Los centros de datos de hiperescala, operados por grandes empresas conocidas como hiperescaladores, se han convertido en los principales proveedores de infraestructura digital, que abarcan servicios en la nube y respaldan el funcionamiento fluido de Internet. Como resultado, estos hiperescaladores desempeñan un papel fundamental a la hora de satisfacer las crecientes demandas de potencia informática, almacenamiento y capacidades de red en el mundo actual impulsado por los datos.
La hiperescala se refiere a la capacidad de una infraestructura informática para escalar rápida y eficientemente con la demanda, especialmente en centros de datos y plataformas en la nube, agregando recursos como servidores y almacenamiento. Los hiperescaladores clave incluyen AWS, Microsoft Azure, Google Cloud, Meta Platforms, Apple y TikTok.
Centro Infra profundiza en el concepto de hiperescala, sus implicaciones para los centros de datos y las empresas que impulsan esta tendencia, incluidos los proveedores de la nube y las grandes empresas de Internet. Continúe leyendo para descubrir las innovaciones detrás de los servidores a hiperescala y cómo están remodelando el futuro de la computación en la nube y los servicios de Internet.
¿Qué es la hiperescala?
La hiperescala se refiere a la capacidad de la infraestructura informática para expandirse rápida y eficientemente en respuesta a la creciente demanda. Este concepto a menudo se asocia con centros de datos y plataformas de computación en la nube, donde los sistemas están diseñados para escalarse sin problemas agregando más recursos, como servidores, almacenamiento y componentes de red, según sea necesario.
Los centros de datos de hiperescala se han convertido en la columna vertebral de muchos proveedores de servicios en la nube (CSP). Empresas como Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure y Google Cloud Platform (GCP) utilizan la informática a hiperescala para ofrecer a empresas e individuos recursos informáticos asequibles y bajo demanda.
La informática a hiperescala también ha atraído el interés de las empresas, en particular de las grandes empresas de Internet, como Meta Platforms (Facebook). A medida que los big data, la inteligencia artificial (IA) y el Internet de las cosas (IoT) continúan creciendo, muchos hiperescaladores están invirtiendo en centros de datos de hiperescala escalables, flexibles y eficientes.
Centros de datos de hiperescala
Los centros de datos de hiperescala, también conocidos como centros de datos en la nube, son instalaciones informáticas masivas, centralizadas, altamente eficientes y personalizadas que son operadas por una sola empresa. Estas instalaciones admiten principalmente proveedores de servicios en la nube (CSP) y grandes empresas de Internet con enormes requisitos de computación, almacenamiento y redes.
Centro de datos de hiperescala de Google en Lenoir, condado de Caldwell, Carolina del Norte.
El mercado de centros de datos a hiperescala es importante desde cualquier punto de vista. En 2023, el arrendamiento global de capacidad de energía de centros de datos superó los 6 gigavatios (GW), incluidos los derechos de preferencia (ROFR), los derechos de primera oferta (ROFO) y las reservas. En particular, más de 4,5 GW de esta demanda se originaron en América del Norte y la mayor parte de estos arrendamientos fueron para centros de datos de hiperescala. Además, los gastos de capital en centros de datos globales en 2023 superaron los 200 mil millones de dólares, y los desarrolladores de hiperescala contribuyeron con más de 125 mil millones de dólares (más del 60 %) para la construcción de estas enormes instalaciones.
Las características y beneficios clave de los centros de datos a hiperescala son el tamaño y la escalabilidad, la computación distribuida, la eficiencia energética, la alta potencia informática, la automatización y la rentabilidad.
1) Tamaño y escalabilidad
Los centros de datos de hiperescala son de tamaño inmenso y tienen la capacidad de escalar la infraestructura sin problemas en respuesta a la demanda. Tienen una escala mucho mayor en comparación con los centros de datos empresariales típicos.
Estas instalaciones de hiperescala suelen albergar decenas de miles o incluso millones de servidores, dispositivos de almacenamiento y componentes de red, lo que proporciona grandes cantidades de recursos informáticos. Además, mediante el uso de virtualización de servidores, los centros de datos a hiperescala pueden operar millones de máquinas virtuales (VM), mejorando sus capacidades informáticas para soportar numerosos clientes y aplicaciones.
