應(yīng)對業(yè)務(wù)發(fā)展傳統(tǒng)IDC數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)配套改造分析

何露

摘要：從風(fēng)起云涌的云計算、到撲面而來的大數(shù)據(jù)，再到無處不在的移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，傳統(tǒng)IDC數(shù)據(jù)中心需即時處理的業(yè)務(wù)量及數(shù)據(jù)量正以指數(shù)級速度增長。如何應(yīng)對新時代需求，為保障原有機房建設(shè)投資，充分發(fā)揮現(xiàn)有資源利用率，對傳統(tǒng)lDC數(shù)據(jù)中心進行改造已成為亟待解決的問題。本文就根據(jù)IT設(shè)備特性及l(fā)DC機房配套特點，對傳統(tǒng)IDC數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施改造關(guān)鍵點，包括機房電源、空調(diào)及承重等行闡述及分析。

關(guān)鍵詞：X86服務(wù)器；磁盤陣列；UPS；HVDC

以往國內(nèi)三大電信運營商為保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及高效業(yè)務(wù)處理能力，使用Unix服務(wù)器比重較高，導(dǎo)致建設(shè)、使用成本一直保持在高位（包括：采購成本、設(shè)備能耗、維護成本及機房配套建設(shè)，等），且Unix服務(wù)器的RISC架構(gòu)非標準化，導(dǎo)致集中管理困難，不同品牌設(shè)備之間無法實現(xiàn)共享，水平擴展能力有限的弊端日益凸顯。

1 IT 硬件設(shè)備比對及選型

隨著X86服務(wù)器的處理性能及可靠性不斷提升，X86服務(wù)器替代Unix服務(wù)器的時代已經(jīng)來臨。目前單臺X86服務(wù)器可達150萬～200萬tpmc的處理能力，完全可與中、低端Unix服務(wù)器媲美，且可靠性升已至99.72%，再輔以云計算、集群技術(shù)，可靠性甚至超過小型機；此外，X86服務(wù)器的軟件支持環(huán)境和兼容性相比架構(gòu)較為封閉的小型機更具優(yōu)勢。因此目前處理能力小于120萬tpmc的中低端小型機已逐漸被X86服務(wù)器直接替代，而高端小型機目前主要部署重要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，如計費、客戶信息管理，等，也可逐漸通過X86服務(wù)器集群代替。

1.1 IT建設(shè)設(shè)備介紹

本文主要就目前某電信運營商集采模型配置下，對IBM、HP、DELL及華為幾種主流品牌X86服務(wù)器進行比對，并歸納出不用檔次下設(shè)備特性。

通常傳統(tǒng)lDC機房，單機架輸入電流通常為10～16A?？沙休d功耗為2～3KW，可承載設(shè)備數(shù)量有限，架內(nèi)空間浪費嚴重。但如若單機架功耗在7KW以上，雖然能提高架內(nèi)空間利用率，但為保障設(shè)備工作溫度，需要部署分體式精確送風(fēng)空調(diào)，將勢必大幅增加機房改造難度及投資。因此為控制成本，提高機房利用率的平衡下，目前單機架實際功耗通?？刂圃?.5～7KW。在以下各類型X86服務(wù)器的對比，采用部署于5KW單機架模型環(huán)境中進行對比分析。

低檔X86服務(wù)器（1U高）配置模型為，CPU：2路6核；內(nèi)存：64G；硬盤配置8塊。參考CPU為Intel Xeon E5-2620，單臺最大處理能力為101.5萬tpmc，同檔次設(shè)備單臺最大功耗分布于430～490W之間；

中檔X86服務(wù)器（2U高）配置模型為，CPU：2路8核；內(nèi)存：128G；硬盤配置16塊。參考CPU為Intel Xeon E5-2690，單臺最大處理能力為180萬tpmc，同檔次設(shè)備單臺最大功耗分布于488～691W之間；

高檔X86服務(wù)器（4U高）配置模型為，CPU：4路10核；內(nèi)存：256G；硬盤配置10塊；高度4U。參考CPU為Intel Xeon E7-8870，單臺最大處理能力為319萬tpmc，同檔次設(shè)備單臺最大功耗分布于1100-1400W之間；

