微模塊數(shù)據(jù)中心的建設(shè)與發(fā)展

帥業(yè)明

（湖北郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引 言

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)具有周期長(zhǎng)、擴(kuò)展性弱和耗能高等缺點(diǎn)，實(shí)際工作中常出現(xiàn)各種問(wèn)題，阻礙企業(yè)發(fā)展。微模塊數(shù)據(jù)中心建設(shè)能解決這一問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)靈活部署IT資源，加快業(yè)務(wù)速度，已經(jīng)得到越來(lái)越多數(shù)據(jù)中心建設(shè)者和營(yíng)銷者的青睞。

1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的缺點(diǎn)

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)規(guī)劃和建設(shè)與基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)存在強(qiáng)耦合性。樓房建筑約束數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，對(duì)后期數(shù)據(jù)的建設(shè)和運(yùn)維造成了困難，主要缺點(diǎn)如下。第一，建設(shè)周期長(zhǎng)。以往數(shù)據(jù)中心的建設(shè)包括總結(jié)、準(zhǔn)備和運(yùn)行。結(jié)合工程的實(shí)際情況，數(shù)據(jù)中心需要更多固定的內(nèi)容，從而造成項(xiàng)目建設(shè)周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)。如果不能有效估算建設(shè)變化和業(yè)務(wù)要求，會(huì)延長(zhǎng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)的周期[1]。第二，擴(kuò)展性不強(qiáng)。數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，擴(kuò)展能力很重要。以往數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)劃需要評(píng)估未來(lái)十年的企業(yè)生產(chǎn)和業(yè)務(wù)發(fā)展，但是實(shí)際工作中不能有效預(yù)測(cè)未來(lái)業(yè)務(wù)的發(fā)展情況，出現(xiàn)機(jī)房過(guò)度建設(shè)和基礎(chǔ)設(shè)施利用率低等情況，擴(kuò)展業(yè)務(wù)時(shí)可能出現(xiàn)業(yè)務(wù)中斷的情形，增加了經(jīng)濟(jì)成本。第三，耗能高。數(shù)據(jù)中心運(yùn)行時(shí)可能造成大量的電力消耗。以往數(shù)據(jù)中心電能消耗管理方面不能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化管理，通常計(jì)算機(jī)硬件、冷卻系統(tǒng)和照明設(shè)備常出現(xiàn)能效消耗指標(biāo)增高的情況。

2 微模塊數(shù)據(jù)中心的優(yōu)點(diǎn)

2.1 擴(kuò)展靈活

微模塊數(shù)據(jù)中心具有快速部署、降低規(guī)劃時(shí)間、增加設(shè)計(jì)與建設(shè)速度以及減短建設(shè)周期等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)項(xiàng)目選址要求不高，只需有水、電和網(wǎng)絡(luò)即可。同時(shí)，機(jī)房和各類工程規(guī)劃完成相互解耦，既能緊密聯(lián)系，又能分開(kāi)工作，提升了工程施工效率。微模塊數(shù)據(jù)中心對(duì)大樓建設(shè)要求明確，項(xiàng)目主體基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)完成后，數(shù)據(jù)中心有關(guān)模塊才能根據(jù)實(shí)際情況部署下一步工作。另外，模塊化數(shù)據(jù)中心能根據(jù)設(shè)計(jì)方案科學(xué)配置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提升規(guī)劃設(shè)計(jì)的速度。例如，通過(guò)模塊批量生產(chǎn)縮短供貨時(shí)間，不僅提升了施工效率，而且生產(chǎn)結(jié)束后即可測(cè)試產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)調(diào)試和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，提高了故障排除效率，降低了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的工作量?？偠灾?，微模塊化數(shù)據(jù)中心能實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)，安裝、升級(jí)和移動(dòng)模塊時(shí)具有靈活擴(kuò)展和批量復(fù)制等優(yōu)點(diǎn)，不需重新設(shè)計(jì)。

2.2 節(jié)約成本

微模塊數(shù)據(jù)中心運(yùn)行過(guò)程中，電力成本的控制功能很強(qiáng)大。微模塊數(shù)據(jù)中心有獨(dú)立的工作和維護(hù)空間，采用標(biāo)準(zhǔn)化接口，基礎(chǔ)設(shè)施也按照此形式規(guī)劃。數(shù)據(jù)中心新添加IT設(shè)備時(shí)還能進(jìn)一步擴(kuò)展，令供電、制冷和實(shí)際負(fù)載統(tǒng)一，降低設(shè)備部署時(shí)間，提升工作效率，節(jié)約能源消耗并減少成本。另外，模塊化數(shù)據(jù)中心配置了高級(jí)精密空調(diào)，以配合密閉通道，完成密封冷熱通道，使近熱源部分直接送風(fēng)，減短氣流通路。冷熱通道能有效隔離氣流，使冷熱氣流互不干擾，實(shí)現(xiàn)空調(diào)就近制冷，熱源轉(zhuǎn)移，提升空調(diào)運(yùn)行效率，減少不必要的能源消耗，實(shí)現(xiàn)能源保護(hù)并節(jié)約成本。