Los centros de datos de hiperescala generalmente se construyen con capacidad de energía escalable para requisitos de 5 a 100 megavatios (MW) en 50,000 a más de 1 millón de pies cuadrados de espacio. Como tal, construir estas instalaciones de centros de datos a hiperescala puede costar más de mil millones de dólares.
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Para escalar la capacidad de manera eficiente, los centros de datos a hiperescala emplean un enfoque de diseño modular, utilizando componentes estandarizados y prefabricados para una rápida implementación, expansión y mantenimiento simplificado, sin comprometer el rendimiento. Esta estrategia de diseño mejora la flexibilidad, permitiendo reemplazar o actualizar componentes individuales, como módulos de alimentación y refrigeración, sin interrumpir todo el sistema.
2) Computación distribuida
La computación distribuida es una característica clave de los centros de datos a hiperescala, donde las tareas informáticas se dividen en tareas más pequeñas y manejables que se procesan simultáneamente en múltiples servidores o nodos para garantizar un procesamiento eficiente y confiable. Estos servidores están interconectados mediante conmutadores de red de alta velocidad, formando un conjunto de recursos que permite a las empresas crear, administrar e implementar aplicaciones en cualquier lugar, desde grandes centros de datos en la nube hasta [ubicaciones perimetrales] más pequeñas (/articulos/what-is-an-edge-data-center/).
Los proveedores de servicios en la nube (CSP), como Amazon Web Services (AWS), desempeñan un papel crucial a la hora de permitir la computación distribuida mediante la construcción y el mantenimiento de regiones de nube y zonas de disponibilidad (AZ) en todo el mundo. Al mismo tiempo, los servicios de computación de borde, como AWS Outposts, extienden la infraestructura, los servicios, las API y las herramientas de CSP a prácticamente cualquier centro de datos, instalación de colocación o ubicación local.
Ejemplo de región de nube con zonas de disponibilidad
La informática distribuida mejora el rendimiento para una amplia gama de aplicaciones y cargas de trabajo, además de proporcionar redundancia y tolerancia a fallos. En caso de una falla del hardware, las tareas se pueden redistribuir automáticamente a otros servidores, minimizando el impacto en el sistema general.
3) Eficiencia Energética
La eficiencia energética es una consideración crucial para los centros de datos a hiperescala, ya que su enorme tamaño y requisitos de energía pueden generar impactos ambientales y costos operativos significativos. El aprovisionamiento dinámico de recursos, sistemas de refrigeración avanzados (por ejemplo, refrigeración líquida, refrigeración gratuita o refrigeración adiabática), servidores energéticamente eficientes y el uso de fuentes de energía renovables se emplean para minimizar el consumo de energía y reducir la huella de carbono general de estas instalaciones.
El consumo de energía de los centros de datos generalmente se mide utilizando una métrica de eficiencia conocida como eficacia del uso de energía (PUE). Específicamente, [PUE](/articulos/pue-power-usage-effectiveness Effectiveness/) es la relación entre la cantidad total de electricidad consumida por un centro de datos, incluida la distribución de energía y la refrigeración, y la cantidad de electricidad entregada a sus equipos de TI (siendo óptima una métrica más cercana a 1,0).
Como se muestra a continuación, los operadores de centros de datos de hiperescala como Microsoft Azure, Google Cloud, Alibaba Cloud y Meta Platforms (Facebook) reportan un PUE sustancialmente más bajo (en el rango de 1,05 a 1,25) en comparación con el centro de datos empresarial promedio, que alcanza un PUE de 1,58, según el [Global Data Center] del Uptime Institute. Encuesta](https://uptimeinstitute.com/resources/research-and-reports/uptime-institute-global-data-center-survey-results-2023).
Comparación de eficacia del uso de energía (PUE)
| Operador de centro de datos | Eficacia del uso de energía (PUE) |
| microsoft | 1.18 |
| 1.10 | |
| Nube de Alibaba | 1.22 |
| Metaplataformas (Facebook) | 1.08 |
| Centro de datos – Promedio | 1,58 |
Los principales hiperescaladores Amazon, Microsoft, Google y Meta Platforms (Facebook) han emprendido extensos proyectos de energía renovable, utilizando energía solar y eólica para reducir sus huellas de carbono, promover operaciones sustentables y alimentar sus centros de datos.
Estas iniciativas implican invertir y construir paneles solares y turbinas eólicas in situ, a menudo con capacidades de varios cientos de megavatios, así como comprar energía renovable directamente a través de acuerdos de compra de energía (PPA) o mediante instrumentos basados en el mercado, como los certificados de energía renovable (REC).
