微模塊數據中心的建設與發展

帥業明

（湖北郵電規劃設計有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引 言

傳統數據中心建設具有周期長、擴展性弱和耗能高等缺點，實際工作中常出現各種問題，阻礙企業發展。微模塊數據中心建設能解決這一問題，實現靈活部署IT資源，加快業務速度，已經得到越來越多數據中心建設者和營銷者的青睞。

1 傳統數據中心的缺點

傳統數據中心的系統規劃和建設與基礎設施運行狀態存在強耦合性。樓房建筑約束數據中心的發展，對后期數據的建設和運維造成了困難，主要缺點如下。第一，建設周期長。以往數據中心的建設包括總結、準備和運行。結合工程的實際情況，數據中心需要更多固定的內容，從而造成項目建設周期長的缺點。如果不能有效估算建設變化和業務要求，會延長數據中心建設的周期[1]。第二，擴展性不強。數據中心建設中，擴展能力很重要。以往數據中心建設規劃需要評估未來十年的企業生產和業務發展，但是實際工作中不能有效預測未來業務的發展情況，出現機房過度建設和基礎設施利用率低等情況，擴展業務時可能出現業務中斷的情形，增加了經濟成本。第三，耗能高。數據中心運行時可能造成大量的電力消耗。以往數據中心電能消耗管理方面不能實現優化管理，通常計算機硬件、冷卻系統和照明設備常出現能效消耗指標增高的情況。

2 微模塊數據中心的優點

2.1 擴展靈活

微模塊數據中心具有快速部署、降低規劃時間、增加設計與建設速度以及減短建設周期等優點，對項目選址要求不高，只需有水、電和網絡即可。同時，機房和各類工程規劃完成相互解耦，既能緊密聯系，又能分開工作，提升了工程施工效率。微模塊數據中心對大樓建設要求明確，項目主體基礎設施建設完成后，數據中心有關模塊才能根據實際情況部署下一步工作。另外，模塊化數據中心能根據設計方案科學配置系統結構，提升規劃設計的速度。例如，通過模塊批量生產縮短供貨時間，不僅提升了施工效率，而且生產結束后即可測試產品，實現了系統調試和統一標準，提高了故障排除效率，降低了基礎設施建設的工作量。總而言之，微模塊化數據中心能實現電力供應，安裝、升級和移動模塊時具有靈活擴展和批量復制等優點，不需重新設計。

2.2 節約成本

微模塊數據中心運行過程中，電力成本的控制功能很強大。微模塊數據中心有獨立的工作和維護空間，采用標準化接口，基礎設施也按照此形式規劃。數據中心新添加IT設備時還能進一步擴展，令供電、制冷和實際負載統一，降低設備部署時間，提升工作效率，節約能源消耗并減少成本。另外，模塊化數據中心配置了高級精密空調，以配合密閉通道，完成密封冷熱通道，使近熱源部分直接送風，減短氣流通路。冷熱通道能有效隔離氣流，使冷熱氣流互不干擾，實現空調就近制冷，熱源轉移，提升空調運行效率，減少不必要的能源消耗，實現能源保護并節約成本。

2.3 智能管理

微模塊數據中心具有智能管理和集中監控系統，可實時監控、集中管理數據，保證數據中心高效、可靠運行。其中，監控系統主要面向微模塊數據中心的基礎設施，如實時監控制冷、配電和安防等子系統的運行狀態。監控過程中使用分層結構，分為數據采集、運算、處理和智能管理等平臺，能實時采集和處理設備、配件和運行環境等數據，實現數據機房的全面化管理，提高微模塊數據中心的開放性、實用性。智能管理系統對數據機房進行分層等精細化管理，利用精準的數據分析確定能源消耗，進而制定有效的管理方案，實現智能管理。

3 微模塊數據中心的建設

3.1 整體組成

如果建立微模塊中心機房，需由多種構建組成，如服務器機柜、天窗、列間空調、頂部線槽和底座等。從整體系統上來說，微模塊中心機房可分為制冷系統、消防系統、結構系統和監控系統等[2]。其中，制冷系統使用列間精密空調；消防系統由消防門禁、天窗磁力鎖和煙感等構成，由數據中心機房控制，完成消防滅火等動作；結構系統使用雙排機柜冷熱通道密封等方法；監控系統實現24 h全面監控和動態耗能顯示等，完成與上層云管理系統的結合。此外，還有紅外入侵、門禁、視頻監控等防范技術。

