Hạ tầng công nghệ thông tin (hay Cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin, Hạ tầng số,tiếng Anh Information Technology Infrastructure, Digital Infrastructure) là sự tích hợp các thành phần phần cứng, phần mềm, mạng máy tính, dữ liệu cũng như các thiết bị, cơ sở vật chất và tài nguyên khác cần thiết để phát triển, kiểm thử, triển khai, vận hành, điều khiển, theo dõi, quản lý, bảo trì các dịch vụ công nghệ thông tin trong một tổ chức. Hạ tầng công nghẹ thông tin có thể phục vụ hoạt động của một doanh nghiệp, một tổ chức công như quận/huyện, tỉnh/thành hay ở phạm vi rộng hơn là một quốc gia.

Khái niệm hạ tầng công nghẹ thông tin đã tồn tại trong một thời gian dài. Tuy vậy chưa có một định nghĩa quy chuẩn và được chấp nhận rộng rãi về khái niệm này. Theo Hiệp hội CIO của Hoa Kỳ (cio.gov), hạ tầng công nghẹ thông tin bao gồm các thiết bị, hệ thống, phần mềm và dịch vụ được sử dụng rộng khắp trong một tổ chức mà không phân biệt nhiệm vụ, chương trình, dự án mà tổ chức đó cần thực hiện. Theo Thư viện hạ tầng công nghẹ thông tin phiên bản 2 (ITILv2), hạ tầng công nghẹ thông tin bao gồm tất cả các cấu phần cần thiết để triển khai các dịch vụ công nghẹ thông tin tới người dùng/khách hàng. Hạ tầng công nghẹ thông tin không chỉ dừng lại ở phần cứng và phần mềm mà còn bao gồm hệ thống mạng và truyền thông, các giao thức và chuẩn kết nối, giao tiếp về dữ liệu cũng như sự bảo đảm về an toàn thông tin. Thuật ngữ “hạ tầng” (infrastructure) là sự kết hợp của hai từ “ở dưới” (nghĩa Latin của “infra”) và “cấu trúc” (structure). Vì thế hạ tầng công nghẹ thông tin bao hàm tất cả những cấu phần phía dưới làm nền tảng để vận hành các hoạt dộng và dịch vụ phía trên của tổ chức. Theo nghĩa này, hạ tầng công nghẹ thông tin có sự tương đồng với các khái niệm như hạ tầng y tế, hạ tầng năng lượng, hạ tầng giao thông… Nhìn một cách đơn giản, hạ tầng công nghẹ thông tin bao gồm bốn cấu phần chính là hạ tầng phân cứng, hạ tầng mạng và truyền thông, phần mềm hạ tầng, và hạ tầng dữ liệu. Tuy vậy, cách phân chia này không thật sự làm rõ được nội hàm của khái niệm này.

Thành phần chính

Theo các chức năng, hạ tầng công nghẹ thông tin bao gồm các thành phần chính sau:

1. Hạ tầng phần cứng xử lý và tính toán bao gồm các máy trạm, máy chủ, máy tính cụm hiệu năng cao, máy tính lớn. Hệ thống máy tính xử lý và tính toán có thẻ được kết nối thông qua hệ thống mạng siêu tốc chuyên dụng và có thể được đặt trong các trung tâm dữ liệu (data centers) để phục vụ các yêu cầu xử lý và tính toán lớn.

2. Các nền tảng hệ điều hành là cấu phần không thể thiếu của một hạ tầng công nghẹ thông tin. Các máy tính, máy chủ có thể được cài đặt cùng một loại hệ điều hành hoặc có thể được cài đặt đa dạng hơn với Unix, Linux, Windows …

3. Hạ tầng mạng và truyền thông bao gồm hệ thống thiết bị phần cứng chuyên dụng như switch, router, bridge, trục backbone, với hệ thống giao thức phức tạp. Hệ thống mạng và và truyền thông tin có thể là hữu tuyến thông qua hệ thống cáp quang, cáp đồng trục, hoặc có thể là kết nối không dây wifi, 3G, 4G và sắp tới là 5G. Các doanh nghiệp, tổ chức cũng có thể thiết lập hệ thống mạng riêng ảo (VPN) chuyên dụng cho đơn vị mình để kết nối các bộ phận phân tán về mặt địa lý.