4) Alta potencia informática
Hiperescala los centros de datos están diseñados para ofrecer una inmensa potencia informática, capaz de procesar y almacenar grandes cantidades de datos a altas velocidades. Esto se logra mediante el uso de servidores potentes, redes de alta velocidad y hardware especializado, como unidades de estado sólido (SSD) y unidades de procesamiento de gráficos (GPU).
El rendimiento informático superior permite que las instalaciones a hiperescala admitan una amplia gama de aplicaciones exigentes, incluidas inteligencia artificial (IA) y cargas de trabajo de aprendizaje automático (ML), análisis de big data, realidad aumentada (AR) y realidad virtual (VR), y renderizado de video.
Para respaldar estas aplicaciones exigentes, los centros de datos de hiperescala a menudo operan a niveles de densificación de energía de 10 kW por rack a 14 kW por rack, que es más alto que los centros de datos tradicionales con aproximadamente 5 kW por rack. Estos centros de datos admiten requisitos de TI más complejos y se benefician de economías de escala para implementar infraestructura sofisticada y computación de alta densidad y uso intensivo de energía.
5) Automatización
La automatización es una característica fundamental de los centros de datos de hiperescala, que les permite gestionar y optimizar de manera eficiente su vasta infraestructura. Esto incluye monitoreo, mantenimiento y asignación de recursos automatizados, así como el uso de inteligencia artificial (IA) y aprendizaje automático (ML) para predecir y responder a problemas potenciales. La automatización ayuda a reducir la complejidad operativa y la intervención humana necesaria para gestionar estas instalaciones a gran escala, en comparación con los centros de datos empresariales.
Redes definidas por software (SDN) es un ejemplo de cómo se utiliza la automatización en centros de datos de hiperescala, particularmente porque permite la gestión y configuración centralizadas del comportamiento de la red a través de software. SDN permite a los operadores aprovisionar y ajustar rápidamente los recursos de red en respuesta a las demandas cambiantes, asegurando una utilización eficiente de los recursos y entornos de gestión en informática a gran escala optimizados.
6) Rentabilidad
Los centros de datos de hiperescala son rentables debido a su capacidad para aprovechar las economías de escala, el diseño modular y las tecnologías energéticamente eficientes, lo que reduce significativamente tanto los gastos de capital como los gastos operativos. La gran escala de estas instalaciones les permite adquirir hardware y software a costos más bajos, mientras que el enfoque de diseño modular y el uso de componentes estandarizados también contribuyen al ahorro de costos al simplificar la implementación, mantenimiento y actualizaciones.
Además, los centros de datos a hiperescala emplean sistemas de refrigeración avanzados, hardware energéticamente eficiente y técnicas sofisticadas de administración de energía, lo que reduce el consumo de energía y los costos operativos con el tiempo. Por último, una instalación de hiperescala suele estar ubicada en las afueras de una ciudad importante, lo que ofrece ventajas de costos en la adquisición de energía y terrenos para construcción.
Empresas de hiperescala
Las empresas de hiperescala, también conocidas como hiperescaladoras, incluyen tanto proveedores de servicios en la nube (CSP) como grandes empresas de Internet con enormes capacidades informáticas, almacenamiento y requisitos de red. Actualmente, más de 25 empresas en todo el mundo son reconocidas como hiperescaladoras y en conjunto operan más de 500 centros de datos.
Proveedores de nube de hiperescala
Los proveedores de nube a hiperescala ofrecen una amplia gama de servicios que satisfacen diversas necesidades informáticas, como infraestructura como servicio (IaaS), plataforma como servicio (PaaS) y software como servicio (SaaS). Estos modelos de servicios en la nube permiten a los clientes acceder a recursos informáticos, almacenamiento y capacidades de red escalables y rentables.
Los proveedores de nube de hiperescala más destacados son Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure, Google Cloud Platform (GCP) y Oracle Cloud, que se destacan a continuación:
Servicios web de Amazon (AWS)
Amazon Web Services (AWS), el servicio de computación en la nube de Amazon.com, es el mayor proveedor de nube a hiperescala a nivel mundial. AWS tiene 32 regiones de nube y 102 zonas de disponibilidad en operación, con planes de lanzar 4 regiones de nube más y 12 zonas de disponibilidad más.
