數(shù)據(jù)中心模塊化構(gòu)建思路分析

李云飛

（中國電信股份有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518048）

現(xiàn)階段，很多行業(yè)對數(shù)據(jù)中心的需求大幅增加，數(shù)據(jù)中心建設(shè)模式也出現(xiàn)明顯的變化，為了保證建設(shè)工作順利展開，模塊化構(gòu)建思路應運而生。而要保證數(shù)據(jù)中心建設(shè)效果更為理想，必須對其展開全面分析，并對投資、環(huán)保等方面進行重點關(guān)注，了解存在的優(yōu)點與不足，并將適用場景予以明確。

1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心面臨的主要問題

（1）空調(diào)系統(tǒng)。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)一般采用地板下送風方案，為了保證機柜能夠正常發(fā)揮作用，應該要確保冷熱通道擺放合理，如此可以保證氣流路徑更加合理，循環(huán)效果更為理想。此種方案的優(yōu)勢是明顯的，資金投入不大，而且噪音控制效果更為理想，并可保證美觀性有大幅提升。但是，單機柜發(fā)熱量持續(xù)增加之后，若想保證出風量能夠切實提高，一定要對地板下靜壓予以提升，而要達成這個目的，地板高度則要適當抬升?？諝獗揪途哂叙ざ?，氣流大幅增加之后則會導致氣流紊流的幾何性變得較大，而這會導致送風效率明顯降低。

（2）UPS。機房剛剛建成后，系統(tǒng)容量配置如果未能控制到位，出現(xiàn)低載運行情況的話，UPS效率就會降低很多[1]。當然，UPS配置容量相對較小，那么實際的業(yè)務(wù)需求就難以得到滿足，后期擴容難度較大。在現(xiàn)階段，IT需求呈現(xiàn)出大幅增加的趨勢，這就使得數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)加速發(fā)展，然而也呈現(xiàn)出不確定特征，尤其是UPS建設(shè)呈現(xiàn)出重復性，資金投入明顯增加。對UPS房以及電池房進行單獨建設(shè)時，空調(diào)制冷也是不可缺少的，如此就會使得投資大幅增加。因此，在進行UPS建設(shè)時應該將模塊化作為主要的發(fā)展方向，如此可以使得問題真正得到解決。市場中現(xiàn)有的模塊化UPS能夠?qū)崿F(xiàn)擴容目的，而且在低負載率狀態(tài)之下也可使得節(jié)能目標切實達成。

（3）機柜系統(tǒng)。機柜系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計重視承重、供電等方面的性能，而通孔率、線纜管理、能耗管理等方面并未得到重視。為了保證制冷效率有明顯提高，通孔率是不可忽視的，應該確保氣流不會受到阻礙，這樣可以使得散熱效果達到預期效果。此外，機柜接地也是不可忽視的，因為機房散發(fā)的熱量非常大，與服務(wù)器距離較近的機柜區(qū)域更是長時間處于高溫中，而且濕度較低，就會產(chǎn)生靜電電壓，如果接地不合理，就會發(fā)生靜電危險，所以要將接地線纜、接地銅排配置到位[2]。規(guī)模不大的數(shù)據(jù)中心并不會設(shè)置監(jiān)控設(shè)備，若想保證機柜供電管理能夠真正達成，要將智能PDU的作用充分發(fā)揮出來。機柜當中的全部配電均要納入監(jiān)控范圍，應該對機柜負載分配是否平衡有清晰的認知，同時保證設(shè)備能夠真正實現(xiàn)遠程管控。機柜必須要具有良好的兼容性，這就要求廠商對數(shù)據(jù)中心有全面的認知，如此方可完成系統(tǒng)設(shè)計工作，產(chǎn)品的兼容性能夠切實提高。

