大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展趨勢(shì)

解秋實(shí)

[摘 要]近些年來(lái)，隨著云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的迅猛發(fā)展，大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)受到了越來(lái)越多的重視，且數(shù)據(jù)中心機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也出現(xiàn)了一些變化。本文就現(xiàn)階段大型數(shù)據(jù)的中心機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探索研究，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究人員提供借鑒。

[關(guān)鍵詞]數(shù)據(jù)中心；機(jī)房；基礎(chǔ)設(shè)施；發(fā)展趨勢(shì)

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.04.068

[中圖分類號(hào)]TP308 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-0194（2018）04-0-02

目前，大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房的面積變得越來(lái)越大，且模塊劃分越來(lái)越精細(xì)，如何做好基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成為現(xiàn)階段需要重點(diǎn)考慮的問題，直接關(guān)系數(shù)據(jù)中心機(jī)房后續(xù)的運(yùn)行和維護(hù)。因此，本文對(duì)大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 現(xiàn)階段大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展需求

在我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的背景下，我國(guó)數(shù)據(jù)機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施開始進(jìn)入大規(guī)模建設(shè)階段。根據(jù)可靠統(tǒng)計(jì)，預(yù)計(jì)到2020年左右，我國(guó)數(shù)據(jù)中心建設(shè)總面積將達(dá)到30 km2，各地區(qū)數(shù)據(jù)中心建設(shè)計(jì)劃越來(lái)越多，大型數(shù)據(jù)中心的數(shù)量將會(huì)呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)直接關(guān)系著通信網(wǎng)絡(luò)的搭建，且其內(nèi)容十分復(fù)雜，涉及空調(diào)、電源、管理、機(jī)房等多個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。因此，在具體建設(shè)的過程中，不僅要考慮相關(guān)IT設(shè)備的安置和應(yīng)用要求，還要順應(yīng)該領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

2 大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 可用性規(guī)劃

可用性規(guī)劃單機(jī)架功耗是大型數(shù)據(jù)機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的核心內(nèi)容之一，根據(jù)我國(guó)《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)內(nèi)容，數(shù)據(jù)機(jī)房中心可以分為A、B、C三個(gè)等級(jí)。當(dāng)前階段，在新建數(shù)據(jù)中心機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施可用性等級(jí)過度地追求高級(jí)是不科學(xué)，這樣雖然能夠滿足系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的災(zāi)難性事件抵御能力，但是卻會(huì)造成資金的不合理浪費(fèi)。因此大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心的可用性等級(jí)可以定為B級(jí)。隨著信息技術(shù)設(shè)備的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)的體型出現(xiàn)了大幅度縮小，電子元件的排列更加密集，使得計(jì)算機(jī)的散熱量大大提高。對(duì)于數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商而言，單機(jī)架功耗越高，其能夠獲得的經(jīng)濟(jì)效益就越高，因?yàn)檫@樣可以提高機(jī)架的利用效率，降低新建數(shù)據(jù)中心所需的花費(fèi)。為了更好地適應(yīng)單機(jī)架功耗增長(zhǎng)的趨勢(shì)，其他方面的基礎(chǔ)設(shè)施也要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

2.2 數(shù)據(jù)中心選址

在對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行選址的過程中，要對(duì)自然地理?xiàng)l件、資源狀況、配套設(shè)施、周邊環(huán)境等因素進(jìn)行綜合考慮。以數(shù)據(jù)中心的空調(diào)系統(tǒng)為例，要想降低PUE，最好應(yīng)該加強(qiáng)自然冷源利用。對(duì)此，可以根據(jù)不同地區(qū)的氣候情況有針對(duì)性地制訂科學(xué)的免費(fèi)制冷方案，采用這種措施每年通信機(jī)房制冷系統(tǒng)的能耗降幅最多可以達(dá)到50%以上。同時(shí)，隨著PUE的降低，數(shù)據(jù)中心所消耗的電力資源也會(huì)隨之降低，這能夠幫助數(shù)據(jù)中心節(jié)省大量的電費(fèi)。因此，數(shù)據(jù)中心應(yīng)該選址在自然冷源豐富以及電價(jià)便宜的地區(qū)。

