綠色數(shù)據(jù)中心發(fā)展趨勢分析

喬卿丞

（新疆油田公司數(shù)據(jù)公司，新疆 克拉瑪依 834000）

0 引言

不管是個人數(shù)字信息、企業(yè)數(shù)據(jù)還是國家層面的安全數(shù)據(jù)，都需要數(shù)據(jù)中心這一基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行連接與計算。當(dāng)前，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、5G 移動通信等信息技術(shù)的出現(xiàn)，促使數(shù)據(jù)中心的需求較之前有明顯增加。研究發(fā)現(xiàn)，全球數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的市場規(guī)模在2013 年為284.4 億美元，經(jīng)過幾年的發(fā)展其規(guī)模獲得大幅度增長，在2018 年就已經(jīng)達(dá)到626.3 億美元，其中我國從262.5 億元增長到1 210.4 億元［1］。數(shù)據(jù)中心的發(fā)展給整個社會帶來翻天覆地的變化，為此，人們需結(jié)合時代發(fā)展潮流，更好地分析問題，并在時代發(fā)展中明確方向，抓住機(jī)遇，更好地迎接各種技術(shù)性的挑戰(zhàn)與難題。

1 數(shù)據(jù)中心的變化

1.1 單機(jī)柜功率密度高密化

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心技術(shù)水平不高，初期建設(shè)規(guī)劃時不能充分考慮冗余度，單機(jī)柜功率密度控制在1～3 kW。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展、信息化時代的到來，數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)量極大增加，單機(jī)柜功率密度在新建數(shù)據(jù)中獲得大幅度的增長，已經(jīng)達(dá)到4～10 kW，甚至一些數(shù)據(jù)中心支持20～30 kW。為促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（Internet Data Center，IDC）單位面積產(chǎn)值的顯著提高，對于數(shù)據(jù)中心的技術(shù)人員而言，需要考慮的是將更多互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（Internet Technology，IT）設(shè)備放置在相同空間內(nèi)。機(jī)柜的高密度變化，相應(yīng)地會給配電、暖通專業(yè)帶來很大的挑戰(zhàn)。在改造舊機(jī)房時，需全部拆除那些舊的配電、暖通設(shè)備，由此極易造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)與運(yùn)營成本的增加［2］。

1.2 PUE 值呈明顯下降趨勢

PUE（Power Usage Effectiveness，電源使用效率）這一數(shù)值越接近1，則表示數(shù)據(jù)中心綠化程度更高，這也是當(dāng)前衡量一個中心能源效率的重要指標(biāo)。我國電源使用效率平均值在2.0～2.5 之間。鑒于國家在2010 年對數(shù)據(jù)中心并未提出任何要求，這時的PUE 值為3.0，2013 年新建中心的平均PUE 值為1.5～1.8。2018 年，北京市政府公布《北京市新增產(chǎn)業(yè)的禁止和限制目錄》，這對于建設(shè)綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心至關(guān)重要，此時PUE 值呈明顯下降趨勢。在全球能源日益緊張的情況下，為幫助數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就少不了政府的宏觀調(diào)控［3］。

1.3 建設(shè)方式的改變

數(shù)據(jù)中心中的基礎(chǔ)建設(shè)工作本質(zhì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，極具綜合性，以往在建造一棟樓宇時會配合供配電、空調(diào)、室內(nèi)裝修、柴油發(fā)電系統(tǒng)等設(shè)施，不利于后期擴(kuò)容，靈活性不足，改造成本高。當(dāng)前，比較流行的建設(shè)方式為整體規(guī)劃、分步實(shí)施，結(jié)合業(yè)務(wù)發(fā)展情況真正做到隨用隨建，從而能夠高效地開展建設(shè)工作，降低經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性貶值。

1.4 數(shù)據(jù)中心運(yùn)營管理向智能化方向發(fā)展

物理上完成一座數(shù)據(jù)中心的建設(shè)以后，并不代表它的生命周期已經(jīng)結(jié)束。其后的運(yùn)維是數(shù)據(jù)中心得以發(fā)揮功能和作用的重要保障。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心多借助人力來開展運(yùn)維管理，研究表明，技術(shù)問題在導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心故障的全部因素中僅占有很小的比例，而人為失誤大約占70%。當(dāng)前，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，在運(yùn)營管理中會應(yīng)用更多的機(jī)器人，以此可將人工操作替代下來，從而降低故障發(fā)生率［4］。

