Next Generation Data Center: Insights into the Next-Gen Future

Se espera que la arquitectura del centro de datos de próxima generación desempeñe un papel fundamental, con una capacidad global del centro de datos actualmente de 50 gigavatios (GW) y se prevé que se duplique a 100 GW en los próximos 6 a 10 años. Los diseños innovadores de centros de datos de próxima generación respaldarán este crecimiento, proporcionando la infraestructura de computación, almacenamiento y red necesaria para soportar estos exigentes requisitos.

Los centros de datos de próxima generación son instalaciones informáticas que utilizan automatización, control definido por software y tecnologías avanzadas para ofrecer eficiencia, escalabilidad y seguridad superiores para datos y aplicaciones. En términos más simples, son centros de datos creados para las necesidades de la era de la nube y la IA.

Centro Infra explora los centros de datos de próxima generación y su creciente importancia en el futuro de la infraestructura digital. Revisamos las diferencias clave entre los centros de datos tradicionales y de próxima generación, destacando las ventajas de los primeros. Además, analizamos más de cerca la arquitectura de los centros de datos de próxima generación y analizamos los componentes cruciales que los distinguen, incluidos los diseños modulares, la infraestructura definida por software, la eficiencia energética, la TI de alta densidad, la informática de punta, la IA y el aprendizaje automático, y la computación cuántica.

¿Qué es un centro de datos de próxima generación?

Un centro de datos de próxima generación es una instalación informática moderna y avanzada diseñada para almacenar, procesar y gestionar de forma eficiente grandes cantidades de datos. Estos centros de datos de próxima generación utilizan tecnologías de vanguardia como virtualización, computación en la nube y redes definidas por software (SDN) para proporcionar recursos informáticos escalables, flexibles y de alta disponibilidad. Los centros de datos de próxima generación se centran en la eficiencia energética, la automatización y la seguridad para satisfacer las crecientes demandas de la transformación digital y la creciente dependencia de las aplicaciones basadas en datos.

Importancia de los centros de datos de próxima generación

Los siguientes factores contribuyen colectivamente a la importancia de los centros de datos de próxima generación para satisfacer las necesidades cambiantes de las empresas modernas:

1. Escalabilidad y flexibilidad: Los centros de datos de próxima generación son altamente escalables y flexibles, lo que permite a las organizaciones adaptarse a las demandas de datos y necesidades comerciales en constante aumento. A través de la agrupación de recursos, pueden asignar rápidamente recursos de computación, almacenamiento y red y escalarlos hacia arriba o hacia abajo según la demanda, utilizando tecnologías como computación en la nube, máquinas virtuales (VM) y contenedores, para ofrecer un rendimiento óptimo y rentabilidad.
2. Eficiencia energética y sostenibilidad: Los centros de datos de próxima generación priorizan la eficiencia energética y la sostenibilidad al emplear tecnologías de refrigeración innovadoras, como refrigeración por aire libre y refrigeración líquida, utilizar hardware de bajo consumo e integrar fuentes de energía renovable como la solar y la eólica para minimizar su huella de carbono. Su compromiso con la sostenibilidad se demuestra al lograr las mejores métricas de [Efectividad del uso de energía (PUE)](/articulos/pue-power-usage-effectiveness Effectiveness/) y Efectividad del uso del agua (WUE), puntos de referencia clave para la eficiencia energética y del agua en la industria de los centros de datos.
3. Seguridad y cumplimiento mejorados: Los centros de datos de próxima generación priorizan medidas de seguridad sólidas y privacidad de datos. Incorporan tecnologías de seguridad avanzadas, como cifrado, controles de acceso y sistemas de detección de intrusos (IDS), para proteger datos confidenciales y ofrecer cumplimiento con regulaciones de la industria como GDPR, HIPAA y PCI-DSS.
4. Computación de alto rendimiento (HPC): A medida que las organizaciones dependen cada vez más de aplicaciones y tecnologías con uso intensivo de datos, como la inteligencia artificial (IA), el aprendizaje automático (ML) y el análisis de big data, los centros de datos de próxima generación brindan las capacidades necesarias de computación de alto rendimiento (HPC). Ofrecen servidores potentes como unidades de procesamiento de gráficos (GPU), sistemas de almacenamiento rápidos como matrices totalmente flash (AFA) y redes de baja latencia como estructuras Ethernet, para soportar estas cargas de trabajo exigentes.
5. Soporte de Edge Computing: Los centros de datos de próxima generación admiten Edge Computing, lo que acerca el procesamiento de datos a la fuente de generación de datos. Al habilitar la informática de punta, estos centros de datos pueden reducir la latencia, mejorar la velocidad de procesamiento de datos y mejorar el rendimiento de las aplicaciones que requieren procesamiento en tiempo real, como dispositivos IoT y vehículos autónomos, permitiendo nuevos servicios y casos de uso.
6. Automatización y gestión inteligente: Para optimizar las operaciones y reducir los errores humanos, los centros de datos de próxima generación dependen en gran medida de la automatización y los sistemas de gestión inteligente. Utilizan infraestructura definida por software, inteligencia artificial y aprendizaje automático para automatizar tareas como el aprovisionamiento de recursos, la optimización de la carga de trabajo y la detección de fallas. Esto da como resultado una mayor eficiencia, una reducción del tiempo de inactividad y una mejor gestión del centro de datos

