06 abril 2009

Google revela os segredos do hardware dos seus servidores

Há tempos já se cogitava que o Google usava computadores comuns em seus datacenters, ao invés de supercomputadores dignos de filmes de ficção científica. Agora sabe-se oficialmente que é mais ou menos isto, mas os detalhes são surpreendentes e podem marcar uma guinada no projeto dos micros corporativos. Fique por dentro desta novidade:

 

Uma placa-mãe para servidores feita sob encomenda revela aspectos interessantes e surpreendentes, mais uma grande sacada do Google. Este é o hardware que move toda a operação da empresa. Ao invés de comprar seu hardware de empresas como Dell, Hewlett-Packard, IBM ou Sun Microsystems, os projetistas do Google desenham e constroem seus próprios componentes e servidores. É digno de nota registrar que a empresa tem literalmente centenas de milhares de servidores.

Servidor do Google

Porque este design tão diferente? A resposta é simples: economia. Vamos entender o porquê. Grandes centros de computação como os do Google precisam precaver-se contra a falta de energia elétrica, por isso precisam ter enormes equipamentos chamados no Brasil de “no-breaks” mas que, em linguagem técnica, são os “UPS”.

Estes grandes datacenters usam sistemas centralizados de UPS com baterias gigantes que entram em ação imediatamente assim que a alimentação de eletricidade é interrompida, dando tempo para que os geradores de energia a diesel ou gasolina sejam ligados e comecem a operar.

A grande sacada do Google é ter percebido que sai mais barato construir a UPS dentro do servidor e, ainda mais importante que a economia, este arranjo mantém os custos da fonte continua de energia diretamente proporcional ao número de servidores. Na maneira convencional, utilizada nos outros datacenters, a fonte UPS centralizada precisa estar sempre super-dimensionada e vai crescendo aos saltos, para acomodar os servidores que vão sendo incorporados ao sistema.

A eficiência é outro fator importante. As grandes fontes de alimentação continuada (UPS) usadas tradicionalmente conseguem atingir no máximo entre 92 a 95% de eficiência energética, significando que muita energia é perdida ao se dissipar em forma de calor. As baterias montadas dentro dos servidores conseguem atingir, segundo o engenheiro do Google, 99,9% de aproveitamento da energia.

Outro arranjo histórido do Google refere-se à maneira como os servidores são alojados. Desde 2005, os datacenters do Google são compostos de containers padronizados. Cada um deles contém nada menos que 1.160 servidores que consomem 250 Kilowatts, ou seja, uma média de 215 Watts para cada servidor. A empresa informa que o sistema já está em sua sétima geração desde seu lançamento, sendo que eficiência energética, distribuição da eletricidade, refrigeração e a certeza de que o ar quente não vai se misturar com o frio estão no topo das prioridades dos engenheiros do Google.

Como é o servidor

A empresa divulgou numa conferência fotos e detalhes do projeto de uma unidade real utilizada em seus datacenters. Acompanhe pela foto acima: o servidor vem montado num chassis padrão 2U, com 3,5 polegadas de altura (8,9cm) e tem dois processadores, dois discos rígidos e oito slots de memória, tudo isto montado numa placa-mãe da Gigabyte feita sob encomenda. A empresa usa processadores x86 feitos tanto pela AMD quanto pela Intel. O projeto feito com base na alimentação por baterias é usado também nos equipamentos de rede, como firewall e roteadores.

O que é mais fascinante em tudo isto é que o Google lida com servidores numa escala tão imensa que qualquer decisão a ser feita resulta em grandes perdas ou ganhos financeiros. Analisemos o projeto da fonte de alimentação, por exemplo.

Os servidores do Google precisam de uma fonte que forneça apenas e tão somente os mesmos 12V a serem fornecidos pela bateria, que entrará em ação apenas quando houver interrupção da eletricidade. Assim, todas as conversões para as tensões usadas na placa-mãe serão feitas por ela mesma, resultando em maior simplicidade da fonte.

Com isto, o custo da placa-mãe aumenta de 1 a 2 dólares, mas vale a pena porque a fonte de alimentação é mais barata, usando menos componentes, menos cabos e conectores mais simples e baratos. Além disto, a fonte roda o tempo perto de sua capacidade de pico, permitindo otimizar seu projeto para obter o máximo de eficiência na conversão de energia.

O Google chega ao requinte de querer tirar proveito da melhor eficiência de transmitir energia elétrica através dos cabos de cobre, que é um material nobre e caro. É mais barato transmitir em 12 Volts ao invés de transmitir nos 5 Volts tradicionais nas motherboards, permitindo utilizar fios mais finos. Este tipo de atenção aos detalhes acaba resultando numa grande economia tanto na aquisição quanto na montagem, manutenção e operação do hardware.

O design operado por baterias do Google está patenteado, mas a empresa informou que pretende licenciar outros fabricantes para utilizar o mesmo projeto.

 

Google na busca pela eficiência energética

 

Containers para os servidores do Google

Detalhe de um vídeo do Google que apresenta os containers usados em seu datacenter. Assim como nos outros datacenters, os containers do Google usam pisos elevados (clique para ampliar)

Os engenheiros do Google também revelaram as novas medições de performance para seus datacenters. As medições foram feitas por um padrão chamado “Power Usage Effectiveness”, abreviado por PUE e que significa “Eficiência no Uso de Energia”. Este padrão foi desenvolvido por um consórcio dchamado Green Grid, e mede o quanto de energia de um datacenter vai diretamente para a computação comparado com o quanto se gasta com iluminação e refrigeração do ambiente. O ideal é chegar a 1, o que significa que toda a energia foi gasta apenas no processamento de dados, e nada nos serviços auxiliares. Um valor de 1,5 significa que os serviços auxiliares estão consumindo metade da energia dedicada à computação.

As medições de PUE já são baixos, mas a empresa diz estar trabalhando para baixá-los ainda mais. No terceiro trimestre de 2008, o Google atingiu um PUE de 1,21 e já caiu para 1.20 no último trimestre do mesmo ano e para 1.19 no primeiro trimestre de 2009.

O desenho modular para os datacenters não é usado só pelo Google. A Sun Microsystems e a Rackable Systems também os vendem. Mas o Google colocou esta idéia em prática já em 2005. Naturalmente, o projeto inicial foi sendo aprimorado. A empresa teve que fazer diversas escolhas com base em análises macro-econômicas a respeito dos custos relativos a software, hardware e instalações prediais.

Segundo a empresa, no início a ênfase era no custo em dólares por busca. Atualmente, a medição é feita em lucro em dólares por busca. A mudança foi feita para facilitar as avaliações pois o custo em dólares por busca era muito baixo.

Outra opção foi por utilizar processadores padrão X86. Segundo a empresa, há 10 anos atrás estava claro para eles que a única forma de fazer dinheiro com as buscas era trabalhar com produtos livres (software) que rodasse em hardware relativamente barato. Não seria viável, economicamente falando, fazê-lo utilizando mainframes, porque as margens de lucro simplesmente não cobririam as despesas.

Em resumo, é isto. A potência econômica que é o Google opera com base num hardware quase igual ao que você está utilizando para ler este texto. A diferença é a implementação feita sob medida e numa enorme escala de uso. A surpresa e os números demonstrados certamente influenciarão o projeto dos computadores construídos a partir de agora, vejamos o que acontecerá no futuro próximo.

Fonte: Revista PNP – www.revistapnp.com.br