2 綠色數(shù)據(jù)中心的發(fā)展方向

2.1 小母線末端配電的廣泛應(yīng)用

由于單機(jī)柜功率密度發(fā)展趨勢漸趨高密化，在后續(xù)改造中傳統(tǒng)列頭柜短板比較明顯。比如，很難實(shí)現(xiàn)列頭柜擴(kuò)容、變更，使用過的電纜無法重復(fù)利用，缺乏靈活性。而根據(jù)機(jī)柜負(fù)載，一般可以靈活地分配小母線，如擴(kuò)容、調(diào)相等，小母線只需調(diào)整對應(yīng)插接箱即可，整體線路無須調(diào)整。再加上列頭柜通常會占用較大的空間，多個機(jī)柜都需要配備一個獨(dú)立的列頭柜，由此導(dǎo)致空間變得更加擁擠，而小母線具有一系列優(yōu)點(diǎn)，如體積緊湊、占用空間小、走線簡潔且直觀，因此將其應(yīng)用到大型數(shù)據(jù)中心可以節(jié)省很大的空間，也能夠創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。同時，小母線的使用壽命為40 年，明顯長于僅有10～15 年的列頭柜。經(jīng)綜合研究對比可知，小母線能夠更好地應(yīng)對機(jī)柜高密化的挑戰(zhàn)。當(dāng)前，小母線尚未廣泛地應(yīng)用到我國的數(shù)據(jù)中心中，這與建造成本這很大關(guān)系。隨著功率密度的提高，建造者需要充分考慮成本與運(yùn)維的邊界性，最終做出合理選擇，而數(shù)據(jù)中心最后50 m 的最佳解決方案就在于小母線［5］。

2.2 綠色節(jié)能技術(shù)及其他技術(shù)不斷發(fā)展

綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心與我國綠色、可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)相符，因此在整個行業(yè)都在為實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能而努力。近年來，盡管其在制冷、傳熱學(xué)、材料科學(xué)等方面尚未取得顯著進(jìn)展，但是PUE值明顯下降，這與一般邏輯不符，經(jīng)深入探究發(fā)現(xiàn)，其與為實(shí)現(xiàn)節(jié)能而放寬了溫濕度環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。之前數(shù)據(jù)中心所要求的溫濕度范圍相對狹窄，而機(jī)械制冷極易升高PUE 值，消耗大量能源。現(xiàn)如今，隨著環(huán)境要求的寬松，數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽匀焕鋮s，機(jī)械制冷作為補(bǔ)充，由此極大降低了非IT 設(shè)備能耗與PUE 值。同時，多家互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)也紛紛研制各種數(shù)據(jù)中心節(jié)能方案，如谷歌的海水冷卻IDC、雅虎的雞舍IDC、微軟的潛水艇IDC 以及臉書的風(fēng)墻IDC 等。綠色節(jié)能技術(shù)層出不窮并獲得廣泛應(yīng)用，而其他新技術(shù)依然處于研究階段，如高溫服務(wù)器、液冷散熱技術(shù)、余熱回收再利用等?；诖耍藗冃铚?zhǔn)確抓住歷史發(fā)展機(jī)遇，深入分析行業(yè)痛點(diǎn)，真正做到放眼于全世界，并制定切實(shí)可行的解決方案［6］。

2.3 工程建設(shè)實(shí)現(xiàn)快速部署

一些新興技術(shù)迅猛發(fā)展，如云計算、人工智能、大數(shù)據(jù)、5G移動通信等，由此極大增加了數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)需求，導(dǎo)致傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)方式無法滿足時代發(fā)展需求?；诖?，數(shù)據(jù)中心建設(shè)時可以選用模塊化、預(yù)制化、產(chǎn)品化的方式，其中模塊化數(shù)據(jù)中心所涉及的模塊比較多，且事先已經(jīng)在工廠生產(chǎn)中調(diào)試好，然后只需在現(xiàn)場安裝即可，從而能夠?qū)崿F(xiàn)快速部署并有效縮短工程時間。目前，這類建設(shè)方式深受互聯(lián)網(wǎng)巨頭的認(rèn)可，紛紛投入使用，為此，供應(yīng)商也需要適當(dāng)做出調(diào)整，這對于加快產(chǎn)品的升級換代至關(guān)重要，還需準(zhǔn)確地抓住發(fā)展節(jié)點(diǎn)。

