“雙碳”背景下小型數(shù)據(jù)中心建設(shè)探討

蔣文泰 溫連平 贛州市公安局 贛州市 341000

向兵 何 鵬 華為技術(shù)有限公司 南昌市 330046

0 引言

從本世紀(jì)初開始，IT設(shè)備逐漸小型化，所有設(shè)備都進(jìn)入機(jī)架，各個(gè)組織（如各級公安機(jī)關(guān)、醫(yī)院、學(xué)校、商業(yè)銀行、企事業(yè)單位等）在信息化的浪潮中，逐漸構(gòu)建自己的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，從幾十個(gè)機(jī)柜到數(shù)百個(gè)機(jī)柜的小型數(shù)據(jù)中心應(yīng)運(yùn)而生。這些數(shù)據(jù)中心建設(shè)使用的過程中，由于種種原因，能效低，設(shè)備利用效率低，單個(gè)數(shù)據(jù)中心的影響較小，但這種小型數(shù)據(jù)中心的數(shù)量非常多，這樣也會造成較大的資源浪費(fèi)。隨著我國“碳中和”戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，這種小型數(shù)據(jù)中心的新建或改造應(yīng)該朝著提高能效、提高設(shè)備利用率的方向努力，為我國的“碳中和”目標(biāo)貢獻(xiàn)一份力量。

1 當(dāng)前現(xiàn)狀

當(dāng)前，中大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)需要得到有關(guān)部門的批準(zhǔn)，相關(guān)指標(biāo)必須要達(dá)到要求，才能啟動建設(shè)。然而，許多單位小型的數(shù)據(jù)中心就沒有那么嚴(yán)格了，本單位有需求，通過招標(biāo)，完成自己的建設(shè)，再構(gòu)建滿足自身業(yè)務(wù)需求的應(yīng)用系統(tǒng)，因此數(shù)以千計(jì)的小型數(shù)據(jù)中心在全國各個(gè)單位拔地而起。從筆者在江西省眾多單位的了解來看，小型數(shù)據(jù)中心采用“房間級空調(diào)+密閉通道”的建設(shè)方式較多，這種建設(shè)方式的小型數(shù)據(jù)中心普遍存在如下問題：①功率密度低，受限于房間級制冷，IT機(jī)柜的利用率只有40%，其功率密度無法升級；②房間級空調(diào)遠(yuǎn)端制冷，要求送風(fēng)溫度、回風(fēng)溫度較低，送回風(fēng)距離長，空調(diào)風(fēng)機(jī)功率大耗能高，節(jié)能較差，其PUE通常都大于1.8，能效低；③T設(shè)備如服務(wù)器、存儲設(shè)備的利用率低，存在大量的算力、存儲等資源的浪費(fèi)；④I應(yīng)用系統(tǒng)缺少系統(tǒng)規(guī)劃，需要什么應(yīng)用系統(tǒng)，通過招標(biāo)采購建設(shè)，導(dǎo)致存在大量的應(yīng)用系統(tǒng)，這些應(yīng)用系統(tǒng)形成了大量的數(shù)據(jù)孤島，應(yīng)用系統(tǒng)的使用情況也不清楚，加劇了數(shù)據(jù)中心的維護(hù)難度。

2 小型數(shù)據(jù)中心新建/改造的幾點(diǎn)建議

2.1 經(jīng)過充分合理的規(guī)劃開始建設(shè)

很多單位的小型數(shù)據(jù)中心建設(shè)，大多根據(jù)當(dāng)前的需求建設(shè)，匆匆上馬，未充分考慮5年或更長時(shí)間以后的規(guī)劃，只解決當(dāng)前或近期的問題，未充分考慮到本單位信息系統(tǒng)后續(xù)的可持續(xù)發(fā)展，因此在很多單位就出現(xiàn)了多個(gè)小型數(shù)據(jù)中心，在這些數(shù)據(jù)中心里構(gòu)建了許多業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)間彼此孤立，數(shù)據(jù)不互通，形成了許多信息化“煙囪”，由于這種沒有前瞻性的建設(shè)，導(dǎo)致大量的能源、設(shè)備資源、建筑空間的浪費(fèi)。

