數(shù)據(jù)中心的發(fā)展及模塊化的應(yīng)用

文｜ 北京科計通電子工程有限公司 黃群驥

數(shù)據(jù)中心的發(fā)展及模塊化的應(yīng)用

文｜ 北京科計通電子工程有限公司 黃群驥

此文闡述了數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢及模塊化技術(shù)在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域中的使用前景。

數(shù)據(jù)中心；集裝箱；微模塊；節(jié)能

1 引言

作為信息化發(fā)展基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)，無論在數(shù)量上還是在規(guī)模上都在以迅猛的速度發(fā)展。據(jù)《2013年度中國數(shù)據(jù)中心市場發(fā)展白皮書》報道：2013年數(shù)據(jù)中心的增長率為6.5%，從事數(shù)據(jù)中心建設(shè)的企業(yè)近3000家。該白皮書還預(yù)測數(shù)據(jù)中心建設(shè)的速度將逐年加快，到2016年增長率將達(dá)到9.2%。如此高的增長率當(dāng)然是因社會需求所致，客觀上給數(shù)據(jù)中心建設(shè)的發(fā)展提供了較好的基礎(chǔ)，同時也給數(shù)據(jù)中心建設(shè)提出了更多的要求，使數(shù)據(jù)中心建設(shè)呈現(xiàn)出了一些新的發(fā)展趨勢。

2 數(shù)據(jù)中心發(fā)展趨勢

在數(shù)據(jù)中心建設(shè)大發(fā)展的浪潮中，其技術(shù)和理念發(fā)生了很大的變化。

（1）大型化、規(guī)模化、集中化

大型化、規(guī)模化、集中化數(shù)據(jù)中心無論在設(shè)計要求上還是在施工質(zhì)量上都高于中小型數(shù)據(jù)中心，所以大型數(shù)據(jù)中心在安全性、可靠性上遠(yuǎn)大于中小型數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心是一個多學(xué)科相互交叉的基礎(chǔ)設(shè)施，對管理人員的要求比較高，需要有一個完善的管理體系，其中最重要的是需要有一個知識全面、經(jīng)驗豐富的管理團(tuán)隊，而中小型數(shù)據(jù)中心很難配備這樣的隊伍。所以大型數(shù)據(jù)中心的管理水平普遍高于中小型數(shù)據(jù)中心。大型數(shù)據(jù)中心在設(shè)計階段可以統(tǒng)籌規(guī)劃，在管理和使用階段可以綜合考慮，因此，在整體使用效率上也優(yōu)于中小型數(shù)據(jù)中心。在建設(shè)成本上，同等級的中小型數(shù)據(jù)中心的性價比也低于大型數(shù)據(jù)中心。

（2）高安全性

隨著數(shù)據(jù)中心的重要性逐漸提高，對高安全性的要求也越來越高，但現(xiàn)實情況是數(shù)據(jù)中心的不安全因素卻在不斷增加。從最近一些事故所反映的情況來看，損害數(shù)據(jù)中心安全性的主要因素除了傳統(tǒng)的水、火、雷電外，高溫、極端天氣、惡劣環(huán)境產(chǎn)生的威脅也越來越嚴(yán)重，此外人為故障也在逐年增加。同時應(yīng)數(shù)據(jù)中心發(fā)展的需要，在數(shù)據(jù)中心建設(shè)中濫用節(jié)能技術(shù)、提出過高的要求或片面的追求建設(shè)和部署高密度，都給數(shù)據(jù)中心的安全性帶來隱患。

（3）綠色化

現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心的能耗越來越大，對數(shù)據(jù)中心提出節(jié)能要求已是無法回避的問題。一個數(shù)據(jù)中心的耗電量已遠(yuǎn)超過同建筑面積的一般工業(yè)生產(chǎn)的耗電量。針對這種形式，工業(yè)和信息化部發(fā)布的《工業(yè)節(jié)能“十二五”規(guī)劃》中，針對數(shù)據(jù)中心提出了明確的節(jié)能目標(biāo)：“到2015年，數(shù)據(jù)中心PUE值下降8%”。許多大型數(shù)據(jù)中心能耗的費(fèi)用已占到全年維護(hù)費(fèi)用的60%～70%，如此下去我國的能源供應(yīng)將不堪重負(fù)。所以節(jié)能技術(shù)和理念正在數(shù)據(jù)中心行業(yè)中深入貫徹，比如在數(shù)據(jù)中心中采用虛擬化技術(shù)、建設(shè)中合理規(guī)劃、就近制冷、采用高效能的節(jié)能設(shè)備、提高節(jié)能管理水平、綜合利用能源等都能提高數(shù)據(jù)中心的節(jié)能水平，以得到較低的PUE值。

