在去年的AWS re:Invent大會上，AWS全球基礎(chǔ)架構(gòu)和客戶支持資深副總裁Peter DeSantis在主題演講中分享了AWS基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)支撐高性能計算，以及讓傳統(tǒng)計算密集型應(yīng)用更好地運(yùn)用云共享性特性的秘訣；今年，他從運(yùn)營的角度，延伸至半導(dǎo)體和數(shù)據(jù)中心可持續(xù)發(fā)展等領(lǐng)域，揭秘AWS在基礎(chǔ)架構(gòu)底層運(yùn)維和構(gòu)建上的一些思考。
他的講話有哪些值得關(guān)注的地方？我們來做一下深度解讀。
穩(wěn)定運(yùn)營，如何做到？
Everything fails,all the time.
——Amazon CTO Werner Vogels
正如Werner所說，構(gòu)建云的時候，任何環(huán)節(jié)都可能出現(xiàn)問題，不出問題幾乎不可能。
2018年，AWS在re:Invent上曾公布過過一個數(shù)據(jù)：與AWS規(guī)模最接近的另一家服務(wù)商，云服務(wù)的宕機(jī)時間是AWS的7倍多。當(dāng)時就有人關(guān)注，AWS是如何做到支撐起巨大規(guī)模的云服務(wù)的同時，保持穩(wěn)定、可靠的運(yùn)營？Peter在今年的演講中就為大家進(jìn)行了揭秘。
總的來說，從細(xì)節(jié)著手，是AWS支撐如此大規(guī)模且復(fù)雜的基礎(chǔ)架構(gòu)，同時保持運(yùn)營穩(wěn)定可靠的秘訣。
供電
具體來講，首先是從供電層面保證穩(wěn)定性。對于任何基礎(chǔ)設(shè)施，供電都是關(guān)鍵所在，包括數(shù)據(jù)中心。一般從電網(wǎng)拿到電后，AWS經(jīng)過Switch Gear配電控制系統(tǒng)供應(yīng)電力，其中的UPS備用電源系統(tǒng)可以在電網(wǎng)供電出現(xiàn)問題時馬上接管電源，保證服務(wù)不中斷，同時啟動發(fā)電機(jī)組，為電池持續(xù)充電，直到電力恢復(fù)。
Peter解釋道，一個完整的配電控制系統(tǒng)，一般包括三個關(guān)鍵組件部分：發(fā)電機(jī)、配電開關(guān)控制系統(tǒng)與UPS系統(tǒng)。
發(fā)電機(jī)組相對來說是最簡單的，AWS的基本邏輯就是加一組冗余發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)壞掉之后可以用另一臺替換。
配電開關(guān)系統(tǒng)相對復(fù)雜，有一個專門名詞叫做e-house，是用低壓或中壓的控制開關(guān)和繼電器來控制線路切斷。但是傳統(tǒng)的開關(guān)控制系統(tǒng)內(nèi)嵌的軟件是預(yù)先設(shè)定無法改變的，很多功能設(shè)計并不適合AWS使用。為了適應(yīng)AWS的需求，他們自己做了一套配電開關(guān)系統(tǒng)，保證在發(fā)生事故時，AWS可以最快的速度和極簡的流程處理故障。
UPS系統(tǒng)更加復(fù)雜，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的UPS控制產(chǎn)品功能復(fù)雜，但并不一定是AWS需要的，且UPS的鉛酸電池質(zhì)量重，危險性高，非常不利于數(shù)據(jù)中心的安全。AWS的做法是把鉛酸電池做成多個小的電池，與機(jī)架的的冗余電池搭配使用，用自己開發(fā)的控制系統(tǒng)來掌控UPS，從而降低了復(fù)雜性和鉛酸電池的破壞力。
任何環(huán)節(jié)都可能會壞，減小壞的環(huán)節(jié)對客戶的影響，是AWS維護(hù)供電穩(wěn)定的基本思路。
數(shù)據(jù)中心
接下來回到數(shù)據(jù)中心本身。2001年，當(dāng)AWS還不存在的時候，Amazon run在西雅圖就已經(jīng)有了數(shù)據(jù)中心。在這個海嘯和地震頻發(fā)的地方，AWS積累了一些數(shù)據(jù)中心建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)。
比如不能把所有設(shè)備都放在一個數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心之間要有適當(dāng)?shù)木嚯x，以減少災(zāi)害帶來的破壞。
兩個數(shù)據(jù)中心的延遲至少有70毫秒，這是物理距離決定的，無法改變。但減小延遲帶來的影響，AWS在綜合考慮了火災(zāi)、雷電、龍卷風(fēng)、海嘯、地震等等所有因素的破壞半徑之后，發(fā)現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心之間的最優(yōu)距離是數(shù)十英里，并在這個距離的基礎(chǔ)上保證數(shù)據(jù)中心的延遲在一毫秒之內(nèi)，最大程度保證數(shù)據(jù)中心之間的獨(dú)立性。