每個(gè)單位信息化進(jìn)行到一定階段，需要往深層次發(fā)展，其中最大的障礙是數(shù)據(jù)交換與治理、信息共享、業(yè)務(wù)協(xié)同和應(yīng)用集成等方面的問題。要把現(xiàn)實(shí)的業(yè)務(wù)過程映射到數(shù)字世界，需要分析現(xiàn)在和將來我們的信息系統(tǒng)需要支撐哪些業(yè)務(wù)，每個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)能夠?yàn)槲覀兲峁┦裁礃拥姆?wù)。在信息架構(gòu)方面，需重點(diǎn)梳理一些模型關(guān)系，如業(yè)務(wù)之間的關(guān)系、業(yè)務(wù)和應(yīng)用之間的關(guān)系、業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。在技術(shù)架構(gòu)方面，應(yīng)從全局的角度看一個(gè)系統(tǒng)，分析由哪些部分組成，會面臨哪些軟硬件技術(shù)方面的挑戰(zhàn)。經(jīng)過業(yè)務(wù)、應(yīng)用、信息、技術(shù)等架構(gòu)充分的規(guī)劃，才能使小型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)變得更加節(jié)能，設(shè)備的利用效率更高。

2.2 采用模塊化機(jī)房構(gòu)建數(shù)據(jù)中心物理底座

當(dāng)前，小型數(shù)據(jù)中心機(jī)房主要采用“房間級空調(diào)+密閉通道”的建設(shè)方式，這種建設(shè)方式前期投入成本較低，能效相對較高，對機(jī)房的空間利用率低，對建筑物的要求較高，適應(yīng)性差；采用“行級空調(diào)+密閉通道”（模塊化機(jī)房）的建設(shè)方式，可帶來較多的收益，具體表現(xiàn)在：

（1）模塊化數(shù)據(jù)中心對機(jī)房建筑的要求更低，適應(yīng)性更強(qiáng)，因其設(shè)計(jì)布局更合理，機(jī)房空間利用率更高；

（2）模塊化精確制冷可以支持高密需求，支持的機(jī)柜功率密度更高，功率密度可以通過添加行級空調(diào)實(shí)現(xiàn)支持功率密度升級，并且不會影響已有的其他模塊，擴(kuò)展更靈活；

（3）單個(gè)機(jī)柜的利用率更高，機(jī)柜的空間可以做到100%利用，而傳統(tǒng)機(jī)柜只能用到40%的空間，一個(gè)微模塊的IT機(jī)柜充分利用相當(dāng)于傳統(tǒng)的2個(gè)以上機(jī)柜使用；

（4）可節(jié)約初期投資，按需分期建設(shè)投資更有優(yōu)勢，而整體投資高于傳統(tǒng)模式5%-10%，但模塊化機(jī)房更加節(jié)能，維護(hù)更簡便，整個(gè)生命周期內(nèi)總體TCO比傳統(tǒng)機(jī)房低。

2.3 把云計(jì)算技術(shù)運(yùn)用到小型數(shù)據(jù)中心

從筆者在江西眾多單位的調(diào)查來看，區(qū)縣級單位的數(shù)據(jù)中心的規(guī)模為數(shù)十個(gè)機(jī)柜，市一級單位的數(shù)據(jù)中心規(guī)模從數(shù)十個(gè)機(jī)柜至一百余個(gè)機(jī)柜不等。本單位的各部門根據(jù)自己的業(yè)務(wù)情況，構(gòu)建了滿足自己部門業(yè)務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng)，使數(shù)據(jù)成為部門主導(dǎo)下的信息化“煙囪”。在這種情況下，設(shè)備使用率變低，從調(diào)研來看，大多數(shù)服務(wù)器的算力利用率不足10%；由于信息化“煙囪”的存在，導(dǎo)致很多數(shù)據(jù)重復(fù)存儲，浪費(fèi)了大量的存儲資源。

從當(dāng)前計(jì)算技術(shù)的發(fā)展來看，云計(jì)算技術(shù)在這種小型數(shù)據(jù)中心同樣可以大放異彩，通過云計(jì)算技術(shù)，使得計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)資源池化，形成統(tǒng)一的計(jì)算資源池、存儲資源池、網(wǎng)絡(luò)資源池。用云計(jì)算技術(shù)的服務(wù)化能力，讓業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)按需使用計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)資源，大幅度提高基礎(chǔ)資源的利用率。云計(jì)算平臺一般都帶有運(yùn)維系統(tǒng)，使得納入云內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)可視，大幅度提高運(yùn)維效率，降低運(yùn)維成本。從目前的實(shí)踐來看，算力利用率可提升至70%以上；存儲資源通過重刪壓縮、ThinLUN等技術(shù)使其利用率提升40%以上；設(shè)備故障排除時(shí)間減少60%以上。通過云計(jì)算技術(shù)，使得計(jì)算、存儲等基礎(chǔ)資源的能力得到充分的發(fā)揮，從而減少設(shè)備的采購，達(dá)到節(jié)約電能、提升能效的目的。