（4）高密度

高密度的發(fā)展一是因為硬件設(shè)備本身隨著技術(shù)的發(fā)展實現(xiàn)了高密度，單位體積設(shè)備的功率密度越來越大；二是因為現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心的造價越來越高，為了降低運(yùn)營成本，平攤單位造價，用戶希望在單位面積上放置更多的設(shè)備，所以現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心的密度越來越大。

（5）模塊化、機(jī)柜化

模塊化便于管理和擴(kuò)展，在數(shù)據(jù)中心的建設(shè)和運(yùn)行中得到廣泛的運(yùn)用。因為消防的規(guī)定，一般數(shù)據(jù)中心的模塊不能大于800m2，通常在300m2～500m2/模塊。模塊化的最小單元可以是一組或一個機(jī)柜，關(guān)注機(jī)柜微環(huán)境的質(zhì)量也是目前數(shù)據(jù)中心建設(shè)的一個趨勢。從原理上說，如果能控制好機(jī)柜的微環(huán)境，便可以完全不考慮機(jī)房的環(huán)境。控制機(jī)柜微環(huán)境的效果比控制機(jī)房環(huán)境的效果要好很多，但是控制的復(fù)雜性也增加許多，導(dǎo)致建設(shè)成本增加，限制了微模塊的應(yīng)用。當(dāng)然它對于解決機(jī)房局部熱點問題是非常有效的。

（6）智能化

現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心是一個復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，單靠人力管理并不夠，只有利用智能化、自動化的手段，才能提高機(jī)房的管理水平。所以智能化是實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心安全可靠運(yùn)行的基本保障。

3 模塊化在數(shù)據(jù)中心建設(shè)中的應(yīng)用

現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心建設(shè)的規(guī)模越來越大，為了便于管理、擴(kuò)展和維護(hù)，模塊化設(shè)計是數(shù)據(jù)中心的基本選擇。數(shù)據(jù)中心的模塊化建設(shè)包括兩方面：一是數(shù)據(jù)中心在規(guī)劃設(shè)計上按照標(biāo)準(zhǔn)模塊進(jìn)行建設(shè)；另一個是在數(shù)據(jù)中心內(nèi)使用模塊化的設(shè)備。

（1）模塊化數(shù)據(jù)中心建設(shè)

數(shù)據(jù)中心按照模塊化的方式建設(shè)，使大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)變成了多個標(biāo)準(zhǔn)模塊機(jī)房（300m2～500m2）的生產(chǎn)過程，使建設(shè)過程可以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，無論是設(shè)計還是施工都可保證質(zhì)量，還能降低建設(shè)成本。把大型數(shù)據(jù)中心變成模塊機(jī)房，對于管理、擴(kuò)展和維護(hù)來說也是十分便利的。此外，模塊化數(shù)據(jù)中心可提高機(jī)房的使用效率，達(dá)到節(jié)能降耗、節(jié)約成本的目的。因此，模塊化應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心建設(shè)將是未來的一個趨勢。

（2）模塊化UPS

為保障機(jī)房內(nèi)電子信息設(shè)備的不間斷供電，通常采用UPS供電方案，這樣 UPS設(shè)備和方案的安全性、可靠性便成為保障機(jī)房電子信息設(shè)備供電安全的重中之重。

