淺談微模塊技術(shù)及實現(xiàn)

文｜ 深圳睿立方智能科技有限公司 朱利偉

淺談微模塊技術(shù)及實現(xiàn)

文｜ 深圳睿立方智能科技有限公司 朱利偉

此文重點對微模塊數(shù)據(jù)中心的建設(shè)及微模塊技術(shù)實現(xiàn)進行了探討，期望對建設(shè)模塊化數(shù)據(jù)中心用戶提供參考。

數(shù)據(jù)中心；微模塊；工廠預(yù)制

1 微模塊介紹

模塊化數(shù)據(jù)中心是以微模塊為獨立單位進行工廠預(yù)制、快速部署的數(shù)據(jù)中心，包含多個不同功能、功率的微模塊配合使用，滿足業(yè)務(wù)需求。

微模塊是指以若干個IT機柜、配電單元、冷卻單元、水分配單元等功能為基本單位，包含網(wǎng)絡(luò)、布線、監(jiān)控、消防等功能在內(nèi)的獨立運行單元。該模塊內(nèi)全部組件可在工廠預(yù)制，可靈活拆卸、搬運，在現(xiàn)場快速組裝后投入使用。

2 困難與挑戰(zhàn)

目前，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心規(guī)模趨向于集中化，數(shù)萬、數(shù)十萬面積的數(shù)據(jù)中心如雨后春筍般的涌現(xiàn)，從而使數(shù)據(jù)中心的能耗成倍增加。

數(shù)據(jù)中心發(fā)展帶來的喜悅背后，也帶來了困難和挑戰(zhàn)。首先，集中化對數(shù)據(jù)中心可靠性要求更高；其次，大型數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)越來越復(fù)雜，對后期監(jiān)控、管理、運維等提出了更高的要求；再次，數(shù)據(jù)中心建設(shè)的資本投入越來越龐大，后續(xù)的運營成本也隨之增長；最后，數(shù)據(jù)中心的運營越來越復(fù)雜，對人才的技能要求越全面，很難找到合適的團隊運營。

用戶快速增長的需求與有限供給之間也存在矛盾；服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)需求的越來越趨向于多樣性；用電量驚人，電網(wǎng)公司用電指標有限，且對電源可靠性要求極高；供電、制冷、安全等系統(tǒng)龐大，且與IT系統(tǒng)需求高度耦合。

3 微模塊解決方案

3.1 配電系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心建設(shè)關(guān)注其運營效率，筆者對其做過一定分析，對于PUE小于1.2或1.25的數(shù)據(jù)中心，其采用兩個技術(shù)或兩個之間的一個，即通過自然冷卻的方式對配電和UPS進行優(yōu)化。

自然冷卻適用于較大型數(shù)據(jù)中心，關(guān)于微模塊建設(shè)本文先從配電探討。UPS優(yōu)化目前可分為原UPS及配電線路優(yōu)化、模塊化UPS發(fā)步部署、高壓直流技術(shù)。下面將重點探討高壓直流在微模塊中的應(yīng)用。

高壓直流是指由交流配電、整流器、蓄電池、直流分配和相關(guān)的控制、測量、信號、保護、調(diào)節(jié)單元等設(shè)備組成，設(shè)備廠商負責完成所有內(nèi)部電氣和機械的連接，用結(jié)構(gòu)部件完整地組合在一起的連接，形成在一個共同的標稱電壓下工作的設(shè)備和導(dǎo)線的一種組合體。

目前主流高壓直流設(shè)備的電壓為240V和380V，由于內(nèi)部少了一次直交流轉(zhuǎn)換的過程，在服務(wù)器端又可節(jié)省一次交直流轉(zhuǎn)換過程，因此可提高供電系統(tǒng)效率。另外，高壓直流還具有高頻濾波體積小、可靠性高、能耗低、可維護性好、占地面積小、投資成本低等特點，將推動高壓直流逐步替代傳統(tǒng)的UPS。

3.2 制冷系統(tǒng)

隨著云計算數(shù)據(jù)中心向虛擬化、集中化、高密化發(fā)展，單機柜發(fā)熱量不斷增大，為了提高數(shù)據(jù)中心的運營效率、降低能耗、實現(xiàn)在線擴容等，因此，數(shù)據(jù)中心對空調(diào)系統(tǒng)提出了更高的要求。基于以上因素，模塊化數(shù)據(jù)中心推行微模塊行間制冷，隔離封閉冷/熱通道，實現(xiàn)近距離橫向送風，達到高效節(jié)能、局部風循環(huán)、冷卻效果更好、能耗更低的目的。

微模塊建設(shè)方案對空調(diào)氣流組織系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計。采用就近行間送風的方案，可大大提高空調(diào)系統(tǒng)的效率，同時送回風都處于較小范圍內(nèi)，使得氣流組織互不干擾，可將每個行間空調(diào)及附近的幾個機柜作為一個制冷單元來考慮，這樣可提高制冷效率，實現(xiàn)快速建設(shè)、擴容互不影響的目的。