2.3 數(shù)據(jù)中心機(jī)房

其一，靈活性。數(shù)據(jù)中心機(jī)房樓的建設(shè)周期一般較長(zhǎng)，普遍需要耗費(fèi)一年半到兩年的時(shí)間才能完成建設(shè)，且建成后的改造難度較高。因此業(yè)主在進(jìn)行數(shù)據(jù)中心建設(shè)時(shí)，要對(duì)市場(chǎng)需求、機(jī)電技術(shù)以及目標(biāo)客戶等內(nèi)容進(jìn)行綜合性考慮，保障數(shù)據(jù)中心的可用性和高效安全地運(yùn)營(yíng)。另一方面，還要考慮數(shù)據(jù)中心的靈活性，以便更好地應(yīng)對(duì)多元化的業(yè)務(wù)需求和市場(chǎng)不確定因素。為了應(yīng)對(duì)上述問題，數(shù)據(jù)中心機(jī)房樓應(yīng)該采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，貫徹統(tǒng)一規(guī)劃、分布實(shí)施的策略。

標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)中心機(jī)房樓應(yīng)該采用整體設(shè)計(jì)理念，通過合理、緊湊的布局提高裝機(jī)效率，這樣既能有效地降低建造時(shí)間，還為維護(hù)管理提供了便利，有效控制了機(jī)房樓的建造成本。而分布實(shí)施策略則是一種成長(zhǎng)和投資同步進(jìn)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(chǎn)折舊造成的損失，降低市場(chǎng)因素的負(fù)面影響。未來(lái)，分期建設(shè)將成為大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的主要方式，需要注意的是，在分期建設(shè)的過程中應(yīng)該協(xié)調(diào)好地塊和整體規(guī)劃之間的關(guān)系，避免后期建設(shè)對(duì)前期建成的設(shè)施造成破壞。

其二，數(shù)據(jù)中心機(jī)房的柱網(wǎng)、層高以及荷載。在對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，一方面要考慮到相關(guān)設(shè)備擺放、管路管線布設(shè)的空間要求，另一方面還要為IT工藝的實(shí)施和配套設(shè)施的安置提供空間。因此，必須結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備的情況對(duì)建筑的柱網(wǎng)、層高以及荷載等參數(shù)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上預(yù)留出一定的余量，方便未來(lái)的改造活動(dòng)。首先，可以適當(dāng)加大柱網(wǎng)尺寸，這樣不僅可以對(duì)機(jī)架的排列進(jìn)行優(yōu)化，還能避免機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備因柱子的影響出現(xiàn)無(wú)法運(yùn)行的情況。在設(shè)置機(jī)房層高時(shí)，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(gòu)件等部位的高度。當(dāng)前階段，微模塊化設(shè)計(jì)逐漸興起，這種模式將機(jī)柜、供配電、布線設(shè)計(jì)等眾多單獨(dú)的運(yùn)行單元融為一體。該設(shè)計(jì)模式因建設(shè)高效化和標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)勢(shì)逐漸得到了廣泛應(yīng)用。為了適應(yīng)這一趨勢(shì)，數(shù)據(jù)中心機(jī)房的層高較以往出現(xiàn)了一定程度的增加。

2.4 空調(diào)系統(tǒng)

近些年來(lái)，通信機(jī)房的風(fēng)冷精密空調(diào)逐漸被運(yùn)行能耗更低的冷凍水系統(tǒng)取代?；诩寄芸紤]，當(dāng)前階段，在數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)的過程中，自然冷卻技術(shù)因其應(yīng)用范圍廣、節(jié)能效果好、運(yùn)行穩(wěn)定性高以及環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)中得到了有效應(yīng)用。自然冷卻分為水側(cè)自然冷卻和風(fēng)側(cè)自然冷卻兩種類型，前者在我國(guó)的應(yīng)用更多。目前，水側(cè)自然冷卻已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心的主流空調(diào)系統(tǒng)，且在節(jié)能方面發(fā)揮出了不俗的效用。

