数据中心的发展及模块化的应用

文｜ 北京科计通电子工程有限公司 黄群骥

数据中心的发展及模块化的应用

文｜ 北京科计通电子工程有限公司 黄群骥

此文阐述了数据中心的发展趋势及模块化技术在数据中心领域中的使用前景。

数据中心；集装箱；微模块；节能

1 引言

作为信息化发展基础的数据中心建设，无论在数量上还是在规模上都在以迅猛的速度发展。据《2013年度中国数据中心市场发展白皮书》报道：2013年数据中心的增长率为6.5%，从事数据中心建设的企业近3000家。该白皮书还预测数据中心建设的速度将逐年加快，到2016年增长率将达到9.2%。如此高的增长率当然是因社会需求所致，客观上给数据中心建设的发展提供了较好的基础，同时也给数据中心建设提出了更多的要求，使数据中心建设呈现出了一些新的发展趋势。

2 数据中心发展趋势

在数据中心建设大发展的浪潮中，其技术和理念发生了很大的变化。

（1）大型化、规模化、集中化

大型化、规模化、集中化数据中心无论在设计要求上还是在施工质量上都高于中小型数据中心，所以大型数据中心在安全性、可靠性上远大于中小型数据中心。数据中心是一个多学科相互交叉的基础设施，对管理人员的要求比较高，需要有一个完善的管理体系，其中最重要的是需要有一个知识全面、经验丰富的管理团队，而中小型数据中心很难配备这样的队伍。所以大型数据中心的管理水平普遍高于中小型数据中心。大型数据中心在设计阶段可以统筹规划，在管理和使用阶段可以综合考虑，因此，在整体使用效率上也优于中小型数据中心。在建设成本上，同等级的中小型数据中心的性价比也低于大型数据中心。

（2）高安全性

随着数据中心的重要性逐渐提高，对高安全性的要求也越来越高，但现实情况是数据中心的不安全因素却在不断增加。从最近一些事故所反映的情况来看，损害数据中心安全性的主要因素除了传统的水、火、雷电外，高温、极端天气、恶劣环境产生的威胁也越来越严重，此外人为故障也在逐年增加。同时应数据中心发展的需要，在数据中心建设中滥用节能技术、提出过高的要求或片面的追求建设和部署高密度，都给数据中心的安全性带来隐患。

（3）绿色化

现在数据中心的能耗越来越大，对数据中心提出节能要求已是无法回避的问题。一个数据中心的耗电量已远超过同建筑面积的一般工业生产的耗电量。针对这种形式，工业和信息化部发布的《工业节能“十二五”规划》中，针对数据中心提出了明确的节能目标：“到2015年，数据中心PUE值下降8%”。许多大型数据中心能耗的费用已占到全年维护费用的60%～70%，如此下去我国的能源供应将不堪重负。所以节能技术和理念正在数据中心行业中深入贯彻，比如在数据中心中采用虚拟化技术、建设中合理规划、就近制冷、采用高效能的节能设备、提高节能管理水平、综合利用能源等都能提高数据中心的节能水平，以得到较低的PUE值。

（4）高密度

高密度的发展一是因为硬件设备本身随着技术的发展实现了高密度，单位体积设备的功率密度越来越大；二是因为现代数据中心的造价越来越高，为了降低运营成本，平摊单位造价，用户希望在单位面积上放置更多的设备，所以现在数据中心的密度越来越大。

（5）模块化、机柜化

模块化便于管理和扩展，在数据中心的建设和运行中得到广泛的运用。因为消防的规定，一般数据中心的模块不能大于800m2，通常在300m2～500m2/模块。模块化的最小单元可以是一组或一个机柜，关注机柜微环境的质量也是目前数据中心建设的一个趋势。从原理上说，如果能控制好机柜的微环境，便可以完全不考虑机房的环境。控制机柜微环境的效果比控制机房环境的效果要好很多，但是控制的复杂性也增加许多，导致建设成本增加，限制了微模块的应用。当然它对于解决机房局部热点问题是非常有效的。

