大型數據中心機房基礎設施的發展趨勢

解秋實

[摘 要]近些年來，隨著云計算和大數據的迅猛發展，大型數據中心的建設受到了越來越多的重視，且數據中心機房基礎設施建設也出現了一些變化。本文就現階段大型數據的中心機房基礎設施的發展趨勢進行探索研究，希望能夠為相關研究人員提供借鑒。

[關鍵詞]數據中心；機房；基礎設施；發展趨勢

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.04.068

[中圖分類號]TP308 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2018）04-0-02

目前，大型數據中心機房的面積變得越來越大，且模塊劃分越來越精細，如何做好基礎設施建設成為現階段需要重點考慮的問題，直接關系數據中心機房后續的運行和維護。因此，本文對大型數據中心機房基礎設施的發展趨勢進行研究，具有重要的現實意義。

1 現階段大型數據中心機房基礎設施發展需求

在我國互聯網和大數據產業迅猛發展的背景下，我國數據機房基礎設施開始進入大規模建設階段。根據可靠統計，預計到2020年左右，我國數據中心建設總面積將達到30 km2，各地區數據中心建設計劃越來越多，大型數據中心的數量將會呈現出爆發式增長的趨勢。

數據中心機房基礎設施建設直接關系著通信網絡的搭建，且其內容十分復雜，涉及空調、電源、管理、機房等多個系統的設計。因此，在具體建設的過程中，不僅要考慮相關IT設備的安置和應用要求，還要順應該領域未來的發展趨勢。

2 大型數據中心機房基礎設施的發展趨勢

2.1 可用性規劃

可用性規劃單機架功耗是大型數據機房基礎設施建設的核心內容之一，根據我國《電子信息系統機房設計規范》的相關內容，數據機房中心可以分為A、B、C三個等級。當前階段，在新建數據中心機房基礎設施可用性等級過度地追求高級是不科學，這樣雖然能夠滿足系統和數據的災難性事件抵御能力，但是卻會造成資金的不合理浪費。因此大部分數據中心的可用性等級可以定為B級。隨著信息技術設備的不斷發展，計算機的體型出現了大幅度縮小，電子元件的排列更加密集，使得計算機的散熱量大大提高。對于數據中心運營商而言，單機架功耗越高，其能夠獲得的經濟效益就越高，因為這樣可以提高機架的利用效率，降低新建數據中心所需的花費。為了更好地適應單機架功耗增長的趨勢，其他方面的基礎設施也要進行適當調整。

2.2 數據中心選址

在對數據中心進行選址的過程中，要對自然地理條件、資源狀況、配套設施、周邊環境等因素進行綜合考慮。以數據中心的空調系統為例，要想降低PUE，最好應該加強自然冷源利用。對此，可以根據不同地區的氣候情況有針對性地制訂科學的免費制冷方案，采用這種措施每年通信機房制冷系統的能耗降幅最多可以達到50%以上。同時，隨著PUE的降低，數據中心所消耗的電力資源也會隨之降低，這能夠幫助數據中心節省大量的電費。因此，數據中心應該選址在自然冷源豐富以及電價便宜的地區。

2.3 數據中心機房

其一，靈活性。數據中心機房樓的建設周期一般較長，普遍需要耗費一年半到兩年的時間才能完成建設，且建成后的改造難度較高。因此業主在進行數據中心建設時，要對市場需求、機電技術以及目標客戶等內容進行綜合性考慮，保障數據中心的可用性和高效安全地運營。另一方面，還要考慮數據中心的靈活性，以便更好地應對多元化的業務需求和市場不確定因素。為了應對上述問題，數據中心機房樓應該采用標準化設計，貫徹統一規劃、分布實施的策略。

標準化數據中心機房樓應該采用整體設計理念，通過合理、緊湊的布局提高裝機效率，這樣既能有效地降低建造時間，還為維護管理提供了便利，有效控制了機房樓的建造成本。而分布實施策略則是一種成長和投資同步進行的策略，不僅可以降低一次性資金投入的壓力，還能夠最大程度地減少固定資產折舊造成的損失，降低市場因素的負面影響。未來，分期建設將成為大型數據中心機房基礎設施建設的主要方式，需要注意的是，在分期建設的過程中應該協調好地塊和整體規劃之間的關系，避免后期建設對前期建成的設施造成破壞。