2.4 AI 與智能DCIM 的有效應(yīng)用

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是近幾年的年度熱詞，也是不同領(lǐng)域需深入研究的重要方向，猶如20 世紀(jì)末電腦行業(yè)的興起。如何將新技術(shù)、場景深度融合起來，哪些場景能夠?qū)崿F(xiàn)人工智能、數(shù)據(jù)中心的有效結(jié)合，是建設(shè)者們重點(diǎn)考慮的問題。人工智能的一個最為顯著的優(yōu)勢就在于在某些方面能夠代替人工，避免或者降低因人為因素導(dǎo)致的故障，從單一重復(fù)性的勞動中解放人力。為此，人工智能與數(shù)據(jù)中心能夠創(chuàng)造許多場景，比如，利用安防系統(tǒng)，能夠幫助安保人員節(jié)省不必要的工作，如眼看、手摸、跑腿等，由此能夠極大提高該系統(tǒng)的智能化程度；在巡檢系統(tǒng)中利用巡檢機(jī)器來開展工作，如采集溫濕度數(shù)據(jù)、檢測可疑故障點(diǎn)等，不僅能夠高效地開展工作，且能夠進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確度；在電力自動控制系統(tǒng)中利用人工智能技術(shù)，機(jī)器可以實(shí)現(xiàn)自主判斷，及時采取甩負(fù)載措施來解決潛在的過載現(xiàn)象，以此能夠更加可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行重要負(fù)載；在數(shù)據(jù)中心中，利用智能數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理（Data Center Infrastructure Management，DCIM）能夠有效實(shí)現(xiàn)上述場景。相信在不久的將來，數(shù)據(jù)中心借助人工智能，可以真正從圖紙走向現(xiàn)實(shí)［7］。

2.5 設(shè)備布局、擴(kuò)容工作進(jìn)一步優(yōu)化

當(dāng)前，在一些地區(qū)所擬建的數(shù)據(jù)中心中，有的會對外提供托管服務(wù)（交換機(jī)、服務(wù)器）、存儲、運(yùn)維、開發(fā)服務(wù)，這些都屬于PaaS、IaaS 類型，具體在建設(shè)這類數(shù)據(jù)中心時難免會出現(xiàn)一些問題，比如，最終用戶很難確定，導(dǎo)致無法及時確定數(shù)據(jù)中心的需求；即便一些用戶能夠進(jìn)入園區(qū)，也會存在中途退出的情況。鑒于此，數(shù)據(jù)中心必須要具備一定的靈活應(yīng)變能力與具有靈活的預(yù)案，以此才能確保機(jī)房建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量達(dá)標(biāo)，滿足長期安全使用的條件，且在信道、網(wǎng)絡(luò)中需預(yù)留出足夠的變動與冗余余地；在機(jī)房不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）、空調(diào)設(shè)備位置為新設(shè)備預(yù)留出足夠的擴(kuò)充空間，或者站在整體角度制訂一系列切實(shí)可行的解決方案，從而結(jié)合實(shí)際需求做好設(shè)備布局、擴(kuò)容工作。

3 結(jié)語

當(dāng)前，隨著5G 移動通信技術(shù)的發(fā)展與不斷成熟，數(shù)字化浪潮接踵而至，數(shù)據(jù)傳輸速率較之前相比獲得顯著提升，而數(shù)據(jù)量增長速度迅猛，還會給數(shù)據(jù)中心帶來不小的壓力，能源消耗很大。當(dāng)前，為更好地緩解因數(shù)據(jù)量增長而給數(shù)據(jù)中心運(yùn)轉(zhuǎn)造成的壓力，需要加快建設(shè)數(shù)據(jù)中心，不斷降低運(yùn)維成本，積極尋找節(jié)能化、綠色化發(fā)展道路。本文對數(shù)據(jù)中心的發(fā)展與變化情況進(jìn)行分析，探索數(shù)據(jù)中心的發(fā)展方向，以期為更好地規(guī)劃建設(shè)綠色數(shù)據(jù)中心提供一定參考。