如何打造應“云”而變的微模塊數據中心
2016-06-24
信息通信技術的飛速發展，正在帶動數據中心產業升級。當前，大數據、云計算、物聯網等技術快速興起，數據中心作為信息的重要載體以及互聯網發展的重要基石，其規模日漸壯大。尤其是云計算應用在全球不斷落地，更是對數據中心的發展提出了更高的要求，綠色、節能、模塊化、集約化正在成為數據中心發展的重要方向。對于電信運營商、互聯網廠商等數據中心建設和運營者而言，如何打造面向云計算應用需要的彈性、靈活、易部署、低成本且綠色節能的數據中心成為重要課題。 數據中心是云計算的重要基礎設施。當前，伴隨著云計算、大數據的快速發展，數據中心的發展也呈現出新的趨勢。在綠色、節能水平不斷提升的同時，數據中心也正在向著集中化、大型化、專業化的方向演進。而微模塊化數據中心，憑借易部署、低成本、可預測等諸多優勢，正在受到電信運營商、互聯網廠商的青睞。目前，我國微模塊數據中心的部署量正在快速提升，如何面向云計算的發展需要，進一步推進微模塊數據中心發展，未來能夠像“搭積木”一樣簡便地建設數據中心，成為業界探索的重點。 云計算時代，微模塊數據中心優勢顯著 微模塊數據中心系統是集成化、產品化、模塊化、標準化的機柜系統，它是將傳統機房的機架、空調、消防、布線、配電、監控、照明等系統集成為一體化的綜合產品方案，具有快速、靈活、簡便、可預測等顯而易見的優點。它是以若干機架為基本單位，包含制冷模塊、供配電模塊、后備電源以及網絡、布線、監控、消防等在內的獨立的運行單元。該模塊全部組件可在工廠預制，并可方便拆卸，快速組裝，以實現系統的快速、靈活部署，這不僅可以大幅降低建設成本，而且能夠大幅縮短數據中心的建設周期。 伴隨著數據中心的發展，傳統機房的問題開始凸顯，更加集約、綠色、節能的微模塊數據中心受到青睞。一般而言，傳統數據中心存在以下問題： 1.投入大，見效慢，可擴展性差。傳統數據中心基礎設施設計容量一步到位而IT負荷逐年增加，數據中心一次性投入巨大；大量投入多年不能產生效益；更為重要的是傳統機房可擴展性差。 2.建設與業務脫節。傳統數據中心建設周期長，跟不上業務發展速度，機房建設時間少則半年，多則2年。 3.能耗高。傳統機房能耗大，能源利用率低，房間級制冷，大量無效空間浪費了冷量；冷流短路，降低了制冷效率；國內大部分數據中心的PUE值在2.6以上。 4.機房利用率低。單位建筑面積承載的計算能力有限，基礎建設投入利用率不高；機柜功率容量低，無法放置高密度服務器；傳統數據中心單機柜功率不到2kW；資產管理難，數以萬計的IT資產連盤點都是難題，更不清楚什么設備在什么位置；資產人工盤點，開銷大、效率低、易出錯。 5.IT設備空轉。經過一段時間運行的傳統數據中心存在大量幽靈（空轉）服務器，數量可達15%以上。浪費能源，浪費機房容量。 6.設備部署或變更難、設計容量浪費。一次規模部署或變更，事前花大量人力確定方案；錯誤的部署或變更有可能引發事故；非智能設備部署導致設計容量浪費。 與傳統機房相比，微模塊數據中心具有簡單、可預測、節能三大顯著特點，同時還能夠顯著降低總擁有成本（TCO），易于部署，且能夠快速響應用戶的需求。 1.簡單。模塊化結構在工廠經過預設計和調試，在現場可以簡單部署，所需要的建設規模小和復雜程度低。由于設計時預留了供配電接口、制冷接口、網絡接口等，因此可以做到即插即用，這種預生產、標準化、外觀統一便于客戶采購、部署和調試。 2.可預測。模塊化結構可以強化數據中心建設的可預測性，大大降低了數據中心建設中的風險。由于模塊化結構是預設計、預測試、預安裝的系統，預先要經過工廠驗證，預先調試到其最佳性能，因此具有很好的質量保障，而且交付期也非常短（一般為7~8周）。 3.節能。傳統數據中心的PUE值一般都在2.0以上，而模塊化數據中心的PUE值可以達到1.8以下（水冷方式則可以到1.5以下），微模塊數據中心相比傳統數據中心每年可以節約20%以上的電費。
五大關鍵系統，構建微模塊數據中心