4. Hạ tầng lưu trữ và quản lý dữ liệu bao gồm các thiết bị hay máy tính lưu trữ lớn, chuyên dụng, với hệ thống đĩa, băng từ được sao lưu, dự phòng tiên tiến. Việc quản lý dữ liệu có thể tập trung hoặc phân tán thông qua các hệ quản trị cơ sở dữ liệu từ phạm vi nhỏ và vừa như MySQL, SQL Server cho tới các hệ quản trị dữ liệu lớn như Oracle, IBM DB2 hoặc với các công nghệ NoSQL như MongoDB, Cassandra, Elasticsearch. Các hệ thống lưu trữ và phân tích dữ liệu lớn có thể sử dụng các công nghệ như Hadoop cho xử lý theo lô hoặc Spark cho xử lý, phân tích theo thời gian thực. Việc tổ chức dữ liệu lớn có thể dựa trên các công nghệ như HDFS, Bigtable hoặc các cách tổ chức chuyên biệt là bí mật trong các doanh nghiệp công nghệ lớn như Google, Facebook, Amazon …

5. An ninh thông tin cho hạ tầng công nghẹ thông tin là sự kết hợp của nhiều giải pháp phần cứng, phần mềm, mã hoá dữ liệu… Bên cạnh các hệ thống proxy, tường lửa, các giải pháp phát hiện virus, malware và các cuộc thâm nhập bất hợp pháp, các cuộc tấn công dịch vụ, các doanh nghiệp, tổ chức còn xây dựng các hệ thống mạng riêng ảo chuyên dụng để kết nối phân tán và đảm bảo an ninh, an toàn thông tin.

6. Các phần mềm nền tảng như CMS, ERP, CRM từ các nhà cung cấp nổi tiếng như SAP, Salesforce, Oracle, Microsoft, IBM rất quan trọng để phục vụ hoạt động cho các tổ chức, doanh nghiệp.

7. Thiết bị người dùng cuối cũng được xem như một phần của hạ tầng công nghẹ thông tin. Bên cạnh máy tính cá nhân (PC, laptop), các máy tính bảng (tablet) điện thoại thông minh (smartphone), hay thiết bị đeo tay (wearable devices)cũng được xem như các thiết bị người dùng cuối hữu hiệu vì người dùng ngày nay có thể tương tác với các hệ thống và dịch vụ thông tin thường xuyên thông qua các thiết bị cầm tay, di động tiện lợi này.

Lịch sử phát triển

Lịch sử phát triển của hạ tầng công nghẹ thông tin gắn liền với các công nghệ tính toán, xử lý, lưu trữ và truyền thông dữ liệu. Sự phát triển này gắn liền với năm giai đoạn quan trọng.

Giai đoạn thứ nhất

Giai đoạn thứ nhất bắt đầu từ cuối những năm 50, đầu những năm 60 với sự ra đời của các máy tính lớn và máy tính mini thương mại. Sự xuất hiện của IBM 360 series năm 1965 với khả năng chia sẻ, đa nhiệm, và bộ nhớ ảo đã cho phép phục vụ hoạt động của hàng ngàn trạm đầu cuối (terminal). Tuy vậy, kỷ nguyên xử lý tập trung trên các mainframe vẫn phụ thuộc nhiều vào các kỹ sư lập trình và các kỹ sư hệ thống chuyên nghiệp cao. Sự ra đời sau đó của máy tính mini (PDP-11 và VAX) với quy mô và chi phí rẻ hơn máy tính lớn đã cho phép các tổ các tổ chức, doanh nghiệp triển khai và tối ưu các nghiệp vụ riêng rẽ thay vì cùng chia sẻ tập trung trên một máy tính lớn.

Giai đoạn thứ hai

Giai đoạn thứ hai bắt đầu từ giữa những năm 70 và đầu những năm 80 với sự xuất hiện của máy tính cá nhân (PC). Đặc biệt sự ra đời của IBM PC năm 1981 đánh dấu kỷ nguyên PC với hệ điều hành DOS và sau này là Microsoft Windows. Sự xuất hiện và thịnh hành của PC cùng các phần mềm xử lý văn bản, bảng tính, trình diễn, đồ hoạ, thiết kế… giúp mỗi cá nhân đều có thể tiếp cận các công cụ này và nâng cao hiệu quả công việc.

Giai đoạn thứ ba

Giai đoạn thứ ba gắn liền với ra đời của các giao thức như TCP/IP, HTTP làm cơ sở cho sự phát triển nhanh chóng của mạng Internet và World Wide Web (WWW). Ở giai đoạn này, kiến trúc client-server hiện diện trong hầu hết các dịch vụ trực tuyến và WWW mở ra một cách thức mới trong việc tổ chức, lưu trữ, sắp xếp, duyệt và tìm kiếm thông tin. Sự phát triển nhanh chóng của Web 2.0, Web 3.0 đã thúc đẩy việc chuyển đổi hầu hết các ứng dụng doanh nghiệp lên môi trường WWW.