與其他云服務(wù)商數(shù)據(jù)部署的理念有所不同，AWS會細(xì)分區(qū)域和可用區(qū)（Available Zone）的區(qū)別：
1)遠(yuǎn)距離的可用區(qū)設(shè)置，可以降低自然災(zāi)難（火災(zāi)，水災(zāi)…）帶來的業(yè)務(wù)中斷風(fēng)險；
2)用戶選擇最近站點(diǎn)接入以低延遲訪問AWS云資源；
3)AWS分別管理每個區(qū)域中的運(yùn)維，每個AZ都有獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)和連接，將故障分割。
此外，AWS數(shù)據(jù)中心的設(shè)計邏輯，重點(diǎn)是要去除人的干擾。人可以成就一切，也可以破壞一切。因此，要保證每個區(qū)域之間的運(yùn)營完全獨(dú)立，互不干擾，當(dāng)客戶在全球部署跨多個區(qū)域，就可以減小破壞帶來的影響。
目前，AMS有遍及24個地理區(qū)域的77個可用區(qū)（AZ），并已公布計劃在澳大利亞、印度、印度尼西亞、日本、西班牙和瑞士新建6個AWS區(qū)域、18個可用區(qū)。
半導(dǎo)體
AWS有自己的半導(dǎo)體，以更好地適應(yīng)規(guī)?；\(yùn)營的獨(dú)特需求。
2015年，以色列半導(dǎo)體公司Annapurnalabs被AWS收購后，就成為后者自己的半導(dǎo)體供應(yīng)者，從最早的Nitro 1，到2021年將要發(fā)布的Nitro 4，都是AWS云服務(wù)的硬件支撐。
AWS云平臺可以通過AWS Nitro控制器向Amazon EC2添加網(wǎng)絡(luò)，存儲和安全資源，比如在EC2 Mac實(shí)例中，AWS在Mini上安裝了Nitro Controller，沒有Hypervisor的Nitro Controller可以安全快速地連接到Mac Mini。通過Nitro接口，可以連接到EC2和EBS等服務(wù)。據(jù)悉，Mac Mini現(xiàn)在可以使用任何本地AWS服務(wù)。
AWS Nitro芯片發(fā)展迅速，最新版本version 4為新的C6gn實(shí)例提供了動力。
此外，AWS Inferentia是AWS在云上最高性價比專門做推理的芯片，搭配Nitro，可以快速地擴(kuò)展到EC2實(shí)例。在機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，AWS透露今年下半年還會正式推出另一個芯片產(chǎn)品——AWS Trainium，屆時將給開發(fā)者帶來怎樣的能力，我們可以期待一下。
綠色節(jié)能
去年，AWS曾正式宣布過要在2030年完成一個目標(biāo)——讓整個Amazon所使用的數(shù)據(jù)中心100%使用再生能源。而現(xiàn)在，AWS把實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)的時間提早了很多5年，爭取在2025年100%利用可再生能源。今年，Peter特地匯報了這個目標(biāo)目前的一些進(jìn)展。
451 Research的調(diào)查研究結(jié)果顯示，AWS的基礎(chǔ)設(shè)施的能源效率是被調(diào)查的美國企業(yè)數(shù)據(jù)中心中位數(shù)的3.6倍。這種優(yōu)勢的三分之二以上歸因于更節(jié)能的服務(wù)器數(shù)量和更高的服務(wù)器利用率。
AWS通過多種措施實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能：
●提高用水效率，減少用于冷卻數(shù)據(jù)中心的飲用水的使用。AWS通過評估每個AWS區(qū)域的氣候模式、當(dāng)?shù)厮Y源管理和可用性以及保護(hù)飲用水水源的機(jī)會來制定用水戰(zhàn)略。
●2020年5月，亞馬遜宣布了五個新的公用事業(yè)規(guī)模的太陽能項目，為中國、澳大利亞和美國的全球業(yè)務(wù)提供電力，一共增加615 MW再生能源發(fā)電能力，預(yù)計每年發(fā)電120萬MW。
●今年3月，亞馬遜宣布在澳大利亞、西班牙、瑞典和美國投資四個新的可再生能源項目，這些項目預(yù)計每年將產(chǎn)生大約840,000 MWh的能源和額外產(chǎn)生近300 MW的可再生能源發(fā)電能力。
●在數(shù)據(jù)中心建設(shè)的水泥生產(chǎn)過程中，AWS在混凝土生產(chǎn)中添加CO2和使用補(bǔ)充水泥材料來進(jìn)一步減少CO2的排放。
2020年，亞馬遜對可再生能源的總投資項目已達(dá)到35個，裝機(jī)容量超過4 GW，這也是目前世界上單一企業(yè)在1年內(nèi)對可再生能源的最大的一筆投資。這些新項目將使亞馬遜所擁有的可再生能源的的總裝機(jī)容量在2020年達(dá)到6.5 GW，并成為有史以來最大的企業(yè)可再生能源采購商。
以上為Peter DeSantis今年對AWS基礎(chǔ)架構(gòu)趨勢深度剖析的全部內(nèi)容，你對哪部分最感興趣？歡迎留言討論~