Centro de datos de próxima generación versus centro de datos tradicional

Los centros de datos de próxima generación están diseñados para manejar las demandas en rápido crecimiento de la informática y las aplicaciones modernas de forma automatizada, centrándose en una implementación rápida, escalabilidad y eficiencia. Por el contrario, los centros de datos tradicionales se construyen utilizando tecnologías y arquitecturas más antiguas, y a menudo dependen de procesos más manuales y componentes de hardware aislados.

A continuación se muestra una comparación de las diferencias clave entre los centros de datos tradicionales y de próxima generación.

Arquitectura de centro de datos de próxima generación

La arquitectura del centro de datos de próxima generación involucra los elementos de diseño y tecnologías específicas que caracterizan la infraestructura de los centros de datos modernos y avanzados.

Los aspectos clave de la arquitectura del centro de datos de próxima generación incluyen:

1. Diseños modulares

Los centros de datos de próxima generación utilizan arquitecturas y componentes modulares, incluidas unidades prefabricadas y estructuras en contenedores. Estos bloques de construcción autónomos albergan infraestructura de computación, almacenamiento, energía y refrigeración, lo que permite:

• Escalabilidad: Los diseños de centros de datos modulares permiten una fácil expansión y adaptación a los requisitos de capacidad cambiantes, lo que permite a las organizaciones escalar su infraestructura y servicios según sea necesario sin interrupciones significativas.
• Flexibilidad: Los centros de datos modulares se pueden reconfigurar rápidamente para adaptarse a requisitos de carga de trabajo específicos, como computación de alta densidad o aplicaciones de almacenamiento intensivo.
• Implementación rápida: Los componentes modulares prefabricados se pueden ensamblar y poner en servicio mucho más rápido que las construcciones de centros de datos tradicionales, lo que acorta el tiempo de comercialización de nuevos servicios y aplicaciones.
• Rentabilidad: Al utilizar componentes estandarizados y prefabricados, los centros de datos modulares pueden reducir los gastos de capital (CapEx) y los gastos operativos (OpEx) asociados con el edificio y el mantenimiento de instalaciones personalizadas del centro de datos. Además, permiten reducir la construcción en obra, lo que proporciona una mayor previsibilidad en términos de presupuesto.

2. Infraestructura definida por software

La arquitectura de centro de datos de próxima generación se centra en un enfoque definido por software donde los componentes de la infraestructura (cómputo, almacenamiento y redes) se virtualizan y administran a través de software.