刀片服務(wù)器（僅配置半高刀片，單片配置CPU：2顆Intel E5-2690；內(nèi)存：64G；硬盤：2塊）。如若單框配滿16塊刀片，則最大處理能力2880萬tpmc/臺，同檔次設(shè)備單臺最大功耗分布于5500～7440W之間；刀片服務(wù)器（僅配置全高刀片，單片配置CPU：4顆Intel E7-8870；內(nèi)存：128G；硬盤：2塊）。如若單框配滿8塊刀片，則最大處理能力2550萬tpmc/臺，同檔次設(shè)備單臺最大功耗分布于5500～6820W之間。

根據(jù)以上分析。在5KW機架內(nèi)各檔次X86服務(wù)器的設(shè)備數(shù)量、處理能力、內(nèi)存容量、存儲容量及I/O處理能力橫向?qū)Ρ热缦拢?/p>

由圖1可見，刀片服務(wù)器，不論配置半高還是全高刀片，由于單臺設(shè)備滿配功耗較大，因此實際相對其他類型服務(wù)器在存儲容量及I/O處理能力均最低。導(dǎo)致架內(nèi)空間使用率不高；4U高PC服務(wù)器，由于其高配置使得單機架內(nèi)的內(nèi)存容量最高，但其單機架內(nèi)的業(yè)務(wù)處理能力、硬盤存儲容量及I/O處理能力表現(xiàn)卻不盡理想。而1U及2U高服務(wù)器在內(nèi)存、存儲能力、I/O處理能力均優(yōu)于其他機型，且2U服務(wù)器存儲容量最大，因此1U及2U服務(wù)器在業(yè)務(wù)承載能力、機房能耗控制及機房空間利用率方面表現(xiàn)最優(yōu)。因此，也是lDC數(shù)據(jù)機房中X86設(shè)備的主要選型。

目前，運營商已逐步將現(xiàn)有業(yè)務(wù)由Unix服務(wù)器向X86服務(wù)器遷移，并通過云資源池的方式降低建設(shè)成本、實現(xiàn)硬件資源的靈活配置及擴展，最終助力其提高IT資源自動化管理和部署水平，提高企業(yè)IT系統(tǒng)的市場響應(yīng)能力。

1.2 磁盤陣列

本文選取了國內(nèi)電信運營商采用的主流磁盤陣列進行分析，分別是EMC的VMAX-4、HP P9500以及Fujitsi ETERNUS DX8700 S2，其存儲容量在2PB以上，但除HP P9500單機架功耗為7.1KW，其他兩型號的磁盤陣列，功耗均在5.5KW以內(nèi)。明顯可看出。相比以往大型磁盤陣列，單機架盤陣已不再對動力系統(tǒng)造成巨大負擔(dān)，但單機架功耗均在500kg以上，且各品牌磁盤陣列擴容安裝需求各異，因此應(yīng)注重在安裝部署前核算安裝機房樓板承重能力并預(yù)留相應(yīng)擴容空間。

2 新增IT設(shè)備對機房配套的相應(yīng)估算

2.1 動力系統(tǒng)

2.1.1 UPS系統(tǒng)容量核算

傳統(tǒng)電信運營商IDC數(shù)據(jù)中心多采用UPS（1+1）并機供電系統(tǒng)。隨著單機架功耗的增高，現(xiàn)有動力系統(tǒng)可承載能力的準確核算及相應(yīng)改造措施，愈發(fā)重要。當(dāng)動力系統(tǒng)需要新增大量負載時，需對UPS動力系統(tǒng)進行估算，并且為避免電流擾動，應(yīng)盡量保證UPS系統(tǒng)三相負載平衡。

本文以UPS 1+1并機為例，僅推演A相容量估算為例，其他相荷載可依次類推。

A相最大安全承載電流：

A相可用電流：

A相可用電源容量：

新增負載后A相冗余電流：

UPS可用電源容量：

UPS冗余電源容量：

注：（1）S為UPS視在功率、及分別為UPS1及UPS2各已承載的電流容量；（2）為UPS功率因素。通常，動力系統(tǒng)設(shè)備（UPS，頭柜等）功率因素PF≥0.88（具體需與局方電源專業(yè)負責(zé)人確認）；設(shè)備（服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）功率因素PF≥0.9（具體需與設(shè)備廠家確認）；（3）在核算時，乘以80%是為整個UPS系統(tǒng)預(yù)留20%的安全冗余容量。

當(dāng)及均大干零，且新增荷載后的UPS系統(tǒng)基本保持三相平衡，則說明可新增該相應(yīng)負荷。若存在三相不平衡的情況，需主動調(diào)整新增荷載及現(xiàn)有荷載的分布。如果或單項冗余電流小于零，則無法新增相應(yīng)荷載。此時需考慮新建一套動力系統(tǒng)以滿足新增需求。

