數據中心模塊化構建思路分析

李云飛

（中國電信股份有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518048）

現階段，很多行業對數據中心的需求大幅增加，數據中心建設模式也出現明顯的變化，為了保證建設工作順利展開，模塊化構建思路應運而生。而要保證數據中心建設效果更為理想，必須對其展開全面分析，并對投資、環保等方面進行重點關注，了解存在的優點與不足，并將適用場景予以明確。

1 傳統數據中心面臨的主要問題

（1）空調系統。傳統數據中心的建設一般采用地板下送風方案，為了保證機柜能夠正常發揮作用，應該要確保冷熱通道擺放合理，如此可以保證氣流路徑更加合理，循環效果更為理想。此種方案的優勢是明顯的，資金投入不大，而且噪音控制效果更為理想，并可保證美觀性有大幅提升。但是，單機柜發熱量持續增加之后，若想保證出風量能夠切實提高，一定要對地板下靜壓予以提升，而要達成這個目的，地板高度則要適當抬升。空氣本就具有黏度，氣流大幅增加之后則會導致氣流紊流的幾何性變得較大，而這會導致送風效率明顯降低。

（2）UPS。機房剛剛建成后，系統容量配置如果未能控制到位，出現低載運行情況的話，UPS效率就會降低很多[1]。當然，UPS配置容量相對較小，那么實際的業務需求就難以得到滿足，后期擴容難度較大。在現階段，IT需求呈現出大幅增加的趨勢，這就使得數據中心業務加速發展，然而也呈現出不確定特征，尤其是UPS建設呈現出重復性，資金投入明顯增加。對UPS房以及電池房進行單獨建設時，空調制冷也是不可缺少的，如此就會使得投資大幅增加。因此，在進行UPS建設時應該將模塊化作為主要的發展方向，如此可以使得問題真正得到解決。市場中現有的模塊化UPS能夠實現擴容目的，而且在低負載率狀態之下也可使得節能目標切實達成。

（3）機柜系統。機柜系統的傳統設計重視承重、供電等方面的性能，而通孔率、線纜管理、能耗管理等方面并未得到重視。為了保證制冷效率有明顯提高，通孔率是不可忽視的，應該確保氣流不會受到阻礙，這樣可以使得散熱效果達到預期效果。此外，機柜接地也是不可忽視的，因為機房散發的熱量非常大，與服務器距離較近的機柜區域更是長時間處于高溫中，而且濕度較低，就會產生靜電電壓，如果接地不合理，就會發生靜電危險，所以要將接地線纜、接地銅排配置到位[2]。規模不大的數據中心并不會設置監控設備，若想保證機柜供電管理能夠真正達成，要將智能PDU的作用充分發揮出來。機柜當中的全部配電均要納入監控范圍，應該對機柜負載分配是否平衡有清晰的認知，同時保證設備能夠真正實現遠程管控。機柜必須要具有良好的兼容性，這就要求廠商對數據中心有全面的認知，如此方可完成系統設計工作，產品的兼容性能夠切實提高。

2 數據中心模塊化構建思路

2.1 設備層面的模塊化

從電源設備角度來說，采用模塊化UPS的解決方案，可以對整流、濾波、逆變器等予以摒棄，只需要功率模塊就能夠完全代替，通過模塊化設計能夠保證柜內冗余得以實現，UPS設備可靠性會有明顯提升，而且系統投資也會有明顯降低[3]。傳統的UPS大容量單機，若要實現設計的N+1冗余，需要至少配置1套同等容量的大容量單機才能實現，模塊化解決方案則是將容量顆粒度做小，在配置冗余容量時也可以做小，再加上機房實際上架設備負荷的時候有個逐漸增加的過程，這樣可以有效體現出模塊化解決方案按需靈活配置的優勢。當設備尺寸完全相同時，占用面積會切實減少，減少幅度可達50%。在系統剛剛建成時，業務量并不高，而傳統UPS的負載率也顯得較為低下，通過采用模塊化UPS則能夠確保配置更為靈活。當負載增加之后，解決方式就是對模塊予以適當擴充。對模塊化UPS設備予以分析可知，控制模塊、旁路模塊均能夠做到熱插拔，因而對模塊進行更換是較為簡單的，所需時間也不長。當設備發生故障時，很快就能排除，設備維護更為便捷。另外一種模塊化方式是DPS，此種供電方式呈現出分散特征，如果發生故障，一臺DPS只能夠對單個機架產生影響，和集中供電UPS進行比較可知，可以保證故障范圍得到有效控制，系統具有的可靠性也會大幅提升。DPS多為鋰電池，其在綠色環保方面具有明顯的優勢，體積并不大，質量較輕，而且可采用分散安裝方式，因而不會對建筑結構產生影響。在對DPS進行安裝時，只需要機架中的部分空間，這樣就可保證預留空間滿足需要[4]。此外，并不需要專門為DPS提供電力電池室，如此就可保證空間得到更為充分的利用。