為提高UPS方案的安全性、可靠性，設(shè)計人員和運(yùn)維人員在實際工作中總結(jié)出了單機(jī)系統(tǒng)、串聯(lián)冗余系統(tǒng)、并聯(lián)冗余系統(tǒng)、分布式冗余系統(tǒng)、容錯系統(tǒng)等多種配置方案，這些方案在一定程度上提高了系統(tǒng)和供電的可靠性，但也帶來諸多問題，如設(shè)備投資大、占地面積大、運(yùn)營成本高、維護(hù)和擴(kuò)容困難、風(fēng)險大等。

為解決這些問題，模塊化UPS電源系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，它將UPS各部分功能完全以模塊化的形式來實現(xiàn)不間斷供電，具有在線熱插拔、在線擴(kuò)容和在線維護(hù)的功能。任意組件拔出或發(fā)生故障均不影響系統(tǒng)供電，提高了UPS系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。在線擴(kuò)容避免了傳統(tǒng)UPS在高可靠機(jī)房中常處于低負(fù)載運(yùn)行的狀況，提高了UPS設(shè)備的使用效率，減少了設(shè)備的一次性投資，增加了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，還起到了節(jié)能作用。

4 集裝箱式數(shù)據(jù)中心和微模塊

集裝箱式數(shù)據(jù)中心曾經(jīng)在機(jī)房領(lǐng)域引起很大的爭議。當(dāng)時有人認(rèn)為集裝箱式數(shù)據(jù)中心可以完全替代傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，但到目前為止還沒有出現(xiàn)這種勢頭，集裝箱式數(shù)據(jù)中心的發(fā)展遠(yuǎn)低于人們的預(yù)期。

集裝箱式數(shù)據(jù)中心優(yōu)點：

集裝箱式數(shù)據(jù)中心由于是工廠化生產(chǎn)的產(chǎn)品，所以很容易實現(xiàn)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化，也容易保證產(chǎn)品質(zhì)量，使整體最佳效率達(dá)到很高水平。

快速部署是集裝箱式數(shù)據(jù)中心的另一大優(yōu)點。由于其內(nèi)部已具有傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的所有內(nèi)容，且是一個相對獨立的系統(tǒng)，可以不受周圍環(huán)境的限制，在任意地點都能快速部署。當(dāng)然集裝箱式數(shù)據(jù)中心還需要周邊資源的支持，比如水、電、網(wǎng)絡(luò)等，否則也不能擔(dān)當(dāng)數(shù)據(jù)中心的角色。

可以實現(xiàn)真正的高密度部署，集裝箱數(shù)據(jù)中心是一個完全封閉的環(huán)境，平時工作人員不會在里面工作，里面環(huán)境可以只考慮電子信息設(shè)備的需要，如有更高的風(fēng)速、更適合的溫度和濕度，也無需引入新風(fēng)。所以有些集裝箱式數(shù)據(jù)中心廠商宣稱其本身的PUE值能達(dá)到1.12。

但集裝箱式數(shù)據(jù)中心存在造價高、標(biāo)準(zhǔn)缺乏等問題，嚴(yán)重制約其發(fā)展。單個集裝箱式數(shù)據(jù)中心的箱體PUE值也能達(dá)到1.12，但集裝箱式數(shù)據(jù)中心需要更多配套設(shè)施的支撐，如果加上配套設(shè)施的能耗，整體PUE值可能達(dá)到1.4左右。

集裝箱式數(shù)據(jù)中心的造價比一般數(shù)據(jù)中心的建設(shè)造價加上大樓基建的造價相比是較為經(jīng)濟(jì)的，這是它的優(yōu)勢。可是我們往往都是在建設(shè)好的建筑中安置集裝箱式數(shù)據(jù)中心，所以集裝箱式數(shù)據(jù)中心的價格就顯得更高。

微模塊是在集裝箱式數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它克服了集裝箱式數(shù)據(jù)中心的缺點，把模塊變得更小，成本更低。目前，模塊化數(shù)據(jù)中心大規(guī)模使用還有待時日，但對于解決局部問題還是有效的。

5 結(jié)束語

模塊化數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用前景十分廣闊，相信會有更多的模塊化產(chǎn)品相繼制造并生產(chǎn)，使數(shù)據(jù)中心的建設(shè)真正實現(xiàn)部署更快、密度更高、整體更綠、管理更便捷、運(yùn)營更安全的目標(biāo)。