Hardware: Fizyczna infrastruktura IT dla chmury

Czym jest hardware?

Hardware to fizyczne urządzenia i komponenty, na których działają usługi chmurowe: serwery, które wykonują obliczenia, dyski i macierze, które przechowują dane, oraz przełączniki sieciowe, które zapewniają komunikację. Wszystkie elementy znajdują się w szafach wewnątrz centrum danych.

Dzieli się na cztery grupy:

• Serwery — maszyny do wykonywania obliczeń.
• Pamięć masowa — dyski i macierze, które trzymają dane.
• Sprzęt sieciowy — przełączniki, routery i urządzenia, które przenoszą ruch.
• Szafy, zasilanie i chłodzenie - sprzęt obiektowy, który zapewnia optymalne i redundantne warunki pracy.

Warstwa oprogramowania, która zbiera ten sprzęt w pulę i wydaje go jako maszyny wirtualne, wolumeny i sieci, nazywa się infrastrukturą chmurową. Hardware stanowi fizyczną część tego obrazu, a dostawca chmury może go budować i kontrolować samodzielnie, albo wynająć zewnętrznego partnera.

Czym różnią się hardware od infrastruktury chmurowej, centrum danych i serwerów w chmurze?

Powyższe cztery pojęcia często są używane zamiennie, a ich znaczenia różnią się od siebie:

• Hardware to fizyczne maszyny.
• Infrastruktura chmurowa to szerszy system: hardware plus wirtualizacja i oprogramowanie.
• Centrum danych to budynek, w którym jest zainstalowany sprzęt, razem z zasilaniem, chłodzeniem i ochroną. Zobacz naszą stronę o centrach danych.
• Serwer w chmurze to maszyna wirtualna działająca na tym sprzęcie, a nie fizyczne urządzenie. Jest to najczęściej mylony termin przy zakupie chmury.

Z jakich elementów sprzętowych składa się chmura?

Hardware można podzielić na kategorie ze względu na funkcjonalność — computing (moc obliczeniowa), storage (przechowywanie danych) i network (sieć), infrastruktura DC.

• Computing (moc obliczeniowa): serwery, które wykonują przetwarzanie danych. Wykorzystują procesory CPU do zadań ogólnego przeznaczenia i GPU do trenowania i inferencji AI, renderowania oraz innych obciążających zadań, wyposażone w pamięć RAM i dyski lokalne do szybkiego zapisu danych.
• Storage (przechowywanie danych): NVMe/SSD zapewniający szybki dostęp do danych i HDD do danych masowych i archiwum. Pamięć jest grupowana w macierze, które prezentują wiele dysków jako jedną zarządzaną pulę, gdzie trzymane są dane robocze i kopie zapasowe.
• Network (sieć) : przełączniki, routery, load balancery, firewalle i okablowanie, które łączą serwery obliczeniowe ze sobą oraz z danymi i z użytkownikami. Przepustowość i opóźnienia są kluczowe dla działania chmury.
• Infrastruktura DC (szafy i sprzęt obiektowy): infrastruktura zapewniająca optymalne i redundantne warunki pracy. Ta warstwa należy do centrum danych.

Oprogramowanie do wirtualizacji, które zamienia to wszystko w pulę zasobów chmurowych na żądanie, to leżąca wyżej warstwa infrastruktury chmurowej.

Jak hardware wpływa na całą infrastrukturę?

Hardware stanowi bazę dla każdej infrastruktury IT. Nawet najlepsze oprogramowanie nie będzie wydajne, jeśli będzie zainstalowane na mało wydajnym sprzęcie.