Más concretamente, este elemento se implementa a través de:

• Redes definidas por software (SDN): Separación del plano de control (donde residen las reglas de red) del plano de datos (donde ocurre el reenvío de tráfico). SDN permite la administración y automatización de redes centralizadas y programables, todo a través de software en lugar de configuración manual de hardware.
• Almacenamiento definido por software (SDS): Abstraer los recursos de almacenamiento de su hardware subyacente, lo que mejora la flexibilidad y la eficiencia del almacenamiento. Esto permite la gestión centralizada del grupo de almacenamiento, el aprovisionamiento de almacenamiento bajo demanda y funciones como la replicación de datos y la organización en niveles.
• Computación definida por software: Los hipervisores son la base de la computación definida por software. Permiten ejecutar múltiples máquinas virtuales (VM) en un único servidor físico, cada una con sus propios recursos aislados (CPU y memoria).
• Containerización y orquestación: Utilizar tecnologías de contenedores como Docker y plataformas de orquestación como Kubernetes para implementar y administrar aplicaciones y servicios en toda la infraestructura del centro de datos, lo cual es vital para la velocidad y la innovación.

3. Eficiencia Energética y Sostenibilidad

Los centros de datos de próxima generación priorizan el diseño y despliegue de infraestructura que minimice el consumo de energía y el impacto ambiental. Más específicamente, este enfoque se implementa a través de:

• Sistemas de refrigeración: Los centros de datos de próxima generación emplean métodos de refrigeración innovadores como refrigeración líquida, refrigeración por aire libre y técnicas de gestión del flujo de aire como contención de pasillos fríos y calientes para minimizar el consumo de energía para la refrigeración.
• Fuentes de energía renovables: Los centros de datos de próxima generación están integrando cada vez más la generación solar o eólica in situ. También participan en acuerdos de compra de energía (PPA) para obtener electricidad directamente de proyectos de energía renovable a gran escala.
• Hardware energéticamente eficiente: Los centros de datos de próxima generación utilizan servidores, dispositivos de almacenamiento y equipos de red energéticamente eficientes que consumen menos energía y generan menos calor, lo que reduce los requisitos energéticos generales. Además, los sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) y las unidades de distribución de energía (PDU) altamente eficientes ayudan a minimizar el desperdicio de energía en la conversión y distribución de energía.
• Utilización del calor residual: En lugar de simplemente expulsar el calor, los centros de datos de próxima generación implementan sistemas que capturan el calor generado por los equipos de TI y lo reutilizan para otros usos. Puede utilizarse para calentar instalaciones in situ o incluso suministrarse a edificios cercanos y sistemas de calefacción urbana.
• Energía nuclear: Los centros de datos de próxima generación están explorando la energía nuclear para satisfacer las demandas de sus operaciones de uso intensivo de energía, utilizando pequeños reactores modulares (SMR) para generar electricidad confiable y con bajas emisiones de carbono en el sitio. Los SMR son reactores nucleares compactos construidos en fábrica que se transportan e instalan y ofrecen una alternativa más segura y eficiente a las centrales nucleares tradicionales a gran escala.

4. Infraestructura de TI de alta densidad

Los centros de datos de próxima generación a menudo implementan infraestructura de TI de alta densidad, incluidos servidores, sistemas de almacenamiento y equipos de red, en un [espacio físico] más pequeño(/articulos/data-center-tiers-difference-1-2-3-4space/) para maximizar los recursos informáticos y al mismo tiempo minimizar el espacio que ocupa el centro de datos.

Fuente: MetaPlataformas.

