数据中心微模块的构成和应用场景

何云晖（上海杜尔瑞克智能电气成套有限公司，上海 201508）

数据中心微模块的构成和应用场景

何云晖
（上海杜尔瑞克智能电气成套有限公司，上海 201508）

数据中心微模块是一个高度集成化的智能结构，用于支持其内部存放的IT设备安全、可靠运行。从结构部分、供配电、弱电布线系统、气流再分配套件、监控和照明系统等方面介绍了数据中心微模块的基本构成及扩展构成，阐述了两大类微模块不同的应用场景。指出数据中心微模块的五大基本模块不可或缺，而扩展模块要根据用户具体的应用环境来选用。

数据中心；微模块；供配电；智能结构

何云晖（1971-），男，从事机柜系统和微模块的工作。

0 引 言

近年来，数据中心微模块成为研究热点，被称作云模块或模块化机房。数据中心微模块是一个高度集成化的智能结构，用于支持其内部存放的IT设备安全、可靠的运行。它承担IT设备的物理支撑，包括弱电布线系统的互联互通、IT设备的末端供配电、整个IT设备运行微环境的物理参数监控和视频监控，并提供结构和布线的标识以及通道和设备的照明等。部分微模块也称为全内置微模块或全功能微模块，还包括（或部分包括）以下系统：UPS和电池、HVDC和电池、水平送风空调系统。

1 数据中心微模块的基本构成

1.1 微模块的结构部分

微模块由服务器机柜、网络机柜和置顶的柜间桥架系统组成，这是任何微模块都不可或缺的骨架和物理路由。另外，微模块的底座系统和列间的柜顶主桥架系统是用户根据现场和工程的情况来选择的。微模块结构部分的主要功能：①IT设备和IT基础设施的物理支撑；②强、弱电线缆在机柜内部和机柜之间的物理路由和支撑。另外，全内置微模块可能要求配置微模块的底座系统，这种情况往往应用在数据中心不铺设地板的情况，对IT设备的水平移动带来了挑战。如果业主选用水作为空调末端的冷媒，进出水管的排布需要仔细考虑。

1.2 微模块的供配电部分

相较于数据中心的大配电，微模块的供配电可以称为末端供配电，一般由两部分组成：①机柜内部的供配电，常见的是各种电源分配单元（Power Distribution Unit，PDU），极个别的配置柜用配电盘；②机柜列的供配电，目前比较流行的是采用精密配电列头柜的方式。智能母排配电更为灵活，能够节省数据中心空间，受到业主和设计院的青睐，将逐渐成为数据中心末端供配电的主流。

微模块的供配电是数据中心供配电系统安全运行的最后100 m，同时对于数据中的可用性具有非常重要的意义。如末端供配电的灵活性，即在单柜负载发生较大变化的情况下减少分支回路小型断路器和线缆的变更；配置PDU的模块数量和形式，以满足绝大部分IT设备的电缆插头要求等。

1.3 微模块的弱电布线系统

微模块的弱电布线系统常因商务、业主认知和机房总包反对的原因，并不放在微模块中，而是和机房甚至楼宇的弱电布线系统放在一起考虑。其实，把微模块的弱电布线系统从整个弱电布线系统中独立出来，更能保证微模块的完整性。从提高施工质量的角度考虑，弱电布线系统由微模块的提供方来负责，更能提供好的布线质量和用户体验。

1.4 微模块的气流再分配套件

目前，数据中心需降低电源使用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）值，提升数据中心的能源利用率。而微模块的气流再分配套件（即冷、热通道隔离套件）可以显著地提高空调的回风温度和机房的制冷效率，降低机房的制冷能耗，其中冷通道隔离套件还可以帮助提升机房的温度。一般，如果微模块未采用行间空调，建议微模块选用冷通道隔离较妥当。如果采用热通道隔离，还需增加回风管道，工程会变得复杂，工程量会增加，导致建设成本增加。冷、热通道隔离套件会较明显地改变机房内部的形象，所以建议用户在选择时要多调研，避免把机房建设成高等级、高标准但形象不佳的机房。

1.5 微模块的监控和照明系统

以传统的方式建设数据中心时，机柜区的监控部分一般由机房环境监控软件的系统集成商或供应厂商来完成，需在一个已建设好的机柜系统上安装各类传感器、直流电源及相应的布线。该方式不易施工，会严重破坏原来的装修和家具，实践中还需在配电列头柜中加装电参数监控套件。有实力的微模块厂家在微模块的设计阶段就考虑使用方对监控的各种需求，会安排各类传感器安装套件和便捷的走线路由，在进行微模块的现场安装时只需要进行一般安装就可以完成。

微模块的监控系统主要提供对微模块的电参数、温/湿度、烟雾和震动等物理参数的采集，也会提供必要的视频采集，甚至提供IT设备在机柜中位置信息的采集，通过微模块的总控单元为用户提供上述参数的本地查询和显示、本地判断和报警以及远程通信功能。微模块的监控单元使微模块具有感觉和传输功能，使一个简单的物理结构上升为可远程监控和管理的智能结构，极大地提升了微模块本身的可管理性，也为数据中心降低基础运维的管理负担提供了可能和便利。

