين المتصل بالشبكة (NAS) و شبكة منطقة التخزين (SAN).

يوفر التخزين المتصل بالشبكة (NAS) تخزين البيانات والوصول إلى البيانات إلى خوادم متعددة عبر اتصال إيثرنت قياسي. عادةً ما يكون جهاز التخزين المتصل بالشبكة (NAS) خادمًا مخصصًا به وسائط تخزين متنوعة مثل محركات الأقراص الثابتة (HDD) أو محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD)

مثل التخزين المتصل بالشبكة (NAS)، تتيح شبكة منطقة التخزين(SAN) التخزين المشترك، ولكنها تستخدم شبكة منفصلة للبيانات وتتضمن مزيجاً أكثر تعقيداً من خوادم التخزين المتعددة وخوادم التطبيقات وبرامج إدارة التخزين.

قد يستخدم مركز بيانات واحد جميع تكوينات التخزين الثلاثة - DAS و NAS و SAN - وأنواع File Storage و Block Storage و Object Storage .

تشير طوبولوجيا شبكة مركز البيانات إلى التخطيط المادي والترابط بين أجهزة شبكة مركز البيانات، بما في ذلك البنية التحتية والاتصالات بين الخوادم والعناصر وتدفق البيانات.

تتكون شبكة مركز البيانات من معدات شبكية مختلفة، مثل المحولات والموجهات والألياف البصرية التي تربط حركة البيانات عبر الخوادم (تسمى حركة البيانات شرقاً/غرباً) وإلى الخوادم أو منها إلى العملاء (تسمى حركة البيانات شمالاً/جنوباً).

كما هو مذكور أعلاه، يحتوي مركز البيانات عادةً على خدمات شبكة افتراضية. تتيح هذه القدرات إنشاء شبكات متراكبة محددة بالبرمجيات، مبنية فوق البنية التحتية المادية للشبكة، لاستيعاب ضوابط أمنية محددة أو اتفاقيات مستوى الخدمة (SLAs).

تحتاج مراكز البيانات إلى اتصالات ذات نطاق ترددي عالٍ للسماح بالاتصالات بين الخوادم وأنظمة التخزين وبين حركة بيانات الشبكة الواردة والصادرة. بالنسبة لمراكز البيانات فائقة النطاق، يمكن أن تتراوح متطلبات النطاق الترددي من عدة جيجابت في الثانية (Gbps) إلى تيرابايت في الثانية (Tbps).

يجب أن تكون مراكز البيانات متاحة دائمًا على كافة المستويات. تتمتع معظم الخوادم بإمدادات طاقة مزدوجة. تحمي إمدادات الطاقة غير المنقطعة التي تعمل بالبطارية (UPS) من اندفاعات الطاقة وانقطاع التيار الكهربائي لفترة وجيزة. يمكن أن تعمل المولدات الكهربائية القوية في حالة حدوث انقطاع أكثر خطورة في التيار الكهربائي.

تُعد إدارة الكابلات من الأمور المهمة في تصميم مركز البيانات، حيث تربط الكابلات المختلفة آلاف الخوادم. إذا كانت أسلاك الكابلات قريبة جدًا من بعضها البعض، فقد تتسبب في حدوث تشويش متبادل، مما قد يؤثر سلبًا على معدلات نقل البيانات ونقل الإشارة. أيضاً، إذا تم تجميع عدد كبير جداً من الكابلات معاً، فقد تولد حرارة زائدة. يجب أن يراعي إنشاء مراكز البيانات وتوسيعها قوانين البناء ومعايير الصناعة لضمان كفاءة الكابلات وأمانها.