2 數(shù)據(jù)中心模塊化構(gòu)建思路

2.1 設(shè)備層面的模塊化

從電源設(shè)備角度來說，采用模塊化UPS的解決方案，可以對整流、濾波、逆變器等予以摒棄，只需要功率模塊就能夠完全代替，通過模塊化設(shè)計能夠保證柜內(nèi)冗余得以實現(xiàn)，UPS設(shè)備可靠性會有明顯提升，而且系統(tǒng)投資也會有明顯降低[3]。傳統(tǒng)的UPS大容量單機，若要實現(xiàn)設(shè)計的N+1冗余，需要至少配置1套同等容量的大容量單機才能實現(xiàn)，模塊化解決方案則是將容量顆粒度做小，在配置冗余容量時也可以做小，再加上機房實際上架設(shè)備負荷的時候有個逐漸增加的過程，這樣可以有效體現(xiàn)出模塊化解決方案按需靈活配置的優(yōu)勢。當設(shè)備尺寸完全相同時，占用面積會切實減少，減少幅度可達50%。在系統(tǒng)剛剛建成時，業(yè)務(wù)量并不高，而傳統(tǒng)UPS的負載率也顯得較為低下，通過采用模塊化UPS則能夠確保配置更為靈活。當負載增加之后，解決方式就是對模塊予以適當擴充。對模塊化UPS設(shè)備予以分析可知，控制模塊、旁路模塊均能夠做到熱插拔，因而對模塊進行更換是較為簡單的，所需時間也不長。當設(shè)備發(fā)生故障時，很快就能排除，設(shè)備維護更為便捷。另外一種模塊化方式是DPS，此種供電方式呈現(xiàn)出分散特征，如果發(fā)生故障，一臺DPS只能夠?qū)蝹€機架產(chǎn)生影響，和集中供電UPS進行比較可知，可以保證故障范圍得到有效控制，系統(tǒng)具有的可靠性也會大幅提升。DPS多為鋰電池，其在綠色環(huán)保方面具有明顯的優(yōu)勢，體積并不大，質(zhì)量較輕，而且可采用分散安裝方式，因而不會對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。在對DPS進行安裝時，只需要機架中的部分空間，這樣就可保證預留空間滿足需要[4]。此外，并不需要專門為DPS提供電力電池室，如此就可保證空間得到更為充分的利用。

2.2 機架層面的模塊化

在現(xiàn)階段，國內(nèi)不少的廠商對“微模塊”產(chǎn)品的重視程度提高很多。“微模塊”基本單位是一個機架，也可以是多個機架，能夠?qū)⒅评?、供配電、網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控、消防等予以整合，具有的功能和小型機房相同。所有的微模塊均保持獨立運行狀態(tài)，相互間并不會產(chǎn)生干擾。在工廠中就可完成組件的預制工作，運輸?shù)浆F(xiàn)場就能夠快速完成搭建工作。此種設(shè)計方式能夠?qū)?shù)據(jù)中心建設(shè)起到促進作用，只要土建機構(gòu)能夠滿足實際需要，依據(jù)容量需求就可對微模塊進行合理搭建。這里需要指出的是，在對微模塊進行配置的過程中，必須要依據(jù)實際需要來完成配置工作。無論數(shù)據(jù)中心是何種規(guī)模，利用微模塊均可在短時間內(nèi)完成部署工作，而且它同時對監(jiān)控、安防、設(shè)備管控等予以整合，使運維的智能化水平會有大幅提升。從當下的數(shù)據(jù)中心建設(shè)來看，微模塊理念得到普遍應用，而且產(chǎn)品也呈現(xiàn)出多樣性。但是建設(shè)標準、接口并沒有統(tǒng)一起來，而且不同廠家選擇的工藝結(jié)構(gòu)也是存在差異的，所以在建設(shè)時只能夠采用固定廠家提供的軟件、硬件。微模塊技術(shù)的發(fā)展速度較快，將來必能夠完全取代傳統(tǒng)建設(shè)模式，并可保證數(shù)據(jù)中心的功能真正發(fā)揮出來。