2.3 智能管理

微模塊數(shù)據(jù)中心具有智能管理和集中監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控、集中管理數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)中心高效、可靠運(yùn)行。其中，監(jiān)控系統(tǒng)主要面向微模塊數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施，如實(shí)時(shí)監(jiān)控制冷、配電和安防等子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。監(jiān)控過(guò)程中使用分層結(jié)構(gòu)，分為數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算、處理和智能管理等平臺(tái)，能實(shí)時(shí)采集和處理設(shè)備、配件和運(yùn)行環(huán)境等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)機(jī)房的全面化管理，提高微模塊數(shù)據(jù)中心的開(kāi)放性、實(shí)用性。智能管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房進(jìn)行分層等精細(xì)化管理，利用精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析確定能源消耗，進(jìn)而制定有效的管理方案，實(shí)現(xiàn)智能管理。

3 微模塊數(shù)據(jù)中心的建設(shè)

3.1 整體組成

如果建立微模塊中心機(jī)房，需由多種構(gòu)建組成，如服務(wù)器機(jī)柜、天窗、列間空調(diào)、頂部線槽和底座等。從整體系統(tǒng)上來(lái)說(shuō)，微模塊中心機(jī)房可分為制冷系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)等[2]。其中，制冷系統(tǒng)使用列間精密空調(diào)；消防系統(tǒng)由消防門(mén)禁、天窗磁力鎖和煙感等構(gòu)成，由數(shù)據(jù)中心機(jī)房控制，完成消防滅火等動(dòng)作；結(jié)構(gòu)系統(tǒng)使用雙排機(jī)柜冷熱通道密封等方法；監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)24 h全面監(jiān)控和動(dòng)態(tài)耗能顯示等，完成與上層云管理系統(tǒng)的結(jié)合。此外，還有紅外入侵、門(mén)禁、視頻監(jiān)控等防范技術(shù)。

3.2 微模塊電氣系統(tǒng)

第一，配電系統(tǒng)。為了提升微模塊數(shù)據(jù)中心的實(shí)用性，配電系統(tǒng)使用雙路市電輸入形式，將ATS轉(zhuǎn)變?yōu)閁PS后再連接到IT機(jī)柜。此外，可以直接引市電到IT機(jī)柜中，保證所有服務(wù)器機(jī)柜中的IT負(fù)載都提供一路UPS電源供電，符合機(jī)房對(duì)電力的要求。為了提升微模塊使用性能和實(shí)用性，電源使用模塊化UPS配置。為了加強(qiáng)機(jī)房安全性，安防、監(jiān)控和消防系統(tǒng)需要傳感器不斷工作，這時(shí)可增添小型UPS設(shè)備為其供電。通過(guò)精密配電柜中的智能電量?jī)x，豐富監(jiān)控系統(tǒng)中的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并通過(guò)精密配電柜系統(tǒng)監(jiān)控電源的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，添加防雷裝置，為電源供應(yīng)提供保障。

第二，PDU。它經(jīng)常裝置在服務(wù)器機(jī)柜中，為IT設(shè)備提供電源。一般情況下，使用3 kW功率的PDU即可，每個(gè)服務(wù)器機(jī)柜中安裝2個(gè)交流PDU。

第三，接地。微模塊實(shí)施接地過(guò)程中，既要保證操作人員的安全，又要保證設(shè)備的正常運(yùn)行。微模塊中，電源等主要部件中的重要元件（如金屬導(dǎo)體）要做等位連接。對(duì)外接地過(guò)程中，要將機(jī)房接地，匯集底座接地點(diǎn)，使用兩色單芯絕緣阻軟電纜進(jìn)行連接。值得注意的是，所有機(jī)柜中的電纜都要滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以保證電氣系統(tǒng)的安全性。

第四，照明。為模塊數(shù)據(jù)中心中安裝平板LED照明工具，一般在冷通道頂側(cè)，照明度大于500 lx，滿足工作人員工作時(shí)對(duì)燈光的需求。

3.3 微模塊制冷系統(tǒng)

第一，氣流組織。微模塊中，空調(diào)系統(tǒng)、電源柜和UPS柜等組成一個(gè)密閉通道，完成冷熱空氣的隔離。微模塊數(shù)據(jù)中心一般使用水平風(fēng)制冷，前部?jī)擅嫠惋L(fēng)，正面送風(fēng)角度小于90°。如果冷空氣和熱源靠近，可減短送風(fēng)距離，降低氣流，避免壓力損失和冷空氣泄漏等，提升資源利用率。

