基于模塊化的數據中心基礎設施建設分析

摘 要：通過對傳統數據中心基礎設施建設模式和模塊化數據中心建設模式的分析對比，指出了模塊化建設方式在應對彈性數據中心需求的優勢所在，同時說明了數據中心基礎設施子模塊的構成和特點。

關鍵詞：模塊化；彈性數據中心；基礎設施建設；方式分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.120

1 前言

數據中心機房的IT基礎設施主要指機柜、不間斷電源（UPS）、空調系統、強弱電配電系統以及動環監控系統和安保門禁系統等等部分組成。機柜用于安裝和保護IT設備，為IT設備提供承載空間；UPS系統用于為IT設備提供穩定的電源保障，并在市電故障時為IT系統提供后備電源；空調系統為機房環境提供溫濕度監控措施，為IT設備提供一個恒溫恒濕的穩定運行環境；強弱電配電系統用于業務機柜的電源供應和網絡連接，為機柜內服務器提供基礎網絡和供電線路；動力與環境監控系統為整個機房基礎設施提供在線實時監控和遠程告警功能，是管理員可以第一時間掌控機房運行情況的利器；安保門禁系統是數據中心機房科學管理的基礎，同時也可以提供消防功能。

以傳統的方法規劃數據中心建設時，建設架構比較固定，需要充分考慮業務增長帶來的IT設備增長，預留出足夠的機柜空間，UPS和空調制冷容量，一次性的相關投入非常大。而且隨著當今信息化高速發展，IT業務設備升級頻率和擴容需求也爆發性增長，并且設備密度越來越高，發熱加劇，傳統的數據中心的這種建設模式體現出建設周期長、架構沒有彈性和能源消耗比較粗放的弊端[1]。很容易導致前期投入的基礎設施建設中預留部分由于不能完全適應新設備需要，造成金錢和時間的巨大浪費。因此，如何引入一個可擴展的彈性數據中心基礎設計建設方案，使數據中心機房在高效部署的同時，還具有比較強的擴展性，成為數據中心機房設計的關鍵問題之一。

2 模塊化數據中心介紹

從上述對傳統數據中心建設的描述，我們可以看出，對應于當今IT基礎建設迅速發展的需求，傳統數據中心建設方式有以下缺點[1]：

（1）機房容量浪費；（2）機房高能耗；（3）建設交付周期長；（4）初始投資大；（5）生命周期成本高。

近年來，為了解決以上缺點，業內各個IT基礎設施廠家均推出了模塊化數據中心系統的建設方案[2][3]。模塊化數據中心系統，是以機柜為載體和基礎單元，包含供配電模塊、制冷模塊、網絡、布線、消防等硬件單元和智能管理單元，具有標準化管路、電路、管理接口的智能化、預制化、一體化產品。在數據中心建設時，可以分期采購和按需快速擴容，滿足使用方大規模快速部署IT設備的需要，并且大大提高機房負載率，降低單位能耗。

3 模塊化設計內容

模塊化數據中心的設計內容主要包括封閉通道機柜設計、模塊化UPS和供配電模塊設計、環境溫濕度模塊設計、動力環境監控模塊設計和消防模塊設計[4]。

（1）封閉通道機柜模塊。封閉通道式設計分為封閉冷通道和封閉熱通道，常用的是分別封閉冷通道設計。其中包括一體式機柜、通道門、可翻轉天窗、走線槽等等系統基礎部件。隨著IT設備的性能和容量大幅度提升，單位密度的制冷需求也大幅度增加，機房內熱源分布越發不均勻，熱傳導梯度也大幅度增加，以往將IT設備和機房所有空間一起進行制冷和溫濕度控制的環境控制方法效率大大下降。封閉通道的機柜設計可以將制冷區域限制在機柜內部，減少數據機房系統的無謂制冷需求，提高整體制冷效率。

（2）UPS和供配電模塊。模塊化的UPS和供配電模塊用以代替傳統的塔式UPS和分離式配電柜。模塊化的UPS和供配電模塊安裝于封閉式通道內部，并具有在線熱插拔、擴充和更換功能。在線插拔式的UPS功率模塊可以讓UPS系統按照實際IT設備和業務的增長按需擴展，并非常容易做到N+1甚至N+n模式的冗余配備，這樣的設計使系統具有非常好的擴展性和可維護性。同時供配電系統也預先集成到機柜內部，并且大部分集成工作可以在出廠前完成，提高機房空間使用率的同時，大大降低了現場施工難度，從而從整體上大大提高了IT業務的部署速度和效率。

（3）環境溫濕度控制模塊。環境溫濕度控制模塊主要是由指精密空調系統，模塊式精密空調系統可以使用柜間行級精密空調或者下送風精密空調，由于行級精密空調具有送風量大，不受限于風道及開孔地板，緊靠熱源制冷，滿足高密度部署等特點，因此在模塊化機房建設和擴展中較為受歡迎。

（4）動力環境監控和消防模塊設計。模塊化的動力環境監控系統一般與消防系統統一在出廠前就集成到封閉通道機柜中，所有供配電監控、溫濕度監控、門禁監控、視頻監控和消防監控功能部件均以整體定制的方式安裝完畢。當有煙火報警時，監控系統自動打開封閉通道天窗，配合外部的七氟丙烷無管網氣體消防柜，完成快速消防反應。

4 方案優勢

模塊化數據中心克服了許多傳統數據中心的缺點，根據華為公司2016年針對模塊化數據中心建設方案的介紹和分析，模塊化方案有以下優勢：（1）整體系統采用標準化接口方式組成：由于利用了工廠預制標準化的接口，工程界面清晰，建設簡單，實現快速部署，極簡交付；（2）系統的各個功能部分采用模塊化設計：利用模塊化標準化組件，設計統一，按需增減，即插即用，在線更換，易維護；（3）整個數據中心系統架構框架化：機柜、供配電、環境控制、監控等系統都集成于模塊內；部件工廠預制，現場安裝簡單，整個數據中心機房建設可以分期部署、按需擴容，提高機房負載率，降低整體能耗。

5 總結

模塊化數據中心是新興的數據中心建設理念，具有建設快速、易復制、部署高效等特點[4]，配合當今高融合數據中心的基礎架構和云計算數據中心架構，可以實現數據中心機房基礎設施和IT設備的高效模塊化部署和擴充，將大大有利于IT業務的快速發展，成為未來超融合數據中心基礎建設的首選方案。

參考文獻：

[1]陳劍.淺談傳統數據中心與模塊化數據中心[J].智能建筑與城市信息，2015（11）.

[2]華為IDS2000模塊化數據中心Datasheet http：//e.huawei.com/cn/marketing-material/onLineView？MaterialID={DCD8A1E7-6011-48EB-95AA-9376579D0A78}[DB/OL].

[3]浪潮模塊化數據中心介紹http：//www.inspur.com/lcjtww/443012/444624/754600/754603/766715/index.html[DB/OL].

[4]郭亮.模塊化數據中心發展淺析[J]，現代電信科技，2014（11）.

[5]胡燕.關于模塊化數據中心發展的思考[J].電信科學，2014（05）.

作者介紹：夏凌云（1980-），男，四川瀘州人，碩士研究生，工程師，主要研究互聯網技術、計算機軟硬件技術和物聯網技術。