從微模塊數據中心的整體組成上看，主要由底座、服務器機柜、電源柜、電池柜、列間空調、天窗、頂部線槽和端門等部件組成。從系統來看，可劃分為結構系統、供配電系統、制冷系統、消防系統、監控系統、綜合布線系統等子系統。 結構系統采用雙排機柜冷通道密封形式，提供1.2m寬的冷通道空間；采用若干定制機柜，單機柜提供42U安裝空間，單機柜可分別提供3kW功率支持。供配電系統采用雙路市電輸入方案，對于服務器機柜內的IT負載，提供雙UPS電源供電。制冷系統采用列間精密空調，靠近機柜設備進行制冷。消防系統主要由煙感、天窗磁力鎖和消防門禁控制箱等組成，需要依賴于數據中心機房內已有的消防系統完成消防滅火動作。綜合布線系統采用機柜上走線，實現強弱電分離。監控系統實現動環監控、動態能耗顯示、資產自動檢測、實時容量檢測等多種功能，并與上層云管理服務系統智能聯動。同時提供門禁、紅外入侵、視頻監控、水浸、機柜門磁、聲光報警、煙感等全面保護。 微模塊電氣系統——為了保證微模塊的高可用性，配電系統采用雙路市電輸入方案，經ATS自動切換后到UPS，再經過UPS后到IT機柜；另直接引一路市電直接到IT機柜。為了保證微模塊的高可用性和高節能性，不間斷電源模塊化UPS配置。為了保證監控系統及安防、消防系統各種傳感器不間斷工作，可單獨配備一臺小型UPS為其供電。精密配電柜系統配備智能電量儀，將采集的運行數據（包括但不限于總電壓、總電流、總功率、用電量、功率因數、諧波、各支路電壓、各支路電流、告警信息等）納入監控系統。 微模塊制冷系統——微模塊內，空調同微模塊結構系統、電源柜以及UPS柜共同組成密閉的冷通道，實現冷熱空氣隔離，微模塊采用水平送風的列間空調進行制冷。列間空調采用前部雙側送風，正面送風方向<90°，冷空氣直接靠近熱源，送風距離大大縮短，減少了氣流沿程壓力損失和冷空氣的泄漏量，冷空氣利用率提高15%~20%。 微模塊消防系統——主要實現火災探測、天窗和設備聯動、消防告警等功能。消防系統主要由煙感、天窗磁力鎖和消防門禁控制箱等組成。密閉冷通道內頂部安裝有煙感；在活動天窗上安裝有天窗磁力鎖；在微模塊頂部安裝一個消防門禁控制箱，內置天窗電磁鎖控制模塊；外接消防24V控制電源及220V交流電源，由數據中心機房總的消防控制器提供的干接點信號進行聯動控制。 微模塊綜合布線系統——微模塊采用上走線的布線系統，在頂部安裝線槽，實現線纜的有序管理。具體特征包括：微模塊頂部實現強電線槽和弱電線槽分離，分別用于電源線和信號線走線；紅色標簽線槽走強電，藍色標簽線槽走弱電；微模塊頂部提供橫向線槽和縱向線槽；橫向線槽位于微模塊每列機柜頂部，實現橫向走線，縱向線槽連通微模塊兩列機柜；微模塊頂部線槽內有清晰的強弱電標識；每個機柜內后部左側安裝弱電線槽，右側安裝兩條豎裝的交流PDU和直流PDU；兩個微模塊之間通過機房走線架進行連接，走線架分為電源線走線架和信號線走線架。 微模塊智能管理系統——微模塊數據中心需要設置24小時不間斷運行的智能管理系統。系統對機房微模塊內的動力設備、環境設備、安防設備統一監控，并實現對微模塊能耗、資產、容量等統一運維管理，最終達到對微模塊基礎設施智能化監控管理的要求。微模塊監控系統作為云管理服務系統中的一個組成部分，通過交換機，將每個微模塊的信息統一與上層的云管理服務系統進行互聯互通。 當機房僅有一個模塊時，微模塊內置的監控系統可以獨立完成該模塊的基礎設施監控能力，通過顯示層的各種展示終端和報警發送設備，實現微模塊監控與用戶的人機交互。在有多個微模塊組成的數據中心中，微模塊內置的數據采集處理單元將采集的數據和處理后的結果、報警信息等上傳至上級云管理服務系統。
面向未來 微模塊數據中心持續演進
當前，政企市場正在快步進入云計算時代，一方面越來越多的中小企業從自建小微數據中心轉而向成熟的云計算服務提供商購買云服務；另一方面，政府也開始嘗試與專業IT廠商合作建立市級、省級的云計算數據中心，為二級單位提供云服務，云計算已經從前幾年的概念炒作發展到今天在政企市場中實用的階段。 可以預見，數據中心作為支撐云計算服務的基礎單元，隨著云計算的快速發展，勢必會呈現集中化、大型化、專業化的趨勢，微模塊數據中心正是在這種背景下出現的一種新型數據中心部署形式。 云計算的重要特征之一就是彈性擴容，而實現數據中心的彈性化部署則是其中尤為重要的一環。IT界的新技術往往最早出自更具創新力的互聯網企業，在建設彈性數據中心的探索中，由于對數據中心的需求量更大，規模更集中，又更加看重成本，國內外的大型互聯網企業又一次走在了行業的前列。以Google的比利時數據中心為例，配電和制冷分別位于機房兩側，采用類似集裝箱的模塊化單元，機房內部也采用了冷、熱通道隔離的微模塊單元，實現了真正的模塊化數據中心。但國外的成功經驗并不一定適用于我國，在土地資源尤其緊張的中國，容積率超低的單層廠房式數據中心無疑是奢侈的，所以更加適合多層數據中心的室內微模塊正在成為國內彈性數據中心探索的主要方向。