其二，數據中心機房的柱網、層高以及荷載。在對數據中心機房進行設計的過程中，一方面要考慮到相關設備擺放、管路管線布設的空間要求，另一方面還要為IT工藝的實施和配套設施的安置提供空間。因此，必須結合現有設備的情況對建筑的柱網、層高以及荷載等參數進行科學計算，并在此基礎上預留出一定的余量，方便未來的改造活動。首先，可以適當加大柱網尺寸，這樣不僅可以對機架的排列進行優化，還能避免機房內設備因柱子的影響出現無法運行的情況。在設置機房層高時，要充分考慮架空地板、工藝安裝凈高、氣體滅火管線以及建筑構件等部位的高度。當前階段，微模塊化設計逐漸興起，這種模式將機柜、供配電、布線設計等眾多單獨的運行單元融為一體。該設計模式因建設高效化和標準化的優勢逐漸得到了廣泛應用。為了適應這一趨勢，數據中心機房的層高較以往出現了一定程度的增加。

2.4 空調系統

近些年來，通信機房的風冷精密空調逐漸被運行能耗更低的冷凍水系統取代。基于技能考慮，當前階段，在數據中心機房建設的過程中，自然冷卻技術因其應用范圍廣、節能效果好、運行穩定性高以及環境污染小等優點，在數據中心空調系統中得到了有效應用。自然冷卻分為水側自然冷卻和風側自然冷卻兩種類型，前者在我國的應用更多。目前，水側自然冷卻已經成為數據中心的主流空調系統，且在節能方面發揮出了不俗的效用。

相較于水側自然冷卻系統，自然新風冷卻系統省略了能量的轉換和傳遞這一環節，因此節能性能更加強大。因此，自然新風冷卻系統也已經成為我國數據中心發展的選擇之一，但是風側自然冷卻對高溫耐腐蝕服務器發展的要求較高，且需要考慮環境因素。

利用數據中心的余熱向辦公、生活用房提供采暖和生活熱水也是新型免費制冷方式之一，設置集中冷凍水空調系統的數據中心，結合其所在區域的熱源情況、供熱需求對機房的余熱回收裝置進行設置，如此一來能夠有效提高能源的利用效率。

由此可見，數據中心的發展趨勢在很大程度上影響著制冷空調系統的發展方向。因此，空調系統參數的優化、自然冷源的合理利用、冷卻系統的靈活拓展、高密度制冷技術，將會成為數據中心空調發展的主要趨勢。

2.5 電源系統

目前，在數據中心機房電源系統選用方面，低成本和低耗能成為兩個十分重要的因素。在發電機組的選用上，電壓等級是必須考慮的一個方面，對此，應該結合機房供電系統的結構、相關設備的運行電壓以及機房供電系統的容量進行綜合衡量，在此基礎上決定選擇高壓發電機組或是低壓發電機組。高壓和低壓發電機組各有其優勢，以10 kV高壓發電機組為例，其優勢主要體現在以下幾點：首先，該發電機組可以集中設置，且不需要設置在距離負荷中心較近的位置，因此在遠距離輸配電中應用廣泛。其次，可以根據機房的實際用電負荷對發電機組的數量進行合理設置，既能避免功率不足的情況，又可以最大程度地降低資源浪費，符合低成本、低耗能這兩項要求。最后，可以采用多臺并機的方式提高系統的容量，以應付負荷變化產生的沖擊。由于大型數據中心機房的用電負荷較大，因此多選用10 kV高壓發電機組。

2.6 智能化管理

我國數據中心建設數量和規模都呈現出不斷增加的趨勢，但是其利用效率卻普遍不高，導致這一現象的主要原因是由于機房基礎設施管理缺乏統籌、操作過于離散化，從而造成能耗不斷增加。如何解決這一問題是現階段數據中心管理人員需要研究的重要課題。

數據中心基礎設施管理系統應用的目的就是為了實現數據中心機房基礎設施的一體化管理，為基礎設施的動態優化奠定基礎。該系統主要是通過硬件設施收集相關數據，促進機房基礎設施的智能管理，完美地實現成本控制、集中監控以及容量規劃等目標。此外，通過數據中心的監控系統可以有效掌控各類設施的運行情況，一旦出現問題，會及時發出報警信息。

構建智能化管理系統能夠幫助數據中心的管理人員更好地掌握各類資源的消耗情況，為資源的高效管理奠定基礎。同時維護人員可以通過遠程接入的方式開展運維工作，從而不斷提高效率和降低成本。

3 結 語

在數據中心機房基礎設施建設中，必須結合實際需求做好規劃設計。同時要保障基礎設施建設的安全性和可靠性，落實節能環保理念，從而不斷節省建設成本，降低運維管理難度。

主要參考文獻

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