Más específicamente, esta infraestructura de TI de alta densidad se implementa de las siguientes maneras:

• Servidores Blade: Los centros de datos de próxima generación implementan servidores Blade que empaquetan una gran cantidad de unidades de procesamiento en un chasis compacto, lo que aumenta la densidad informática por unidad de rack.
• Computación acelerada: Los centros de datos de próxima generación aprovechan aceleradores de hardware especializados, como GPU (Unidades de procesamiento de gráficos), ASIC (Circuitos integrados de aplicaciones específicas) y FPGA (Field-Programmable Gate Arrays), para manejar cargas de trabajo de computación intensiva como IA, máquinas aprendizaje y computación de alto rendimiento (HPC) de manera más eficiente que las CPU tradicionales
• Sistemas de almacenamiento de alta capacidad: Las soluciones de almacenamiento, como las matrices totalmente flash (AFA) y los gabinetes de discos de alta densidad, permiten que los centros de datos de próxima generación almacenen cantidades masivas de datos (por ejemplo, petabytes) en un espacio más pequeño.
• Redes de alta velocidad y baja latencia: Los centros de datos de próxima generación emplean tecnologías de red de gran ancho de banda y baja latencia, como 100/400 Gigabit Ethernet e InfiniBand, para permitir una comunicación eficiente entre los nodos de computación y almacenamiento de alta densidad.

5. Integración de la informática perimetral

Los centros de datos de próxima generación incorporan recursos informáticos distribuidos, como micro centros de datos y centros de datos de borde, ubicados más cerca de las fuentes de datos y los usuarios finales, para complementar las capacidades de los centros de datos centralizados. Esta integración es importante por las siguientes razones:

• Reducción de latencia: La computación perimetral acerca el procesamiento de datos a la fuente, reduciendo la latencia asociada con el envío de datos a centros de datos centralizados. Esto permite un procesamiento y una toma de decisiones más rápidos y en tiempo real para aplicaciones sensibles a la latencia.
• Optimización del ancho de banda: Al procesar datos en el borde, se reduce la cantidad de datos transmitidos a los centros de datos centrales, optimizando el uso del ancho de banda y minimizando la congestión de la red, lo que mejora el rendimiento general de la red. Esta reducción disminuye la necesidad de costosas conexiones de gran ancho de banda a centros de datos centralizados, lo que reduce en consecuencia los costos de transferencia de datos.

6. Inteligencia artificial (IA) y aprendizaje automático (ML)

Los centros de datos de próxima generación están integrando algoritmos de inteligencia artificial (IA) y aprendizaje automático (ML) y modelos basados en datos en operaciones de centros de datos. Estas tecnologías permiten que los centros de datos implementen:

• Mantenimiento predictivo: Los algoritmos de IA y ML analizan datos históricos e información de sensores para predecir posibles fallas de hardware antes de que ocurran. Esto permite un mantenimiento proactivo y minimiza el tiempo de inactividad
• Planificación de capacidad: Los algoritmos de IA pronostican las necesidades futuras de recursos en función de los patrones y tendencias de uso. Esto permite que el centro de datos escale los recursos de manera eficiente, optimizando el espacio y el consumo de energía.
• Optimización de la carga de trabajo: los modelos de aprendizaje automático asignan dinámicamente cargas de trabajo entre servidores para maximizar el rendimiento y la utilización de recursos. Aprenden a equilibrar el consumo de energía, los requisitos de rendimiento y los acuerdos de nivel de servicio (SLA).

Fábricas de IA

Los centros de datos de próxima generación también se están convirtiendo en Fábricas de IA, que son instalaciones informáticas altamente optimizadas y diseñadas específicamente que manejan de manera eficiente los requisitos computacionales y de almacenamiento intensivos y a gran escala de las cargas de trabajo de inteligencia artificial, como la inferencia y el entrenamiento de modelos de aprendizaje automático.

Las fábricas de IA ingieren datos sin procesar como entrada, los refinan y producen inteligencia valiosa a través de tecnologías de IA generativa. Utilizan potentes supercomputadoras de IA equipadas con interconexiones de alto rendimiento, como InfiniBand y NVLink. Empresas como Microsoft, NVIDIA, Amazon y Meta Platforms están a la vanguardia del desarrollo de estas fábricas de IA.