يعد فترة التعطل في مركز البيانات مكلفًا لموفري مراكز البيانات وعملائهم. يبذل مشغلو مراكز البيانات والمهندسون جهودًا كبيرة لزيادة مرونة أنظمتهم. تتضمن هذه التدابير مصفوفات مكررة من الأقراص المستقلة (RAIDs) للحماية من فقدان البيانات أو تلفها في حالة تعطل وسائط التخزين. تشمل التدابير الأخرى بنية تحتية لتبريد مركز البيانات الاحتياطي الذي يضمن تشغيل الخوادم في درجات حرارة مثالية، حتى في حالة فشل نظام التبريد الأساسي.

يمتلك العديد من موفري مراكز البيانات الكبيرة مراكز بيانات تقع في مناطق متميزة جغرافيًا. في حالة حدوث كارثة طبيعية أو اضطراب سياسي في منطقة ما، يمكن نقل العمليات إلى منطقة مختلفة للحصول على خدمات غير متقطعة.

يستخدم Uptime Institute نظامًا من أربعة مستويات لتقييم التكرار والمرونة في مراكز البيانات.⁴

• المستوى الأول: يوفر مكونات سعة التكرار الأساسية، مثل إمدادات الطاقة غير المنقطعة (UPS) والتبريد على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، لدعم عمليات تكنولوجيا المعلومات في بيئة مكتبية أو خارجها.
• المستوى الثاني: يضيف أنظمة طاقة وتبريد احتياطية زائدة—مثل المولدات الكهربائية وأجهزة تخزين الطاقة—لتحسين السلامة ضد الانقطاعات.
• المستوى الثالث: يضيف مكونات زائدة كميزة تفاضلية رئيسية عن مراكز البيانات الأخرى. لا تتطلب مرافق المستوى الثالث أي عمليات إيقاف تشغيل عندما تحتاج المعدات إلى الصيانة أو الاستبدال.
  
• المستوى الرابع: يضيف تحمل الأخطاء من خلال تنفيذ عدة مكونات متكررة مستقلة معزولة ماديًا، بحيث أنه عندما يفشل جزء من المعدات، لا يكون هناك أي تأثير على عمليات تكنولوجيا المعلومات.
  

تم تصميم مراكز البيانات وتجهيزها للتحكم في العوامل البيئية المترابطة التي يمكن أن تلحق الضرر بالأجهزة أو تدمرها وتؤدي إلى فترة التعطل.

• درجة الحرارة: تستخدم معظم مراكز البيانات مزيجًا من التبريد الهوائي والتبريد السائل للحفاظ على عمل الخوادم والأجهزة الأخرى ضمن نطاقات درجات الحرارة المناسبة. التبريد الهوائي هو تكييف الهواء—على وجه التحديد، تكييف هواء غرفة الكمبيوتر (CRAC). يستهدف CRAC غرفة الخادم بأكملها، أو في صفوف أو رفوف محددة من الخوادم. تضخ تقنيات التبريد السائل مباشرةً إلى المعالجات أو تغمر الخوادم أحيانًا في المبرد. يتجه مزودو مراكز البيانات بشكل متزايد إلى التبريد السائل لزيادة كفاءة الطاقة والاستدامة لأنه يتطلب كهرباء ومياه أقل من التبريد الهوائي.
• الرطوبة: الرطوبة العالية يمكن أن تتسبب الرطوبة العالية في صدأ المعدات؛ ويمكن أن تؤدي الرطوبة المنخفضة إلى زيادة خطر حدوث ارتفاعات كهربائية ساكنة. تشمل معدات التحكم في الرطوبة أنظمة تكييف هواء غرفة الكمبيوتر (CRAC) وأجهزة استشعار التهوية والرطوبة المناسبة.
• الكهرباء الساكنة: قد يؤدي التفريغ الساكن الذي لا يتجاوز 25 فولت إلى تلف المعدات أو تلف البيانات. تحتوي مرافق مركز البيانات على معدات لمراقبة الكهرباء الساكنة وتفريغها بأمان.
• الحرائق: لأسباب واضحة، يجب أن تتضمن مراكز البيانات معدات للوقاية من الحرائق يتم اختبارها بانتظام.