Giai đoạn thứ tư

Giai đoạn thứ tư khởi phát từ những năm 2000 và gắn liền với kỷ nguyên tính toán đám mây, trung tâm dữ liệu và các công nghệ, thiết bị di động. Với các công nghệ đám mây, việc triển khai các hệ thống và dịch vụ thông tin trở nên dễ dàng, nhanh chóng. Các doanh nghiệp thay vì tự thiết lập hệ thống máy chủ nay đã dần triển khai trên dịch vụ đám mây. Amazon, Microsoft, Google… đã trở thành những nhà cung cấp dịch vụ đám mây lớn trên thế giới. Sự phổ dụng của các thiết bị di động như máy tính bảng, điện thoại thông minh trên nền tảng kết nối dây, 3G, 4G cho phép người dùng có thể truy cập vào các ứng dụng, dịch vụ từ bất cứ đâu và bất cứ thời gian nào.

Giai đoạn thứ năm

Giai đoạn thứ năm với chuyển đổi số, IoTs, in 3D, dữ liệu lớn và trí tuệ nhân tạo đang dần trở thành một xu hướng rõ nét trong gần một thập kỷ qua. Thế hệ truyền thông di động 5G đã trở thành hiện thực để phục vụ các nhu cầu kết nối không dây tốc độ cao, mọi lúc và mọi nơi. Hạ tầng phần cứng máy tính cũng đã tiến hoá nhanh chóng với sự phổ biến của GPU, TPU nhằm triển khai các giải pháp phân tích dữ liệu lớn và các mô hình trí tuệ nhân tạo. Thậm chí các thiết bị di động nhỏ gọn như điện thoại thông minh cũng được tích hợp sẵn các con chip chuyện dụng để thực thi các mô hình học máy. Hạ tầng công nghẹ thông tin vì thế đã phát triển, tiến hoá rất xa so với thời kỳ đầu.

Tổng kết

Hạ tầng công nghẹ thông tin là nền tảng cho sự vận hành các dịch vụ công nghẹ thông tin trong các doanh nghiệp cũng như các tổ chức công. Hiểu sâu sát khái niệm này giúp các tổ chức thiết kế hạ tầng công nghệ phù hợp và tối ưu đơn vị mình. Điều này cũng quan trọng cho việc vận hành, quản lý và bảo trì các dịch vụ công nghẹ thông tin trong tổ chức.

Cách mạng công nghiệp 4.0 và quá trình chuyển đổi số với trọng tâm là các công nghệ IoTs, dữ liệu lớn và trí tuệ nhân tạo đang đặt ra nhiều yêu cầu thay đổi cho hạ tầng công nghẹ thông tin. Những yêu cầu này là động lực thúc đẩy sự phát triển và tiến hoá nhanh hơn nữa của các công nghệ thu nhận, lưu trữ, xử lý, tính toán, phân tích, quản lý và truyền thông dữ liệu. Hệ sinh thái phần cứng cũng sẽ rất đa dạng và làm cơ sở phát triển cho các công nghệ như in 3D, IoTs, rô-bốt, xe tự hành, nhà thông minh, y tế thông minh, công nghệ nông nghiệp, và dây chuyền sản xuất thông minh…

Sự phát triển của hạ tầng công nghẹ thông tin một phần để đáp ứng nhu cầu thực tiễn, nhưng một phần được thúc đẩy bởi chính sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật. Những lĩnh vực có tác động trực tiếp đến hạ tầng công nghẹ thông tin là công nghệ bán dẫn, công nghệ lưu trữ, công nghệ truyền thông. Bên cạnh đó, những cột mốc quan trọng của khoa học máy tính cũng có tác động lớn trực tiếp hoặc gián tiếp tới sự phát triển của hạ tầng công nghẹ thông tin như sự ra đời của chuẩn ASCII (1958), ngôn ngữ COBOL (1959), hệ điều hành Unix (1969-1975), Ethernet (1973), giao thức TCP/IP (1974), IBM PC (1981), hệ điều hành Linux (1991), WWW (1989-1993), thiết bị di động, và gần đây là dữ liệu lớn, học sâu và trí tuệ nhân tạo.

Tài liệu tham khảo

1. S. Laan, IT Infrastructure Architecture - Infrastructure Building Blocks and Concepts, Third Edition, Lulu Press Inc.2017, ISBN: 978-1-326-92569-7.
2. K. C. Laudon và J. P. Laudon, ManagementInformation Systems: Managing the Digital Firm (Chapter 05 - IT Infrastructure and Emerging Technologies), Fifteenth Edition, Pearson Education Limited 2018, ISBN: 978-1-292-21175-6.
3. J. R. Vacca, Cyber Security and IT Infrastructure Protection, Elsevier Inc. 2014, ISBN: 978-0-12-416681-3.