2.3 機房層面的模塊化

要將微模塊的基礎(chǔ)作用充分發(fā)揮出來，須保證土建工程的施工質(zhì)量，如此方可使得機房真正實現(xiàn)模塊化。比方說，“集裝箱”數(shù)據(jù)中心并不需要機房、土地，靈活性會有大幅提高，而且能夠在短時間內(nèi)實現(xiàn)交付目的。目前在高校、銀行等場景運用較多，如華為在巴西麥肯錫大學的“集裝箱”數(shù)據(jù)中心項目，僅用4個月就完成了L1層建設(shè)和部署，PUE（電源使用效率）值達到1.55，與原有數(shù)據(jù)中心相比，降低了30%的總能耗[5]。“集裝箱”數(shù)據(jù)中心的缺點是，空間小且容易闖入，安全性、耐用性差，但是針對中、小型企業(yè)無機房的情況和臨時性、應急性數(shù)據(jù)中心的需求，有著明顯的優(yōu)勢。隨著越來越多的企業(yè)加快數(shù)字化進程，邊緣數(shù)據(jù)中心逐漸興起，“集裝箱”數(shù)據(jù)中心將得到越來越廣泛的使用。

3 模塊化數(shù)據(jù)中心實施的關(guān)鍵技術(shù)

模塊化數(shù)據(jù)中心由不間斷電源系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、遠程檢測系統(tǒng)以及機架共同組成，選擇合適的接口來組合各個模塊，如此就可建成數(shù)據(jù)中心。對于電信運營商、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)來說，可從實際需要出發(fā)來完成數(shù)據(jù)中心的建設(shè)工作，而且當業(yè)務(wù)規(guī)模擴大之后，也可對數(shù)據(jù)中心進行擴張，這樣就可保證IT需求能夠真正得到滿足，企業(yè)擁有的計算能力也會大幅增強。想要保證模塊化數(shù)據(jù)中心能夠順利建成，下面幾點必須做到位。

（1）統(tǒng)一的基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計。在對模塊化數(shù)據(jù)中心進行建設(shè)時出現(xiàn)的問題是較多的，比方說，部件尺寸不符合要求，供配電無法滿足實際需要，走線孔數(shù)量不足等，若想保證這些問題能夠切實解決，必須要選擇擁有資質(zhì)的供應商，確保開發(fā)、銷售、安裝、調(diào)試、服務(wù)等方面能夠真正統(tǒng)一起來，同時要制定出切實可行的解決方案，如此方可使得基礎(chǔ)架構(gòu)順利建成，確保數(shù)據(jù)中心能夠發(fā)揮出作用。

（2）封閉冷通道。通過封閉冷通道能夠使得氣流組織效果更為理想，無謂制冷可以得到有效控制，制冷壓力會明顯降低，而且冷風、熱風相互交叉的現(xiàn)象也可切實避免，這樣一來，空調(diào)回風就會出現(xiàn)溫度增加的情況，蒸發(fā)器溫度也會有明顯提升，如此就可保證制冷的整體效率。從測試所得結(jié)果來看，通過此種方式可以使得機房的電量損耗有明顯降低。從表面來看，封閉冷通道的技術(shù)要求并不是很高，然而實際情況并非如此，采用的工藝必須達到要求，而且要對細節(jié)處理加以重視，選擇的材料在強度、隔熱性等方面應該要具有優(yōu)勢，除此以外，走線孔設(shè)計質(zhì)量要大幅提升，而且縫隙應具有良好的保密性。

（3）定制化的電池機架。對電池機架的選用應該慎重，也就是將使用的UPS作為基礎(chǔ)，采用定制化方式，除了要保證外觀更為協(xié)調(diào)，具有的承重能力也應該適當增加，并要保證安裝、維護不會受到任何影響，如此方可使得模塊化安裝順利完成，對電池的監(jiān)控切實到位。

（4）模塊化UPS。對模塊化UPS進行安裝時應該要對功率單模塊加以重視，依據(jù)負載的實際情況來對熱插拔予以適當增減，占用空間也要切實減少，如此就可使得占地面積控制在合理的范圍內(nèi)，而且空調(diào)能耗可以控制在合理的范圍內(nèi)。

