淺析提升數(shù)據(jù)中心利用率

楊華　曹忠波　董倩　王大深

摘要：2021年，工業(yè)和信息化部印發(fā)《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》，計(jì)劃提出用3年時(shí)間，基本形成布局合理、技術(shù)先進(jìn)、綠色低碳、算力規(guī)模與數(shù)字經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)相適應(yīng)的新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展格局。在利用率方面，到2023年底，全國(guó)數(shù)據(jù)中心平均利用率力爭(zhēng)提升到60%以上，能效水平方面，新建大型及以上數(shù)據(jù)中心PUE降低到1.3以下。本文就合理、綜合利用SPCN電力、冷量、空間、網(wǎng)絡(luò)等每一種資源，提升數(shù)據(jù)中心資源利用率進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：新型數(shù)據(jù)中心 PUE

背景

隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等熱門技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)出指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。根據(jù)IDC（國(guó)際數(shù)據(jù)公司）預(yù)測(cè)，2025年全球數(shù)據(jù)流量將會(huì)從2018年的33ZB上升至175ZB。突如其來(lái)的疫情也使得越來(lái)越多的企事業(yè)單位謀求數(shù)字化轉(zhuǎn)型措施以保證其有序發(fā)展，以及越來(lái)越多的個(gè)人用戶開(kāi)始習(xí)慣通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行會(huì)議、學(xué)習(xí)和工作，以上種種對(duì)數(shù)據(jù)中心的需求將促使數(shù)據(jù)中心容量呈爆發(fā)式增長(zhǎng)。

據(jù)2020年統(tǒng)計(jì)，全國(guó)數(shù)據(jù)中心總體平均利用率為50.07%，省內(nèi)數(shù)據(jù)中心的平均利用率為57%，雖然超過(guò)全國(guó)總體平均水平，但與華北、華東、華南數(shù)據(jù)中心仍有一定差距，數(shù)據(jù)中心利用率仍需進(jìn)一步提高。

定義新型數(shù)據(jù)中心

《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》中提到的新型數(shù)據(jù)中心是指以支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)字轉(zhuǎn)型、智能升級(jí)、融合創(chuàng)新為導(dǎo)向，以5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等應(yīng)用需求為牽引，匯聚多元數(shù)據(jù)資源、運(yùn)用綠色低碳技術(shù)、具備安全可靠能力、提供高效算力服務(wù)、賦能千行百業(yè)應(yīng)用，與網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算融合發(fā)展的新型基礎(chǔ)設(shè)施。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心相比，新型數(shù)據(jù)中心具有高技術(shù)、高算力、高能效、高安全等特征，在數(shù)字化日益普及的今天，新型數(shù)據(jù)中心能更好支撐新一代信息技術(shù)加速創(chuàng)新，加快推動(dòng)制造強(qiáng)國(guó)和網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)建設(shè)。

三、存在問(wèn)題分析

在傳統(tǒng)企業(yè)變革升級(jí)的浪潮中，企業(yè)上“云”的數(shù)字化轉(zhuǎn)型趨勢(shì)是不可逆轉(zhuǎn)的，因此云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能AI等信息通信技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)中心的需求量越發(fā)龐大，全行業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)中心的計(jì)算和存儲(chǔ)能力提出了更高要求。為了順應(yīng)這一趨勢(shì)，數(shù)據(jù)中心會(huì)逐漸向更高算力、更高算效邁進(jìn)。同時(shí)，為提高業(yè)務(wù)部署的靈活性，數(shù)據(jù)中心采用了更多虛擬化、模塊化等技術(shù)。虛擬化技術(shù)的應(yīng)用使得負(fù)載能夠在服務(wù)器之間動(dòng)態(tài)遷移，應(yīng)用訪問(wèn)也存在著瞬時(shí)爆發(fā)的特點(diǎn)，IT 設(shè)備的功耗波動(dòng)大且頻繁，IT設(shè)備與空調(diào)、UPS等基礎(chǔ)設(shè)施之間的匹配難度增加，對(duì)電力、制冷和網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)需求隨之增加。