3.2 微模塊電氣系統

第一，配電系統。為了提升微模塊數據中心的實用性，配電系統使用雙路市電輸入形式，將ATS轉變為UPS后再連接到IT機柜。此外，可以直接引市電到IT機柜中，保證所有服務器機柜中的IT負載都提供一路UPS電源供電，符合機房對電力的要求。為了提升微模塊使用性能和實用性，電源使用模塊化UPS配置。為了加強機房安全性，安防、監控和消防系統需要傳感器不斷工作，這時可增添小型UPS設備為其供電。通過精密配電柜中的智能電量儀，豐富監控系統中的運行數據，并通過精密配電柜系統監控電源的開關狀態，添加防雷裝置，為電源供應提供保障。

第二，PDU。它經常裝置在服務器機柜中，為IT設備提供電源。一般情況下，使用3 kW功率的PDU即可，每個服務器機柜中安裝2個交流PDU。

第三，接地。微模塊實施接地過程中，既要保證操作人員的安全，又要保證設備的正常運行。微模塊中，電源等主要部件中的重要元件（如金屬導體）要做等位連接。對外接地過程中，要將機房接地，匯集底座接地點，使用兩色單芯絕緣阻軟電纜進行連接。值得注意的是，所有機柜中的電纜都要滿足國家標準，以保證電氣系統的安全性。

第四，照明。為模塊數據中心中安裝平板LED照明工具，一般在冷通道頂側，照明度大于500 lx，滿足工作人員工作時對燈光的需求。

3.3 微模塊制冷系統

第一，氣流組織。微模塊中，空調系統、電源柜和UPS柜等組成一個密閉通道，完成冷熱空氣的隔離。微模塊數據中心一般使用水平風制冷，前部兩面送風，正面送風角度小于90°。如果冷空氣和熱源靠近，可減短送風距離，降低氣流，避免壓力損失和冷空氣泄漏等，提升資源利用率。

第二，列間空調。數據中心的列間空調具有許多特點：（1）背面安裝，方便更換過濾器；（2）通過風力控制溫度；（3）設置獨立的控制系統，有液晶平面顯示送風溫度、風量、風向和運行狀態等參數；（4）具有記憶功能，如果空調異常斷電，接通后恢復之前的運行狀態；（5）實現多個空調互聯，可以群控，實現整體休眠和運行等，每臺設備中有統一的控制器，可以統一控制；（6）空調中有警告系統，如果出現故障、異常斷電、溫度異常等，能主動警告；（7）動態制冷，可快速變化，適應機房負荷，降低壓縮機停止次數，提升空調運行穩定性；（8）使用電子膨脹閥，保證變容量壓縮機正常運行。

3.4 消防系統

消防系統在數據中心的作用是探測火災、發送警報和設備聯動等，由消防門禁控制箱、天窗磁力鎖和煙感等組成。煙感安裝在密閉冷通道上側，天窗磁力鎖安置在天窗上，消防門禁控制箱安置在微模塊頂部。消防設備還要添加控制電源和運行電源，由數據中心聯動控制。如果數據中心中某一點出現大量煙霧，微模塊就能勘測到煙霧，并向數據中心機房的控制器部門上報信息，消防門禁控制箱向監控系統輸送警告信號，產生報警。此時，自動系統切斷天窗磁力鎖電源，打開天窗，關閉空調，消防噴頭進行滅火。

另外，微模塊對數據中心中消防系統提出了幾點要求。第一，數據中心中大多設備為電子產品，如果進水可能會造成嚴重后果。因此，機房中消防噴頭中要放置氣體，減少損失產生，一般由業主完成。第二，多個微模塊一起工作時，可使用集中式滅火系統，與數據中心消防結合，提升消防效率[3]。第三，消防系統中各個設備要達到當地消防局的相關標準，保證設備使用的長久性和安全性。

4 微模塊數據中心的發展

微模塊在數據中心的建設，促使政企市場快速進入云計算時期。第一，隨著IT行業的發展，越來越多的企業建立數據中心，即使是中小企業，數據中心也日益成熟。第二，政府部門開始重視數據中心的構建，嘗試與專業IT企業合作，以市為中心建立云計算數據中心，為中小型企業提供云服務，將云計算從概念階段轉向實用階段。數據中心作為運用云計算服務的主要部門，隨著技術的不斷發展，不斷趨向專業和集中。微模塊數據中心就是在這種背景下產生的一種新型部署形式。另外，云計算的主要特點是靈活擴展，正是完成數據中心彈性化部署的重要環節。由于微模塊數據中心建設過程中對IT的需求大，而IT行業中的新型技術往往出自互聯網，因此我國大型互聯網企業再次走向行業前列。目前，多層數據中心的微模塊建設已經逐漸成為我國數據中心探索的重要方向。