（5）環(huán)境控制系統(tǒng)。為了保證數(shù)據(jù)中心環(huán)境是最為合適的，利用精密空調(diào)就能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)目的，如此一來，服務(wù)器就可保持穩(wěn)定的運行狀態(tài)。這里需要指出的是，IT設(shè)備發(fā)熱量較大，選用的機柜應該具有高通孔率，如此可以保證出風量大幅提升。機柜布置可以采用面對面或是背對背方式，確保冷熱隔離風道切實形成，這是保證制冷效率的可行途徑。有些場合存在功率密度過高的情況，局部熱點無法避免，如果處理不當，故障發(fā)生率就會增加。若想使得局部熱點能夠順利消除，應該要制定出可行的解決方案，比方說，可適當增加制冷終端，這樣可以使得局部制冷順利實現(xiàn)。

（6）智能監(jiān)控系統(tǒng)。若想使得機房保持安全的運行狀態(tài)，應該要將監(jiān)控系統(tǒng)的作用充分發(fā)揮出來，確保配電、安防以及消防等設(shè)備均處于監(jiān)管之中，同時能夠及時完成數(shù)據(jù)采集、分析等工作，如此就可使得自動控制目的順利達成。眾所周知，機房中的一些模塊需要加強控制，若想保證達到預期效果，需要對智能控制以及電能分析等予以重點關(guān)注。除此以外，要對數(shù)據(jù)中心建設(shè)呈現(xiàn)出的特點有清晰的認知，在此基礎(chǔ)上制定出行之有效的監(jiān)控系統(tǒng)方案，同時應保證各個模塊可以保持獨立運行，相互間不會產(chǎn)生影響。

4 推廣模塊化數(shù)據(jù)中心的舉措與建議

（1）產(chǎn)品的標準化和系列化。企業(yè)面對日益加大的競爭壓力，若想保證自身的發(fā)展更為穩(wěn)健，必須要對管理、生產(chǎn)、建設(shè)等加以關(guān)注，確保符合既定的標準。從傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的分析可知，其對設(shè)計、施工過于依賴，而且最終效果也和預期不相符，尤其是將來難以實現(xiàn)擴容。若想改變此種情況，必須要加強模塊化數(shù)據(jù)中心的建設(shè)工作，標準應該統(tǒng)一、完善，同時要確保產(chǎn)品能夠滿足實際需要，此時要對客戶需求以及建筑空間等加以關(guān)注，并提出可行的建設(shè)方案，這樣方可使得數(shù)據(jù)中心更加的可靠，維護也更為便捷，并可將能源消耗控制在合理的范圍內(nèi)。

（2）設(shè)計的前瞻性和可復制性。在對模塊化數(shù)據(jù)中心進行設(shè)計時，前瞻性是必須要加以關(guān)注的，就是要對數(shù)據(jù)中心將來發(fā)展過程中可能產(chǎn)生的影響因素進行全面考慮，機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等均要納入其中，如此方可使得運營管理更具可控性。而要使分批建設(shè)能夠真正實現(xiàn)，采用的設(shè)計方案必須要具有可復制特征，采購、安裝、維護等流程均要能夠直接復制，如此可以保證初期投資大幅減少，后續(xù)運營管理也可順利展開。

（3）運行的安全性及高效化。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)采用靜壓箱設(shè)計，氣流循環(huán)路徑長達幾十米，氣流阻力很大，風機能耗浪費嚴重，需要額外冷卻整個數(shù)據(jù)中心的空氣，能量浪費嚴重。后期擴容時，由于后期增加的空調(diào)改變了整個靜壓箱的氣流、冷量等參數(shù)，從而會直接影響數(shù)據(jù)中心的制冷效果，反而會起到反作用。

5 結(jié)束語

模塊化的構(gòu)建思路，使得數(shù)據(jù)中心的建設(shè)變得標準化、產(chǎn)品化、工業(yè)化、預置化，滿足快速部署、隨需部署、降低建設(shè)成本和維護成本等數(shù)據(jù)中心的建設(shè)要求，是未來全球數(shù)據(jù)中心發(fā)展的必然方向。