Hardware odpowiada za:

• Wydajność —  CPU, GPU, pamięć i dyski itd, to komponenty które dopiero przy optymalnej konfiguracji dostosowanej do konkretnych rozwiązań chmurowych zapewniają najlepszą wydajność
• Niezawodność — redundantne komponenty i sieć oraz szybka naprawa są kluczowe dla stabilnego działania systemu, awaria jednego dysku, zasilacza, czy połączenia nie ma wpływu na działanie usługi.
• Oszczędność — optymalne konfiguracje sprzętowe, oprócz wydajności i niezawodności, zapewniają niższe koszty eksploatacji; dostrojone maszyny wykonują więcej pracy na jeden wat, co widać zarówno w rachunkach za prąd, jak i w śladzie węglowym.

Jakość budowy i szybkość naprawy wyznaczają sufit dla całej chmury nad nimi.

Jakie są modele hardwaru?

W zależności od indywidualnych potrzeb, rozróżniamy:

• Bare metal: fizyczny serwer oddany jednemu najemcy, bez warstwy wirtualizacji. Zaprojektowany pod potrzeby klienta: duże bazy danych, trenowanie AI i zadania wrażliwe na opóźnienia.
• Serwery współdzielone / wirtualizowane: jedna fizyczna maszyna podzielona na wiele serwerów wirtualnych udostępnionych dla kilku użytkowników lub systemów,
• On-premises: sprzęt na własność organizacji, która bierze na siebie utrzymanie, koszt kapitałowy i eksploatację w zamian za pełną kontrolę.
• Sprzęt dostawcy: dostawca chmury ma sprzęt na własność, trzyma go u siebie i utrzymuje, a użytkownik wynajmuje moc obliczeniową. Dostawca pokrywa wydatki inwestycyjne, odpowiada za magazyn z częściami zamiennymi oraz za ewentualne wymiany dysku.
• Specjalistyczne i ciężkie obciążenia: serwery GPU do trenowania i inferencji AI oraz duże połączone środowiska pamięci masowej i mocy obliczeniowej dla obserwacji Ziemi i obliczeń naukowych. Sprawdzają się w środowiskach, gdzie petabajty danych powinny być obok maszyn, które je przetwarzają.

Hardware: podstawowe pojęcia

Terminy, które warto znać w tym kontekście:

• Serwer (węzeł obliczeniowy): fizyczna maszyna; podstawowa jednostka mocy obliczeniowej w chmurze.
• CPU a GPU: CPU - procesor, przetwarza i pobiera dane, GPU - procesor graficzny, wyspecjalizowany układ obliczeniowy wykonujący masowo zrównoleglone zadania, takie jak trenowanie AI i renderowanie.
• Szafa serwerowa / jednostka rackowe (U): znormalizowana rama mieszcząca serwery, o pojemności liczonej w jednostkach U, gdzie 1U to 44,45 mm.
• Bare metal: fizyczny serwer oddany jednemu najemcy, bez warstwy wirtualizacji.
• NVMe/SSD a HDD: szybkie dyski półprzewodnikowe zapewniający szybki dostęp do danych oraz tańsze  w przeliczeniu na terabajt dyski talerzowe do danych masowych i archiwum.
• Macierz dyskowa: wiele dysków zebranych w jedną zarządzaną pulę, z redundancją, dzięki której awaria jednego dysku nie oznacza utraty danych.
• Przełącznik / router / load balancer: to kluczowe urządzenia oraz mechanizmy sieciowe, które służą do zarządzania ruchem danych
• Redundancja (N+1): to systemowa nadmiarowość polegająca na zainstalowaniu liczby urządzeń (N) niezbędnych do normalnej pracy powiększonej o jednostkę zapasową (+1)

Dlaczego ma znaczenie, kto buduje i kontroluje hardware?

Hardware daje szybkość i niezawodność. Właściwy dostawca daje wydajność, kontrolę, niezależność i suwerenność.