在對(duì)省內(nèi)各個(gè)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行調(diào)查、分析后，不難發(fā)現(xiàn)各數(shù)據(jù)中心普遍存在基礎(chǔ)設(shè)施的管理能力不足，SPCN動(dòng)力、制冷、空間及網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施可視化能力較差的問(wèn)題。資源規(guī)劃及使用在一定程度上依靠人工進(jìn)行管理，無(wú)法匹配新型數(shù)據(jù)中心自動(dòng)化管理及數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需要。大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的利用率只有 60%，而40%的容量是損失的，有些數(shù)據(jù)中心存在高達(dá)50%損失的情況。容量利用率降低意味著能源效率降低、運(yùn)營(yíng)成本的升高。根據(jù)調(diào)查得知，各數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的資源規(guī)劃及使用隨著業(yè)務(wù)需求變化和時(shí)間推移會(huì)不斷發(fā)生改變，容易產(chǎn)生大量容量碎片。IT 設(shè)備的部署過(guò)程與預(yù)先設(shè)計(jì)時(shí)的預(yù)置條件匹配程度也存在一定偏差，容量碎片化是造成數(shù)據(jù)中心利用率降低的主要原因之一。

目前利用資源管理系統(tǒng)進(jìn)行資源、資產(chǎn)管理，利用動(dòng)力環(huán)境的專業(yè)網(wǎng)管進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)控、管理，利用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控分析等等。這種管理方式雖然在各個(gè)維度均可進(jìn)行細(xì)致管理，深入分析，但還是帶來(lái)了多方面的問(wèn)題。一是對(duì)數(shù)據(jù)中心運(yùn)維人員、市場(chǎng)營(yíng)銷人員、管理者及客戶而言，沒(méi)有統(tǒng)一的視圖獲得所需要的信息，存在信息孤島，維護(hù)多個(gè)離散的工具、系統(tǒng)也提高了管理成本、時(shí)間成本;二是不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)難以關(guān)聯(lián)和共享，在容量規(guī)劃、業(yè)務(wù)預(yù)判及生成報(bào)表的時(shí)候尤其困難;三是需要花費(fèi)大量的時(shí)間、精力去更新數(shù)據(jù)，使其保持同步，降低工作效率，影響決策和響應(yīng)速度。

提升數(shù)據(jù)中心利用率

根據(jù)PUE（Power Usage Effectiveness電能使用效率）的計(jì)算公式：PUE=數(shù)據(jù)中心總設(shè)備能耗/IT設(shè)備能耗，數(shù)據(jù)中心總設(shè)備能耗包括制冷用電總負(fù)荷、供配電損耗和IT設(shè)備總能耗。PUE值越低，說(shuō)明用于IT設(shè)備的能耗占得比重越多，意味著數(shù)據(jù)中心的能源效率越高。

對(duì)于數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)者而言，加強(qiáng)IT設(shè)備、動(dòng)力、制冷及承載網(wǎng)絡(luò)的管理能力，進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)中心容量利用率刻不容緩。需要對(duì)數(shù)據(jù)中心資源進(jìn)行可視化的管控與變更管理，對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房、機(jī)柜、U位、電力、冷量和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，協(xié)助數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)者實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掌控使用情況，提供規(guī)劃仿真及趨勢(shì)預(yù)判，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)快速部署。

通過(guò)打造一個(gè)對(duì)IT負(fù)載、電力、制冷、空間和網(wǎng)絡(luò)等資源集約化管理的平臺(tái)，能夠管理數(shù)據(jù)中心各個(gè)維度的容量使用情況，統(tǒng)計(jì)與分析機(jī)房SPCN（空間、電力、冷量、網(wǎng)絡(luò)）容量使用和剩余情況，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心資源的統(tǒng)一管理、規(guī)劃和分配，針對(duì)IT設(shè)備上架，可以基于SPCN智能計(jì)算，給出設(shè)備上架位置建議，使設(shè)備分布更加合理，以減少容量碎片，實(shí)現(xiàn)資源的合理部署，提升數(shù)據(jù)中心資源利用率。

參考文獻(xiàn)：

[1]數(shù)據(jù)中心DCIM技術(shù)白皮書

[2]新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）