A nivel mundial, la cartera de centros de datos de AWS asciende a 33,5 millones de pies cuadrados, de los cuales la empresa alquila 18,0 millones de pies cuadrados (54% del total) y posee 15,4 millones de pies cuadrados (46% del total).
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Microsoft Azure
Microsoft Azure es la rama de servicios de computación en la nube de Microsoft. Azure es el segundo proveedor de nube de hiperescala más grande a nivel mundial con 62 regiones de nube y 120 zonas de disponibilidad en operación.
A nivel mundial, la cartera de centros de datos de Microsoft Azure suma más de 200 instalaciones, que están conectadas entre sí por más de 175.000 millas de líneas de fibra óptica.
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Plataforma en la nube de Google (GCP)
Google Cloud Platform (GCP), parte de Alphabet Inc, es el tercer mayor proveedor de nube a hiperescala a nivel mundial.
Actualmente, Google Cloud opera 39 regiones de nube y 118 zonas de disponibilidad. Estas regiones de nube y zonas de disponibilidad están situadas en los Estados Unidos, América, Europa y Asia Pacífico.
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Nube de Oracle
La unidad de computación en la nube de Oracle Corporation, conocida como Oracle Cloud Infrastructure (OCI), es un proveedor clave de servicios en la nube a nivel mundial.
Actualmente, Oracle Cloud opera 46 regiones de nube y 56 zonas de disponibilidad. Estas regiones de nube y zonas de disponibilidad están ubicadas en los Estados Unidos, Canadá, Europa, Medio Oriente y África (EMEA), América Latina y Asia Pacífico.
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Grandes empresas de Internet
Las grandes empresas de Internet utilizan centros de datos a hiperescala para ofrecer sus productos y servicios a los usuarios finales. Estas empresas de hiperescala incluyen Meta Platforms (Facebook), Apple, TikTok (ByteDance), Uber, X (Twitter), Salesforce, NVIDIA y LinkedIn.
Metaplataformas (Facebook)
Meta Platforms posee y opera 24 campus de centros de datos de hiperescala en todo el mundo, que abarcan más de 53 millones de pies cuadrados. Geográficamente, estos centros de datos a hiperescala están ubicados en todo Estados Unidos, así como en partes de Europa (Dinamarca, Irlanda, Suecia) y Asia Pacífico (Singapur). Además, Meta alquila más capacidad de centro de datos, en ubicaciones adicionales, a operadores externos como Digital Realty y CyrusOne.
Meta diseña y construye sus centros de datos e infraestructura técnica para poder ofrecer sus productos, que incluyen Facebook, Instagram, Messenger, Threads y WhatsApp.
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manzana
Apple opera ocho centros de datos a hiperescala ubicados en Estados Unidos, Dinamarca y China. Cuando estén completamente construidas, estas instalaciones comprenderán en conjunto aproximadamente 10 millones de pies cuadrados. Además, Apple está desarrollando dos centros de datos más, en Estados Unidos y Europa, lo que elevaría la cartera total de la empresa a 10 centros de datos una vez finalizados.
Los centros de datos de Apple ayudan a impulsar el crecimiento de la empresa en servicios, incluidos iCloud, App Store, Apple Maps, Apple Music, Apple Pay, Apple TV+, iMessage y Siri.
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Otras grandes empresas de Internet
Muchas grandes empresas de Internet no construyen su propia infraestructura. En cambio, subcontratan y alquilan capacidad de centro de datos de hiperescala a proveedores de servicios externos, como Digital Realty, CyrusOne y CloudHQ. Ejemplos de las grandes empresas de Internet que alquilan la mayor parte de la capacidad de sus centros de datos a hiperescala incluyen TikTok (ByteDance), Uber, X (Twitter), Salesforce, NVIDIA y LinkedIn.
Servidores de hiperescala
Los servidores de hiperescala son sistemas informáticos de alto rendimiento y eficiencia energética diseñados específicamente para soportar los requisitos masivos de procesamiento y almacenamiento de datos de los centros de datos de hiperescala. Estos servidores se construyen centrándose en la escalabilidad, la modularidad y la rentabilidad, y los hiperescaladores los compran en volumen, lo que les permite negociar mejores precios con los proveedores.
Servidores de hiperescala de Google en Pryor, condado de Mayes, Oklahoma.
Los centros de datos de hiperescala representan más del 50% de todos los servidores de centros de datos instalados y, según NVIDIA, cada año se implementan aproximadamente 9 millones de servidores de hiperescala.