为了进一步降低数据中心的能耗，有些用户明确要求在冷通道或热通道的内部安装照明系统，并要求这些照明系统既可以集中控制，又可以按照微模块为单元独立控制，从而实现微模块的定点按需照明。当用户需要对某一微模块或微模块内的IT设备进行维护时，才启动微模块的照明系统，而其他时间照明则保持关闭状态。机房内部只需维持微模块之间的通道和微模块与建筑物隔断之间的通道照明，极大地节省数据中心的照明能耗。目前，微模块的照明系统已普遍使用LED作为光源。用户在选择微模块照明系统时，既要注意照明系统的照度是否达到要求，还要特别注意照明的均匀度和舒适性及灯具的美观性。

2 微模块的扩展构成

除了以上微模块的基本模块外，微模块还有两大扩展模块，与上述五大模块组成全内置微模块。

2.1 微模块的电源部分

有些微模块有内置电源部分，比较常见的UPS系统，含电池和电池监控。微模块的UPS系统常选用模块化UPS，在UPS的边上常设置一个电池柜，放置UPS电池和电池监控系统。另外一种是近年才出现的高压直流系统，也含电池部分。

在微模块中内置电源系统比较有争议，对数据中心的建设成本带来较大的影响，对微模块的安全性和后期维护的便利性带来很大的挑战。一般不建议在微模块中内置电源系统，如果一定需要，至少电池部分放在其他远离IT设备的独立空间中。

2.2 微模块的空调系统

空调系统通常应用于使用水平送风的行级制冷，以300 mm左右宽度的行间空调为常见，也有选用600 mm左右宽度的，甚至个别的厂家把空调做成符合19英寸安装规范的模块化空调，直接放入服务器机柜或网络布线机柜之间，使送回风路径最短。微模块内置空调系统的做法，在行业中有争议。传统精密空调向行间空调过渡，数据中心末端的建设成本有不小的增长；施工和系统本身也变得更为复杂；设备运行安全问题和设备维护人员进入IT设备区时的安全问题也是必须考虑的问题。尤其大、中型数据中心普遍使用水系统，使得空调末端使用行间空调带来的运行安全隐患尤为突出。有些用户为了规避这种安全隐患，在水系统后再加装氟系统。该做法更增加了系统的复杂性和额外的投资，降低了整个空调系统的制冷率。

3 微模块的应用场景

3.1 全内置微模块应用

微模块的五大基本模块除非用户预算特别紧张，没有微模块的气流再分配套件外，其他一般都会用到，只是每一模块中的配置会有差异。微模块扩展模块的选用完全要根据用户具体应用环境来决定。

目前，两个扩展模块都选用的微模块主要有以下两种应用场景：

（1）国内一些大型互联网公司非常强调数据中心基础建设的颗粒度，把数据中心的各种功能尽可能封装在数据中心的微模块中，使微模块全功能化和标准化，便于数据中心在建设时快速部署和方便日后增添；同时希望通过部署微模块来降低对数据中心机房环境的要求，如不架设吊顶，也不铺设防静电地板；甚至为了进一步减少对机房环境的依赖，部分微模块被要求冷、热通道全做封闭处理，使IT设备的运行环境完全和机房环境隔离。大型互联网公司对微模块的安全性甚至对单个机房的安全性都没有很高要求，故使用全内置的微模块系统。

（2）城市中心建设的小型、微型数据中心和三甲医院的机房，因地租成本高，所以机房空间非常狭小，只能采用比较昂贵也不太安全的全内置微模块方式。

3.2 仅带空调扩展构成的微模块应用

空调扩展模块主要是为了满足高密度计算的要求。高密度计算所使用的单个服务器机柜的热负荷都在8 kW以上，有的甚至可能高达30 kW，这种情况下用传统的精密空调结合地板下送风的方式很难满足服务器机柜的制冷需求，所以用户会选择使用带有行间空调的微模块来保证高密度计算的制冷需求。高密度计算对基础环境单个微模块的安全性要求不高，所以这种带空调的微模块是一种比较合适的方案。方案除了使用常见的行间空调之外，近年来也有使用新发展的符合19英寸安装规范的模块化空调末端，直接放置在服务器机柜和网络机柜中。

4 结 语

微模块的选用是针对特定场景或特定应用的，要根据具体情况确定，而并非是普遍、广泛的数据中心建设方式，这一点尤其要引起用户的注意。

［1］ 郭亮.模块化数据中心发展浅析［J］.现代电信科技，2014（11）：18-21.

［2］ 钟景华.新一代绿色数据中心的规划与设计［M］.北京：电子工业出版社，2010.

［3］ 马强，郑媛媛，沈立鹏.微模块数据中心应用技术研究［J］.计算机技术及其应用，2015，37（2）：35-37.

Com position and Application of M icro M odule in Data Center

HE Yunhui
（Shanghai DURACK Intelligent Electrical Equipment Co.，Ltd.，Shanghai201508，China）

Themicromodule of data center is a highly integrated intelligent structure，which supports the safe and reliable operation of internal IT equipments.This paper introduced the fundamental constitution and extended constitution in aspects of structure part，power supply and distribution system，low voltage wiring system，flow redistribution suite，monitoring and lighting system，and so on.The different application scenarios were expounded for two types of micro modules.It is pointed out that the five fundamental modules of m icro module are indispensable，while the extended modules are chose according to the specific application environment user.

data center；m icro modu le；power supp ly and distribution；intelligent structure

TU 244.5

B

1674-8417（2015）09-0039-03

2015 09 07