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Google revela os segredos do hardware dos seus servidores

Por Iberê M. Campos equipe

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.

Ben Jai, o projetista de servidores do Google
Ben Jai, o projetista de servidores do Google
A revelação inédita na história da empresa ocorreu no dia 1º de abril de 2009 numa conferência que ocorreu nos Estados Unidos sobre a iminente questão de aumentar a eficiência energética nos datacenters. Na citada conferência, o engenheiro Ben Jai (vide foto ao lado), que desenhou muitos dos servidores do Google, explicou como é o hardware do servidor.

A primeira surpresa: cada servidor tem sua própria bateria de 12 Volt para fornecer energia ao circuito se houver algum problema com o suprimento de eletricidade do edifício. Lembramos que nos micros convencionais existe uma fonte de alimentação que fornece várias tensões em suas saídas, para alimentar as diversas partes das motherboards.

Porque este design tão diferente? A resposta é simples: economia. Vamos entender o porquê. Grandes centros de computação como os do Google precisam se precaver 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”. O termo é uma abreviação de Uninterruptible Power Supplies, ou seja, Fontes de Energia não-Interruptíveis. Como este termo soa meio estranho em português, poderíamos chamá-las por algo como “Fontes de Energia Continuada” (não confundir com corrente contínua).

Pois bem, seja lá com que nome for, o fato é que 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 fonte de energia continuada 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.
'Containers
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)


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.

Desde 2005, os datacenters do Google são compostos de armários padronizados (vide foto ao lado). 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.

'Vista
Vista superior de um servidor do Google (clique para ampliar)
Como é o servidor



Na mesma citada conferência foram mostradas fotos e detalhes do projeto de uma unidade real utilizada nos datacenters do Google. Acompanhe pela foto ao lado: 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.
'Detalhe
Detalhe da parte traseira de um servidor do Google(clique para ampliar)


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



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.

A maioria das pessoas compra um computador por vez, mas o Google pensa numa outra escala, como demonstrado por seus containers com 1.160 servidores cada um, denominados 1AAA, e que são usados às centenas em seus datacenters.

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.
'Diagrama
Diagrama de um container de servidores do Google(clique para ampliar)


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 uma enorme escala de uso.

Publicado em 05/04/2009 às 00:00 hs


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NOSSOS LEITORES JÁ FIZERAM 1 COMENTÁRIO sobre este artigo:
De: Socram (em 06/04/2009 às 10:43 hs)
Parte técnica não é tudo...
O que me chamou atenção - tanto ou mais até que a própria questão técnica - é a necessidade do correto funcionamento da parte organizacional da coisa, me parece que esta é a grande responsável pelo êxito do sistema, independente da solução que foi adotada.

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