2.1.2 HVDC系統(tǒng)容量估算

由于高壓直流系統(tǒng)（HVDC）相對傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)，在系統(tǒng)可靠性、系統(tǒng)能耗利用率、擴容能力、可維護性等方面更盛勝一籌，因此近年來在IDC數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)中HVDC成為新寵。

其容量估算方案如下（以新增為例）：

新增負載電流：

其電池供電電流：

供電電池組容量；

新增總電流：

需要HVDC整流模塊量

注：（1）電池組2V一組，因此每套電池組為2組*120只/組；（2）在中，K為電池保險系數(shù)，取1.25；T為電池后備時間，取1小時；η為電池放電系數(shù)，取O 55；α為電池溫濕度系數(shù)（當(dāng)1小時≤放電率≤10小時，取O 88）。電池環(huán)境溫度，取15℃；（3）需要HVDC整流模塊量N≤10，根據(jù)依據(jù)實際配置N+1塊，若當(dāng)N>10，則根據(jù)實際配置N+2塊，以作冗余保護。

當(dāng)高壓直流頭柜的可用電流（）大于零時，可滿足新增需求。

2.2 暖通系統(tǒng)

即使動力系統(tǒng)滿足新增功耗的需求，但大量的新增設(shè)備在運行中也帶來了大量熱量，導(dǎo)致機房溫度大幅提升，嚴重影響大量精密設(shè)備的工作環(huán)境，給業(yè)務(wù)系統(tǒng)帶來巨大隱患。因此除對了對動力系統(tǒng)進行評估外，也需對暖通系統(tǒng)進行評估。

本文僅針對已有IDC機房進行評估，因此不討論新建機房的制冷量估算。

假設(shè)現(xiàn)有空調(diào)N+1臺，單臺標稱顯冷量為，該設(shè)備已運行3年以上，則其估算方法如下：

實際有效顯冷量：

環(huán)境熱負荷：

剩余空調(diào)顯冷量：

注：（1）由于設(shè)備已運行3年以上，實際有效顯冷量需考慮20%的折舊率；（2）環(huán)境熱負荷為機房內(nèi)人員及照明熱負荷，通常取015～018；（3）為現(xiàn)有設(shè)備及新增設(shè)備實際運行功耗之和當(dāng)>O時?，F(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)能夠滿足新增需求。

此外，目前IDC機房也多采用封閉冷通道的方式，提升設(shè)備制冷效果。設(shè)備機架采用“面對面，背靠背”的布置方式，將冷熱通道分開；架內(nèi)設(shè)備空隙需用隔板封閉，防止冷熱氣流交叉；根據(jù)單機架功耗核算冷池寬帶：（1）冷池寬度=單塊透風(fēng)地板寬度*2*單機架功耗KW/單塊透風(fēng)地板制冷量；（2）單塊透風(fēng)地板制冷量==0.6m*0.6m（地板尺寸）*50%（風(fēng)口開孔率）*2m/s（風(fēng)口風(fēng)速）/3600s（1小時）÷空調(diào)1KW制冷量=1296m³/h÷270m³/h=4.8KW

2.3 其他確認關(guān)鍵點

由于磁盤陣列單機架滿配通常在500kg以上，在新增前需對機房樓板承重能力進行核算。對于承重要求較高的設(shè)備，應(yīng)優(yōu)先選擇規(guī)劃在機房橫梁或立柱附近，并在設(shè)備下方部署散力架。如若設(shè)備機房在2樓以上。應(yīng)確認是否有載貨電梯，且核定其載重量應(yīng)≥2噸以上，電梯轎廂尺寸≥1.5m（寬）*2.6m（深）*2.7m（高），以保證新增大型磁盤陣列的入駐安裝。

3 結(jié)語

盡管IT設(shè)備已逐步向節(jié)能環(huán)?；l(fā)展，但未來IT設(shè)備單機架功耗、重量仍將逐步提高。為了充分提高機房資源利用率，未來IDC數(shù)據(jù)機房動力系統(tǒng)將更多采用HVDC系統(tǒng)并逐步替代UPS系統(tǒng)，封閉冷通道將被普遍運用，機房承重及其相關(guān)配套將更加備受重視。因此我們在進行IDC機房改造時應(yīng)對機房的動力系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)及承重等方面進行準確評估，對保障信息系統(tǒng)建設(shè)的可行性及建設(shè)進度具有重要意義。