第二，列間空調(diào)。數(shù)據(jù)中心的列間空調(diào)具有許多特點(diǎn)：（1）背面安裝，方便更換過(guò)濾器；（2）通過(guò)風(fēng)力控制溫度；（3）設(shè)置獨(dú)立的控制系統(tǒng)，有液晶平面顯示送風(fēng)溫度、風(fēng)量、風(fēng)向和運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)；（4）具有記憶功能，如果空調(diào)異常斷電，接通后恢復(fù)之前的運(yùn)行狀態(tài)；（5）實(shí)現(xiàn)多個(gè)空調(diào)互聯(lián)，可以群控，實(shí)現(xiàn)整體休眠和運(yùn)行等，每臺(tái)設(shè)備中有統(tǒng)一的控制器，可以統(tǒng)一控制；（6）空調(diào)中有警告系統(tǒng)，如果出現(xiàn)故障、異常斷電、溫度異常等，能主動(dòng)警告；（7）動(dòng)態(tài)制冷，可快速變化，適應(yīng)機(jī)房負(fù)荷，降低壓縮機(jī)停止次數(shù)，提升空調(diào)運(yùn)行穩(wěn)定性；（8）使用電子膨脹閥，保證變?nèi)萘繅嚎s機(jī)正常運(yùn)行。

3.4 消防系統(tǒng)

消防系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心的作用是探測(cè)火災(zāi)、發(fā)送警報(bào)和設(shè)備聯(lián)動(dòng)等，由消防門(mén)禁控制箱、天窗磁力鎖和煙感等組成。煙感安裝在密閉冷通道上側(cè)，天窗磁力鎖安置在天窗上，消防門(mén)禁控制箱安置在微模塊頂部。消防設(shè)備還要添加控制電源和運(yùn)行電源，由數(shù)據(jù)中心聯(lián)動(dòng)控制。如果數(shù)據(jù)中心中某一點(diǎn)出現(xiàn)大量煙霧，微模塊就能勘測(cè)到煙霧，并向數(shù)據(jù)中心機(jī)房的控制器部門(mén)上報(bào)信息，消防門(mén)禁控制箱向監(jiān)控系統(tǒng)輸送警告信號(hào)，產(chǎn)生報(bào)警。此時(shí)，自動(dòng)系統(tǒng)切斷天窗磁力鎖電源，打開(kāi)天窗，關(guān)閉空調(diào)，消防噴頭進(jìn)行滅火。

另外，微模塊對(duì)數(shù)據(jù)中心中消防系統(tǒng)提出了幾點(diǎn)要求。第一，數(shù)據(jù)中心中大多設(shè)備為電子產(chǎn)品，如果進(jìn)水可能會(huì)造成嚴(yán)重后果。因此，機(jī)房中消防噴頭中要放置氣體，減少損失產(chǎn)生，一般由業(yè)主完成。第二，多個(gè)微模塊一起工作時(shí)，可使用集中式滅火系統(tǒng)，與數(shù)據(jù)中心消防結(jié)合，提升消防效率[3]。第三，消防系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備要達(dá)到當(dāng)?shù)叵谰值南嚓P(guān)標(biāo)準(zhǔn)，保證設(shè)備使用的長(zhǎng)久性和安全性。

4 微模塊數(shù)據(jù)中心的發(fā)展

微模塊在數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，促使政企市場(chǎng)快速進(jìn)入云計(jì)算時(shí)期。第一，隨著IT行業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的企業(yè)建立數(shù)據(jù)中心，即使是中小企業(yè)，數(shù)據(jù)中心也日益成熟。第二，政府部門(mén)開(kāi)始重視數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建，嘗試與專業(yè)IT企業(yè)合作，以市為中心建立云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，為中小型企業(yè)提供云服務(wù)，將云計(jì)算從概念階段轉(zhuǎn)向?qū)嵱秒A段。數(shù)據(jù)中心作為運(yùn)用云計(jì)算服務(wù)的主要部門(mén)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，不斷趨向?qū)I(yè)和集中。微模塊數(shù)據(jù)中心就是在這種背景下產(chǎn)生的一種新型部署形式。另外，云計(jì)算的主要特點(diǎn)是靈活擴(kuò)展，正是完成數(shù)據(jù)中心彈性化部署的重要環(huán)節(jié)。由于微模塊數(shù)據(jù)中心建設(shè)過(guò)程中對(duì)IT的需求大，而IT行業(yè)中的新型技術(shù)往往出自互聯(lián)網(wǎng)，因此我國(guó)大型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)再次走向行業(yè)前列。目前，多層數(shù)據(jù)中心的微模塊建設(shè)已經(jīng)逐漸成為我國(guó)數(shù)據(jù)中心探索的重要方向。