淺析提升數據中心利用率

楊華　曹忠波　董倩　王大深

摘要：2021年，工業和信息化部印發《新型數據中心發展三年行動計劃（2021-2023年）》，計劃提出用3年時間，基本形成布局合理、技術先進、綠色低碳、算力規模與數字經濟增長相適應的新型數據中心發展格局。在利用率方面，到2023年底，全國數據中心平均利用率力爭提升到60%以上，能效水平方面，新建大型及以上數據中心PUE降低到1.3以下。本文就合理、綜合利用SPCN電力、冷量、空間、網絡等每一種資源，提升數據中心資源利用率進行分析。

關鍵詞：新型數據中心 PUE

背景

隨著云計算、大數據、人工智能、物聯網等熱門技術的大規模應用，數據量呈現出指數級增長態勢。根據IDC（國際數據公司）預測，2025年全球數據流量將會從2018年的33ZB上升至175ZB。突如其來的疫情也使得越來越多的企事業單位謀求數字化轉型措施以保證其有序發展，以及越來越多的個人用戶開始習慣通過網絡進行會議、學習和工作，以上種種對數據中心的需求將促使數據中心容量呈爆發式增長。

據2020年統計，全國數據中心總體平均利用率為50.07%，省內數據中心的平均利用率為57%，雖然超過全國總體平均水平，但與華北、華東、華南數據中心仍有一定差距，數據中心利用率仍需進一步提高。

定義新型數據中心

《新型數據中心發展三年行動計劃（2021-2023年）》中提到的新型數據中心是指以支撐經濟社會數字轉型、智能升級、融合創新為導向，以5G、工業互聯網、云計算、人工智能等應用需求為牽引，匯聚多元數據資源、運用綠色低碳技術、具備安全可靠能力、提供高效算力服務、賦能千行百業應用，與網絡、云計算融合發展的新型基礎設施。與傳統數據中心相比，新型數據中心具有高技術、高算力、高能效、高安全等特征，在數字化日益普及的今天，新型數據中心能更好支撐新一代信息技術加速創新，加快推動制造強國和網絡強國建設。

三、存在問題分析

在傳統企業變革升級的浪潮中，企業上“云”的數字化轉型趨勢是不可逆轉的，因此云計算、大數據、物聯網、人工智能AI等信息通信技術對數據中心的需求量越發龐大，全行業對數據中心的計算和存儲能力提出了更高要求。為了順應這一趨勢，數據中心會逐漸向更高算力、更高算效邁進。同時，為提高業務部署的靈活性，數據中心采用了更多虛擬化、模塊化等技術。虛擬化技術的應用使得負載能夠在服務器之間動態遷移，應用訪問也存在著瞬時爆發的特點，IT 設備的功耗波動大且頻繁，IT設備與空調、UPS等基礎設施之間的匹配難度增加，對電力、制冷和網絡的動態需求隨之增加。

在對省內各個數據中心進行調查、分析后，不難發現各數據中心普遍存在基礎設施的管理能力不足，SPCN動力、制冷、空間及網絡等基礎設施可視化能力較差的問題。資源規劃及使用在一定程度上依靠人工進行管理，無法匹配新型數據中心自動化管理及數字化轉型的需要。大多數數據中心的利用率只有 60%，而40%的容量是損失的，有些數據中心存在高達50%損失的情況。容量利用率降低意味著能源效率降低、運營成本的升高。根據調查得知，各數據中心基礎設施的資源規劃及使用隨著業務需求變化和時間推移會不斷發生改變，容易產生大量容量碎片。IT 設備的部署過程與預先設計時的預置條件匹配程度也存在一定偏差，容量碎片化是造成數據中心利用率降低的主要原因之一。

目前利用資源管理系統進行資源、資產管理，利用動力環境的專業網管進行基礎設施的監控、管理，利用數據網絡的專業網管系統進行網絡監控分析等等。這種管理方式雖然在各個維度均可進行細致管理，深入分析，但還是帶來了多方面的問題。一是對數據中心運維人員、市場營銷人員、管理者及客戶而言，沒有統一的視圖獲得所需要的信息，存在信息孤島，維護多個離散的工具、系統也提高了管理成本、時間成本;二是不同系統之間的數據難以關聯和共享，在容量規劃、業務預判及生成報表的時候尤其困難;三是需要花費大量的時間、精力去更新數據，使其保持同步，降低工作效率，影響決策和響應速度。

提升數據中心利用率

根據PUE（Power Usage Effectiveness電能使用效率）的計算公式：PUE=數據中心總設備能耗/IT設備能耗，數據中心總設備能耗包括制冷用電總負荷、供配電損耗和IT設備總能耗。PUE值越低，說明用于IT設備的能耗占得比重越多，意味著數據中心的能源效率越高。

對于數據中心運營者而言，加強IT設備、動力、制冷及承載網絡的管理能力，進一步提升數據中心容量利用率刻不容緩。需要對數據中心資源進行可視化的管控與變更管理，對數據中心機房、機柜、U位、電力、冷量和網絡進行統計、分析，協助數據中心運營者實時動態掌控使用情況，提供規劃仿真及趨勢預判，實現業務快速部署。

通過打造一個對IT負載、電力、制冷、空間和網絡等資源集約化管理的平臺，能夠管理數據中心各個維度的容量使用情況，統計與分析機房SPCN（空間、電力、冷量、網絡）容量使用和剩余情況，實現數據中心資源的統一管理、規劃和分配，針對IT設備上架，可以基于SPCN智能計算，給出設備上架位置建議，使設備分布更加合理，以減少容量碎片，實現資源的合理部署，提升數據中心資源利用率。

參考文獻：

[1]數據中心DCIM技術白皮書

[2]新型數據中心發展三年行動計劃（2021-2023年）