Características de los servidores de hiperescala
Las características clave de los servidores a hiperescala son la computación de alta densidad, las estrategias de optimización de costos y la eficiencia energética.
1) Computación de alta densidad
Los servidores de hiperescala se caracterizan por la informática de alta densidad, donde una gran cantidad de procesadores potentes (CPU, GPU, ASIC), memoria y componentes de almacenamiento están empaquetados en un factor de forma compacto. Este enfoque de diseño permite que los centros de datos a hiperescala acomoden más recursos informáticos en un espacio más pequeño, proporcionando la inmensa potencia de procesamiento necesaria para soportar aplicaciones y cargas de trabajo exigentes.
2) Estrategias de optimización de costos
Los operadores de centros de datos a hiperescala emplean varias tácticas para optimizar los costos de los servidores, incluidos diseños de hardware personalizados, estandarización y el uso de equipos reacondicionados.
- Diseños de hardware personalizados: Los operadores de infraestructura de hiperescala a menudo diseñan su propio hardware de servidor adaptado a sus necesidades específicas. Esto les permite optimizar el rendimiento y la eficiencia del servidor y eliminar funciones innecesarias que aumentan el costo. Por ejemplo, los procesadores AWS Graviton están diseñados para ofrecer un rendimiento con costos optimizados para cargas de trabajo en la nube que se ejecutan en Amazon EC2.
- Estandarización: Al utilizar diseños de servidores modulares y estandarizados, los proveedores de centros de datos de hiperescala pueden simplificar su infraestructura y reducir los gastos generales de administración. El diseño modular de los servidores a hiperescala también facilita el mantenimiento, el reemplazo y la actualización de los componentes según sea necesario, lo que ayuda a minimizar los costos generales.
- Hardware reacondicionado: Algunos operadores de instalaciones de hiperescala compran servidores reacondicionados o usados que aún cumplen con sus requisitos de rendimiento. Esto puede ayudar a reducir aún más los costos, especialmente para cargas de trabajo no críticas o centros de datos secundarios.
3) Eficiencia energética
Los servidores de hiperescala están diseñados con componentes energéticamente eficientes, como unidades de fuente de alimentación (PSU) de alta eficiencia, módulos reguladores de voltaje (VRM) y sistemas de refrigeración avanzados. Estos componentes ayudan a reducir el consumo de energía y mejorar la eficiencia general de los hiperescaladores.
Arquitecturas de servidores de hiperescala
Las arquitecturas de servidores de hiperescala están siendo diseñadas por iniciativas que incluyen Open Compute Project (OCP) y Project Olympus de Microsoft.
Proyecto de computación abierta (OCP)
El Open Compute Project (OCP) es una iniciativa lanzada por Facebook (ahora Meta Platforms), Intel y Rackspace, entre otros, en 2011, con el objetivo de desarrollar diseños de hardware de código abierto para centros de datos. El proyecto se centra en la creación de arquitecturas de servidores altamente eficientes, rentables y escalables que puedan personalizarse y adaptarse fácilmente a diversos casos de uso.
Los diseños de servidores OCP priorizan la eficiencia energética, la modularidad y el mantenimiento simplificado. Las organizaciones pueden aprovechar los diseños de servidores estandarizados de OCP para construir e implementar una infraestructura de centro de datos a hiperescala de manera más eficiente.
Como ejemplo, Meta Platforms ha desarrollado el gabinete Open Rack, que es un diseño de rack de 21 pulgadas de ancho que permite un mejor flujo de aire y una distribución de energía más eficiente en comparación con el rack tradicional de 19 pulgadas de ancho.
Proyecto Olimpo
Project Olympus es una iniciativa de arquitectura de servidores de Microsoft que contribuye al Open Compute Project (OCP). Lanzado en 2016, el Proyecto Olympus tiene como objetivo crear un diseño de hardware flexible, modular y de código abierto para centros de datos de hiperescala. El proyecto se centra en desarrollar un diseño de chasis y placa base universal que pueda admitir diversas configuraciones de procesadores, memoria, almacenamiento y componentes de red.
Al proporcionar una arquitectura de servidor personalizable y adaptable, Project Olympus permite a los hiperescaladores optimizar su infraestructura para cargas de trabajo específicas y escalar fácilmente la capacidad de su centro de datos según sea necesario.