مراكز البيانات تحتوي على معلومات حساسة وتطبيقات حساسة للأعمال، الأمر الذي يستدعي وجود الاستراتيجية أمنية شاملة تمتد عبر مراكز البيانات المادية والبيئات السحابية المتعددة.

تشمل تدابير أمن مركز البيانات الأمن المادي للأجهزة والتخزين، إلى جانب الضوابط الإدارية وضوابط الوصول. كما أنها تغطي أمن تطبيقات البرامج والسياسات والإجراءات التنظيمية. تتطلب مراكز البيانات فائقة النطاق، على سبيل المثال، جدران حماية متخصصة وبروتوكولات أخرى لتعزيز الأمن السيبراني.

تشمل إدارة مركز البيانات المهام والأدوات التي تحتاجها المؤسسات للحفاظ على تشغيل مراكز البيانات الخاصة بها وتأمينها وامتثالها. الشخص المسؤول عن تنفيذ هذه المهام يُعرف باسم مدير مركز البيانات.

يقوم مدير مركز البيانات بإجراء الصيانة العامة، مثل ترقيات البرامج والأجهزة أو التنظيف العام أو تحديد الترتيب المادي للخوادم. كما يتخذ تدابير استباقية أو تفاعلية ضد أي تهديد أو حدث يضر بمركز البيانات.

يمكن لمدراء مراكز البيانات في المؤسسة استخدام حلول إدارة البنية التحتية لمركز البيانات (DCIM) لتبسيط الإدارة الشاملة وتحقيق تحسين أداء تكنولوجيا المعلومات. توفر هذه الحلول البرمجية منصة مركزية لمديري مراكز البيانات لمراقبة جميع عناصر مركز البيانات وقياسها وإدارتها والتحكم فيها في الوقت الفعلي. ويشمل ذلك كل شيء بدءاً من عناصر تكنولوجيا المعلومات المحلية إلى المرافق مثل التدفئة والتبريد والإضاءة.

تشكل الاستدامة في الأعمال جزءًا أساسيًا من الممارسات البيئية والاجتماعية وحوكمة الشركات (ESG) . تشير Gartner إلى أن 87% من قادة الأعمال يخططون للاستثمار بشكل أكبر في الاستدامة في السنوات القادمة.⁵ ولتحقيق هذه الغاية، يتماشى الحد من التأثير البيئي لمراكز البيانات مع أهداف العمل الأوسع نطاقاً في الجهود العالمية لمكافحة تغير المناخ.

يؤدي انتشار أحمال التشغيل المستندة إلى الذكاء الاصطناعي اليوم إلى دفع نمو مراكز البيانات. وتشير تقديرات Goldman Sachs Research إلى أن الطلب على الطاقة في مراكز البيانات سوف ينمو بنسبة 160% بحلول عام 2030.⁵

الحاجة إلى تقليل استخدام الطاقة تدفع المؤسسات إلى دفع حلول الطاقة المتجددة لتشغيل مراكز البيانات فائقة النطاق الخاصة بها. وقد أدى هذا الحدث إلى نمو في مرافق البيانات الأخضر، أو مرافق البيانات المستدامة، التي تضم بنية تحتية لتكنولوجيا المعلومات وتستخدم تقنيات موفِّرة للطاقة لتحسين استخدام الطاقة وتقليل الأثر البيئي.

من خلال تبني تقنيات مثل المحاكاة الافتراضية، والأجهزة الموفِّرة للطاقة، ومصادر الطاقة المتجددة في مراكز البيانات، يمكن للمؤسسات تحسين استخدام الطاقة، وتقليل النفايات وتوفير المال. للشهادات دور محوري في التعرُّف على الممارسات المستدامة وتعزيزها داخل مراكز البيانات. تشمل الشهادات والجمعيات البارزة Leadership in Energy و Environmental Design (LEED) و Energy Star و Green Grid.