相較于水側(cè)自然冷卻系統(tǒng)，自然新風(fēng)冷卻系統(tǒng)省略了能量的轉(zhuǎn)換和傳遞這一環(huán)節(jié)，因此節(jié)能性能更加強(qiáng)大。因此，自然新風(fēng)冷卻系統(tǒng)也已經(jīng)成為我國(guó)數(shù)據(jù)中心發(fā)展的選擇之一，但是風(fēng)側(cè)自然冷卻對(duì)高溫耐腐蝕服務(wù)器發(fā)展的要求較高，且需要考慮環(huán)境因素。

利用數(shù)據(jù)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(fèi)制冷方式之一，設(shè)置集中冷凍水空調(diào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，結(jié)合其所在區(qū)域的熱源情況、供熱需求對(duì)機(jī)房的余熱回收裝置進(jìn)行設(shè)置，如此一來(lái)能夠有效提高能源的利用效率。

由此可見，數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢(shì)在很大程度上影響著制冷空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展方向。因此，空調(diào)系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化、自然冷源的合理利用、冷卻系統(tǒng)的靈活拓展、高密度制冷技術(shù)，將會(huì)成為數(shù)據(jù)中心空調(diào)發(fā)展的主要趨勢(shì)。

2.5 電源系統(tǒng)

目前，在數(shù)據(jù)中心機(jī)房電源系統(tǒng)選用方面，低成本和低耗能成為兩個(gè)十分重要的因素。在發(fā)電機(jī)組的選用上，電壓等級(jí)是必須考慮的一個(gè)方面，對(duì)此，應(yīng)該結(jié)合機(jī)房供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行電壓以及機(jī)房供電系統(tǒng)的容量進(jìn)行綜合衡量，在此基礎(chǔ)上決定選擇高壓發(fā)電機(jī)組或是低壓發(fā)電機(jī)組。高壓和低壓發(fā)電機(jī)組各有其優(yōu)勢(shì)，以10 kV高壓發(fā)電機(jī)組為例，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：首先，該發(fā)電機(jī)組可以集中設(shè)置，且不需要設(shè)置在距離負(fù)荷中心較近的位置，因此在遠(yuǎn)距離輸配電中應(yīng)用廣泛。其次，可以根據(jù)機(jī)房的實(shí)際用電負(fù)荷對(duì)發(fā)電機(jī)組的數(shù)量進(jìn)行合理設(shè)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(fèi)，符合低成本、低耗能這兩項(xiàng)要求。最后，可以采用多臺(tái)并機(jī)的方式提高系統(tǒng)的容量，以應(yīng)付負(fù)荷變化產(chǎn)生的沖擊。由于大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房的用電負(fù)荷較大，因此多選用10 kV高壓發(fā)電機(jī)組。

2.6 智能化管理

我國(guó)數(shù)據(jù)中心建設(shè)數(shù)量和規(guī)模都呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢(shì)，但是其利用效率卻普遍不高，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的主要原因是由于機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施管理缺乏統(tǒng)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(xiàn)階段數(shù)據(jù)中心管理人員需要研究的重要課題。

數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)應(yīng)用的目的就是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施的一體化管理，為基礎(chǔ)設(shè)施的動(dòng)態(tài)優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。該系統(tǒng)主要是通過硬件設(shè)施收集相關(guān)數(shù)據(jù)，促進(jìn)機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施的智能管理，完美地實(shí)現(xiàn)成本控制、集中監(jiān)控以及容量規(guī)劃等目標(biāo)。此外，通過數(shù)據(jù)中心的監(jiān)控系統(tǒng)可以有效掌控各類設(shè)施的運(yùn)行情況，一旦出現(xiàn)問題，會(huì)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息。

構(gòu)建智能化管理系統(tǒng)能夠幫助數(shù)據(jù)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(chǔ)。同時(shí)維護(hù)人員可以通過遠(yuǎn)程接入的方式開展運(yùn)維工作，從而不斷提高效率和降低成本。

3 結(jié) 語(yǔ)

在數(shù)據(jù)中心機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，必須結(jié)合實(shí)際需求做好規(guī)劃設(shè)計(jì)。同時(shí)要保障基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的安全性和可靠性，落實(shí)節(jié)能環(huán)保理念，從而不斷節(jié)省建設(shè)成本，降低運(yùn)維管理難度。

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