7. Computación cuántica

Los centros de datos de próxima generación utilizan procesadores y algoritmos cuánticos para realizar cálculos de una manera que promete proporcionar una aceleración significativa para ciertos problemas complejos en comparación con la computación clásica. Este tipo de informática puede facilitar:

• Poder computacional exponencial: Las computadoras cuánticas aprovechan los principios de la mecánica cuántica para realizar cálculos complejos exponencialmente más rápido que las computadoras clásicas, lo que permite a los centros de datos de próxima generación abordar tareas computacionales intensivas con una eficiencia sin precedentes.
• Aprendizaje automático acelerado: Los algoritmos cuánticos pueden optimizar sistemas complejos, como la logística de la cadena de suministro y las carteras financieras, y acelerar las tareas de aprendizaje automático, lo que permite que un centro de datos de próxima generación extraiga rápidamente información valiosa a partir de grandes cantidades de datos.
• Criptografía y Seguridad: Desarrollo de algoritmos de criptografía poscuántica (PQC) que resisten ataques de ordenadores cuánticos. La integración de PQC fortalece la seguridad del centro de datos ante posibles amenazas cuánticas

Preguntas frecuentes

¿Qué servicios ofrece un centro de datos de próxima generación?

Los centros de datos de próxima generación ofrecen varios servicios diferentes, incluida la nube, la colocación y las soluciones administradas.

• Servicios en la nube: Recursos informáticos escalables y bajo demanda (IaaS, PaaS, SaaS) que permiten a los clientes alojar aplicaciones, almacenar datos y gestionar cargas de trabajo en la nube. Esto incluye soluciones de nube híbrida que combinan el poder de los centros de datos locales con la escalabilidad y flexibilidad de los servicios de nube pública (por ejemplo, AWS, Azure, Google Cloud)
• Coubicación: Espacio, energía y refrigeración seguros y de alta disponibilidad para que los clientes alojen su propia infraestructura de TI en una instalación de centro de datos. Uno de los beneficios clave de la colocación en los centros de datos de próxima generación es el acceso que proporciona a una infraestructura de última generación sin necesidad de que los clientes compren esta infraestructura ellos mismos.
• Servicios Gestionados: Gestión y soporte de extremo a extremo para la infraestructura de TI de los clientes. Estos [servicios administrados del centro de datos](/articulos/data-center-tiers-difference-1-2-3-4managed-services de datos/) incluyen monitoreo, mantenimiento, seguridad, respaldo y recuperación ante desastres.

¿Qué es el centro de datos de próxima generación de NVIDIA?

El centro de datos de próxima generación de NVIDIA aprovechará gemelos digitales, creados con NVIDIA Omniverse, para permitir un diseño, simulación y optimización altamente eficientes de la infraestructura de IA antes de la implementación física. El gemelo digital integrará múltiples herramientas y tecnologías, como Cadence Reality, PATCH MANAGER y soluciones de simulación Ansys, para proporcionar una representación completa y precisa del rendimiento, la eficiencia energética y la escalabilidad del centro de datos.

Fuente: NVIDIA.

Al utilizar el enfoque de gemelo digital, NVIDIA tiene como objetivo acelerar la implementación de supercomputadoras de inteligencia artificial avanzadas, como el sistema refrigerado por líquido GB200 NVL72, al tiempo que garantiza un rendimiento y una eficiencia óptimos a través de pruebas y validación virtuales.

¿Cuál es el próximo gran avance en los centros de datos?

El próximo gran avance en los centros de datos es el rápido crecimiento impulsado por la demanda impulsada por la IA, que se espera que duplique la capacidad global de los centros de datos de 50 gigavatios (GW) a 100 GW en los próximos 6 a 10 años.

Fuente: Puente Digital.

Esta expansión del centro de datos de próxima generación requerirá inversiones significativas, y se prevé que el gasto de gasto de capital (CapEx) alcance entre 6 y 7 billones de dólares para desarrollar esta capacidad incremental.

El ecosistema de IA evolucionará de manera similar a la nube pública, con el entrenamiento de IA en grandes centros de datos y la inferencia entregada en el borde. Sin embargo, se prevé que entre 2026 y 2028 se produzcan importantes avances en la infraestructura edge de IA generativa.