• Kontrola i wydajność. Dostawca dopasowuje sprzęt do wymagań obciążeń. Komponenty i konfiguracje dobiera pod kątem rzeczywistej wydajności, a nie parametrów z kart katalogowych. Sam kontroluje serwis. Własny zapas części zamiennych pozwala mu szybko reagować na awarie bez czekania na zewnętrznych dostawców.
• Suwerenność na poziomie sprzętu. Suwerenność na poziomie sprzętu. Suwerenność sprzętu to nie tylko kwestia tego, gdzie stoi budynek. Jeśli „europejski” dostawca korzysta ze sprzętu, firmware’u lub serwisu firm spoza UE, pozostaje od nich zależny. Prawdziwa niezależność zaczyna się wtedy, gdy cały proces, od instalacji hardware’u i firmware’u po serwis i utrzymanie, pozostaje w rękach dostawcy.

Własny sprzęt a odsprzedaż cudzego

Dostawca, który odsprzedaje hardware firm trzecich albo white label, szybciej wchodzi na rynek i dźwiga dużo mniejsze obciążenie operacyjne, ale dziedziczy terminy dostaw, SLA wsparcia i łańcuch dostaw tego producenta, często z zależnościami spoza UE. Dostawca, który sam projektuje, buduje i serwisuje swoje maszyny, ponosi realny koszt inżynieryjny, ale kontroluje strojenie wydajności, szybkość naprawy, cykl życia sprzętu i cały łańcuch dostaw.

Własny hardware jest szczególnie istotny przy obciążeniach regulowanych, w sektorze publicznym oraz przy ciężkich zadaniach AI i obserwacji Ziemi, gdzie wydajność, szybkość naprawy i niezależność nie podlegają negocjacji.

Jak CloudFerro buduje swój hardware?

CloudFerro jest właścicielem swojego sprzętu. Nie odsprzedaje gotowych maszyn zewnętrznych dostawców, tylko sam projektuje, konfiguruje i serwisuje serwery. Konfiguracje optymalizuje pod konkretne usługi, a serwis nadzoruje od początku do końca.

• Konfiguracja, instalacja, serwis: inżynierowie CloudFerro dobierają konfigurację serwerów do zadania, od wielopetabajtowych repozytoriów danych po wydajne maszyny obliczeniowe. Skonfigurowali i zainstalowali dotąd tysiące serwerów, dopracowując cały proces: od projektu, przez instalację, po serwis.
• Blisko producentów: CloudFerro współpracuje bezpośrednio z producentami kluczowych komponentów serwerowych, sieciowych i pamięci masowej. Nowy hardware testuje wcześnie, jeszcze przed jego ogólną dostępnością. Komponenty wybiera na podstawie wyników testów, a nie kart katalogowych.
• Własny serwis i części: CloudFerro ma magazyn części zamiennych i własny zespół serwisowy dostępny całą dobę. Zespół wymienia dowolny komponent albo dostarcza nowy serwer szybciej niż serwis producenta. Awaryjność i wydajność komponentów są monitorowane na bieżąco, więc części wymienia się z wyprzedzeniem, zanim dojdzie do awarii.
• Zielone z założenia: komponenty o niskim poborze mocy, zasilacze o wysokiej sprawności, konfiguracje serwerów dobrane pod niezawodną pracę i stały monitoring. Dzięki temu infrastruktura zużywa mniej prądu i wytwarza mniej elektrośmieci.
• Gdzie działa: w centrach danych Tier III na terenie UE oraz we własnych obiektach CloudFerro.
• Pod wymagające obciążenia: hardware jest dostrojony pod obserwację Ziemi, naukę i AI. Obejmuje najnowsze akceleratory GPU NVIDIA do trenowania i inferencji modeli AI. Ta sama infrastruktura obsługuje ponad 100 PB danych obserwacji Ziemi z programu Copernicus.
• Certyfikaty i poświadczenia: ISO 9001:2015 i ISO/IEC 27001:2022 (rozszerzone o zabezpieczenia z norm ISO/IEC 27017 i 27018), BSI C5 oraz świadectwa bezpieczeństwa przemysłowego (Facility Security Clearance) do przetwarzania informacji niejawnych.