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)

3M（Micro Module Management）微模塊監(jiān)控管理系統(tǒng)對配電系統(tǒng)、高壓直流系統(tǒng)、電池系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、通道環(huán)境系統(tǒng)、機柜微環(huán)境系統(tǒng)、漏水檢測系統(tǒng)、風壓系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)等進行實時監(jiān)控。

但隨著集中式大規(guī)模模塊化數(shù)據(jù)中心建設(shè)步伐的加快，傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控軟件架構(gòu)已經(jīng)很難適應(yīng)新型數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，導(dǎo)致監(jiān)控軟件運行不流暢、監(jiān)控服務(wù)器主機宕機等問題的出現(xiàn)，給網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全帶來了極大的隱患，導(dǎo)致用戶體驗差、操作效率低。

4 微模塊實施案例

4.1 微模塊規(guī)格設(shè)計

IT微模塊包含1個配電單元、1個高壓直流整流單元、2個電池單元、1個冷量分配單元、6臺精密空調(diào)、1個管控單元、1套監(jiān)控組件、1套消防組件、1套封閉通道組件、1套底座及微模塊內(nèi)布線橋架等。

（1）該項目微模塊按照12個整機柜服務(wù)器容量設(shè)計，單機柜最大可支持12kW/rack，單個微模塊IT設(shè)備總功率不超過120kW。IT微模塊自身不帶機柜，為整機柜上架預(yù)留適當?shù)慕涌凇?/p>

（2）冷通道封閉設(shè)計，多個空調(diào)在冷通道形成冷池，在一個或多個風扇發(fā)生故障時，仍可維持模塊正常冷量供給。

（3）冷量分配單元放置于機柜內(nèi)，主供回水關(guān)口預(yù)留法蘭連接，現(xiàn)場接入基礎(chǔ)設(shè)施冷凍水系統(tǒng)，可多預(yù)留供回水管路，以便二期擴容使用；現(xiàn)場使用水管連接到各精密空調(diào)；分配單元周圍需安裝漏水檢測裝置。

（4）封閉通道頂部采用與消防聯(lián)動的自翻轉(zhuǎn)天窗，并在通道內(nèi)頂部適當位置吊裝監(jiān)控、煙感、火感、照明等部件；封閉通道兩側(cè)采用帶封閉窗戶平開門，安裝門禁后可通過窗戶觀察微模塊內(nèi)部情況。

（5）微模塊采用ToR走線形式，走線架位于機柜上部，強電、弱電隔離；制冷采用CCU-WC系統(tǒng)，冷凍水管路、冷凝水管模塊底座下走管，從底座下方連接冷量分配單元及各精密空調(diào)。

（6）微模塊底座采用鋼架結(jié)構(gòu)，模塊式拼裝，滿足搬運安裝靈活、外形美觀的要求。

4.2 微模塊基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控

使用3M系統(tǒng)對微模塊內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施進行監(jiān)控，包括智能電量儀、ATS、PDU、高壓直流系統(tǒng)、電池監(jiān)測儀、行間空調(diào)、通道環(huán)境溫/濕度、機柜微環(huán)境、漏水檢測、模塊內(nèi)外壓差、紅外、煙感、門禁、視頻等監(jiān)控。

5 微模塊建設(shè)優(yōu)勢

（1）模塊化、標準化、產(chǎn)品化：微模塊實現(xiàn)標準模塊化，部署方便，只需要根據(jù)客戶的IT需求、建筑空間，即可提供模塊化的建設(shè)方案，保證數(shù)據(jù)中心安全可靠、后期擴容互不影響、高效節(jié)能，最大化的提高交付速度。

（2）低成本：模塊化數(shù)據(jù)中心采用端到端的服務(wù)，為客戶節(jié)省設(shè)計費，可縮短資金的占用周期，提高運營效率，減少日常運行費用，縮短投資回報期，最大化提高客戶的資金使用率。同時，標準模塊化產(chǎn)品有助于降低后期運營成本。

（3）少工程：微模塊集成配電、制冷、機柜、消防、安防、監(jiān)控等系統(tǒng)，標準化快速可疊加，整機可進行工廠預(yù)制。行間精確制冷，無需采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心靜壓箱送風方式，減少靜電地板設(shè)計和鋪設(shè)的工程量。

（4）可擴展：微模塊擴展性好，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心分期、分批建設(shè)。大樓主體及水電一次性建設(shè)完成，重點對電力需求規(guī)劃完整，空調(diào)水路預(yù)留接口，即可實現(xiàn)按需部署、在線擴容、靈活調(diào)度。

（5）易管理：3M微模塊監(jiān)控管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)中心微模塊進行監(jiān)控，實時在線監(jiān)測各模塊間動力、環(huán)境、安防、消防等狀況，通過豐富的報警手段保障數(shù)據(jù)中心安全運營，增加運維效率，對人員調(diào)配策略可進行優(yōu)化，及時高效地處理故障隱患。