（6）智能化

现代数据中心是一个复杂的应用环境，单靠人力管理并不够，只有利用智能化、自动化的手段，才能提高机房的管理水平。所以智能化是实现数据中心安全可靠运行的基本保障。

3 模块化在数据中心建设中的应用

现在数据中心建设的规模越来越大，为了便于管理、扩展和维护，模块化设计是数据中心的基本选择。数据中心的模块化建设包括两方面：一是数据中心在规划设计上按照标准模块进行建设；另一个是在数据中心内使用模块化的设备。

（1）模块化数据中心建设

数据中心按照模块化的方式建设，使大型数据中心的建设变成了多个标准模块机房（300m2～500m2）的生产过程，使建设过程可以实现标准化，无论是设计还是施工都可保证质量，还能降低建设成本。把大型数据中心变成模块机房，对于管理、扩展和维护来说也是十分便利的。此外，模块化数据中心可提高机房的使用效率，达到节能降耗、节约成本的目的。因此，模块化应用于数据中心建设将是未来的一个趋势。

（2）模块化UPS

为保障机房内电子信息设备的不间断供电，通常采用UPS供电方案，这样 UPS设备和方案的安全性、可靠性便成为保障机房电子信息设备供电安全的重中之重。

为提高UPS方案的安全性、可靠性，设计人员和运维人员在实际工作中总结出了单机系统、串联冗余系统、并联冗余系统、分布式冗余系统、容错系统等多种配置方案，这些方案在一定程度上提高了系统和供电的可靠性，但也带来诸多问题，如设备投资大、占地面积大、运营成本高、维护和扩容困难、风险大等。

为解决这些问题，模块化UPS电源系统应运而生，它将UPS各部分功能完全以模块化的形式来实现不间断供电，具有在线热插拔、在线扩容和在线维护的功能。任意组件拔出或发生故障均不影响系统供电，提高了UPS系统的可靠性和可维护性。在线扩容避免了传统UPS在高可靠机房中常处于低负载运行的状况，提高了UPS设备的使用效率，减少了设备的一次性投资，增加了设备运行的可靠性，还起到了节能作用。

4 集装箱式数据中心和微模块

集装箱式数据中心曾经在机房领域引起很大的争议。当时有人认为集装箱式数据中心可以完全替代传统数据中心，但到目前为止还没有出现这种势头，集装箱式数据中心的发展远低于人们的预期。

集装箱式数据中心优点：

集装箱式数据中心由于是工厂化生产的产品，所以很容易实现产品的标准化，也容易保证产品质量，使整体最佳效率达到很高水平。

快速部署是集装箱式数据中心的另一大优点。由于其内部已具有传统数据中心的所有内容，且是一个相对独立的系统，可以不受周围环境的限制，在任意地点都能快速部署。当然集装箱式数据中心还需要周边资源的支持，比如水、电、网络等，否则也不能担当数据中心的角色。

可以实现真正的高密度部署，集装箱数据中心是一个完全封闭的环境，平时工作人员不会在里面工作，里面环境可以只考虑电子信息设备的需要，如有更高的风速、更适合的温度和湿度，也无需引入新风。所以有些集装箱式数据中心厂商宣称其本身的PUE值能达到1.12。

但集装箱式数据中心存在造价高、标准缺乏等问题，严重制约其发展。单个集装箱式数据中心的箱体PUE值也能达到1.12，但集装箱式数据中心需要更多配套设施的支撑，如果加上配套设施的能耗，整体PUE值可能达到1.4左右。

集装箱式数据中心的造价比一般数据中心的建设造价加上大楼基建的造价相比是较为经济的，这是它的优势。可是我们往往都是在建设好的建筑中安置集装箱式数据中心，所以集装箱式数据中心的价格就显得更高。

微模块是在集装箱式数据中心的基础上发展起来的，它克服了集装箱式数据中心的缺点，把模块变得更小，成本更低。目前，模块化数据中心大规模使用还有待时日，但对于解决局部问题还是有效的。

5 结束语

模块化数据中心的应用前景十分广阔，相信会有更多的模块化产品相继制造并生产，使数据中心的建设真正实现部署更快、密度更高、整体更绿、管理更便捷、运营更安全的目标。