2.4 高密設(shè)備的使用節(jié)省機(jī)柜空間，降低能耗

隨著業(yè)務(wù)規(guī)劃的持續(xù)增長，數(shù)據(jù)中心主要是通過增加機(jī)房空間以增加服務(wù)器、存儲等設(shè)備來提供更多的算力資源、存儲資源。由于前期未做充分規(guī)劃，很多時(shí)候把辦公室改為機(jī)房，由于辦公室滿足不了機(jī)房的建設(shè)，還需要對辦公室進(jìn)行加固、整改，浪費(fèi)資金。

從筆者走訪的區(qū)域來看，基本都采用密度較低的設(shè)備，如在雪亮工程建設(shè)中，需要大量的存儲來存視頻，也需要具備算力強(qiáng)大的服務(wù)器來解析視頻，然而，項(xiàng)目中使用的存儲設(shè)備的存儲密度一般不高于60TB/U，而當(dāng)前業(yè)界的存儲設(shè)備密度已經(jīng)超過了150TB/U，而設(shè)備能耗降低30%。同樣，用于虛擬化的物理服務(wù)器采用算力更高、內(nèi)存更大的服務(wù)器，如四路服務(wù)器，這樣在相同的機(jī)柜空間中，可提供更多的虛擬機(jī)。如果采用這種高密設(shè)備，可大幅度減少機(jī)房的使用空間，從而在相同的機(jī)房空間可以安裝更多的IT設(shè)備，部署更多的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。采用高密設(shè)備建設(shè)數(shù)據(jù)中心成為提升數(shù)據(jù)中心算力水平、存儲水平的重要舉措，能夠進(jìn)一步增加數(shù)據(jù)中心每平方米的計(jì)算能力、存儲能力，更好地滿足日益增長的業(yè)務(wù)需求下的計(jì)算與存儲需求。相比原來的建設(shè)方式，可大幅提升機(jī)房空間的利用效率、降低整體功耗。

2.5 儲能及光伏技術(shù)的使用提升綠色水平

不管是什么類型的數(shù)據(jù)中心，電力成本占據(jù)了后期運(yùn)行成本的60%以上，盡管各個(gè)廠商提供了眾多的節(jié)能優(yōu)化的技術(shù)，提升了數(shù)據(jù)中心能源的利用效率，但電力成本仍然是數(shù)據(jù)中心TCO中占比最大的。目前，為了提升電網(wǎng)電力使用水平，電力公司提供了波峰及波谷電價(jià)，確保電力資源可得到充分的利用；而小型數(shù)據(jù)中心一般都是與單位大樓使用同一電源，存在波峰和波谷電價(jià)，這樣可利用儲能技術(shù)在波谷時(shí)存儲電力資源，在波峰時(shí)使用存儲的電力資源，從而降低數(shù)據(jù)中心的電力使用成本。

除了儲能技術(shù)外，光伏（新能源）也可以為數(shù)據(jù)中心提供電力資源，但其電力的供給很容易受到自然條件的影響，進(jìn)而影響供電連續(xù)性，而儲能技術(shù)與光伏（新能源）的融合能有效提升供電的連續(xù)性、穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的能源結(jié)構(gòu)改變，在“碳中和”背景下，可有效提升數(shù)據(jù)中心的綠色低碳水平。

以光伏為例，某單位大樓為平頂，面積為1000平方米，組件支架安裝，折算后，1平方米的樓頂?shù)墓β蕿?00瓦，在江西區(qū)域，有效日照時(shí)長為1000小時(shí)/年，此屋頂光伏每年可發(fā)電10萬kWh，可供一個(gè)100kW的機(jī)房滿負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行42天，而實(shí)際滿負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)間很少，提供的電力運(yùn)行的時(shí)間更長。

3 結(jié)束語

長期以來，小型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)由于種種原因，導(dǎo)致能效低、設(shè)備利用率低；筆者在多個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)中，發(fā)現(xiàn)了這些問題，并不斷地在小型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)過程中努力改變原有低能效的建設(shè)方式。在建設(shè)前多方一起研討、規(guī)劃，制定合理的建設(shè)方案，以模塊化機(jī)房為數(shù)據(jù)中心的底座，以云計(jì)算技術(shù)為依托，盡量選擇單位空間算力、存儲密度高的設(shè)備，不斷提升數(shù)據(jù)中心的能效、空間利用率，為我國的“雙碳”目標(biāo)盡綿薄之力。