2.2 機架層面的模塊化

在現階段，國內不少的廠商對“微模塊”產品的重視程度提高很多。“微模塊”基本單位是一個機架，也可以是多個機架，能夠將制冷、供配電、網絡、監控、消防等予以整合，具有的功能和小型機房相同。所有的微模塊均保持獨立運行狀態，相互間并不會產生干擾。在工廠中就可完成組件的預制工作，運輸到現場就能夠快速完成搭建工作。此種設計方式能夠對數據中心建設起到促進作用，只要土建機構能夠滿足實際需要，依據容量需求就可對微模塊進行合理搭建。這里需要指出的是，在對微模塊進行配置的過程中，必須要依據實際需要來完成配置工作。無論數據中心是何種規模，利用微模塊均可在短時間內完成部署工作，而且它同時對監控、安防、設備管控等予以整合，使運維的智能化水平會有大幅提升。從當下的數據中心建設來看，微模塊理念得到普遍應用，而且產品也呈現出多樣性。但是建設標準、接口并沒有統一起來，而且不同廠家選擇的工藝結構也是存在差異的，所以在建設時只能夠采用固定廠家提供的軟件、硬件。微模塊技術的發展速度較快，將來必能夠完全取代傳統建設模式，并可保證數據中心的功能真正發揮出來。

2.3 機房層面的模塊化

要將微模塊的基礎作用充分發揮出來，須保證土建工程的施工質量，如此方可使得機房真正實現模塊化。比方說，“集裝箱”數據中心并不需要機房、土地，靈活性會有大幅提高，而且能夠在短時間內實現交付目的。目前在高校、銀行等場景運用較多，如華為在巴西麥肯錫大學的“集裝箱”數據中心項目，僅用4個月就完成了L1層建設和部署，PUE（電源使用效率）值達到1.55，與原有數據中心相比，降低了30%的總能耗[5]。“集裝箱”數據中心的缺點是，空間小且容易闖入，安全性、耐用性差，但是針對中、小型企業無機房的情況和臨時性、應急性數據中心的需求，有著明顯的優勢。隨著越來越多的企業加快數字化進程，邊緣數據中心逐漸興起，“集裝箱”數據中心將得到越來越廣泛的使用。

3 模塊化數據中心實施的關鍵技術

模塊化數據中心由不間斷電源系統、制冷系統、遠程檢測系統以及機架共同組成，選擇合適的接口來組合各個模塊，如此就可建成數據中心。對于電信運營商、互聯網企業來說，可從實際需要出發來完成數據中心的建設工作，而且當業務規模擴大之后，也可對數據中心進行擴張，這樣就可保證IT需求能夠真正得到滿足，企業擁有的計算能力也會大幅增強。想要保證模塊化數據中心能夠順利建成，下面幾點必須做到位。

（1）統一的基礎架構設計。在對模塊化數據中心進行建設時出現的問題是較多的，比方說，部件尺寸不符合要求，供配電無法滿足實際需要，走線孔數量不足等，若想保證這些問題能夠切實解決，必須要選擇擁有資質的供應商，確保開發、銷售、安裝、調試、服務等方面能夠真正統一起來，同時要制定出切實可行的解決方案，如此方可使得基礎架構順利建成，確保數據中心能夠發揮出作用。

（2）封閉冷通道。通過封閉冷通道能夠使得氣流組織效果更為理想，無謂制冷可以得到有效控制，制冷壓力會明顯降低，而且冷風、熱風相互交叉的現象也可切實避免，這樣一來，空調回風就會出現溫度增加的情況，蒸發器溫度也會有明顯提升，如此就可保證制冷的整體效率。從測試所得結果來看，通過此種方式可以使得機房的電量損耗有明顯降低。從表面來看，封閉冷通道的技術要求并不是很高，然而實際情況并非如此，采用的工藝必須達到要求，而且要對細節處理加以重視，選擇的材料在強度、隔熱性等方面應該要具有優勢，除此以外，走線孔設計質量要大幅提升，而且縫隙應具有良好的保密性。

（3）定制化的電池機架。對電池機架的選用應該慎重，也就是將使用的UPS作為基礎，采用定制化方式，除了要保證外觀更為協調，具有的承重能力也應該適當增加，并要保證安裝、維護不會受到任何影響，如此方可使得模塊化安裝順利完成，對電池的監控切實到位。

（4）模塊化UPS。對模塊化UPS進行安裝時應該要對功率單模塊加以重視，依據負載的實際情況來對熱插拔予以適當增減，占用空間也要切實減少，如此就可使得占地面積控制在合理的范圍內，而且空調能耗可以控制在合理的范圍內。

（5）環境控制系統。為了保證數據中心環境是最為合適的，利用精密空調就能夠實現調節目的，如此一來，服務器就可保持穩定的運行狀態。這里需要指出的是，IT設備發熱量較大，選用的機柜應該具有高通孔率，如此可以保證出風量大幅提升。機柜布置可以采用面對面或是背對背方式，確保冷熱隔離風道切實形成，這是保證制冷效率的可行途徑。有些場合存在功率密度過高的情況，局部熱點無法避免，如果處理不當，故障發生率就會增加。若想使得局部熱點能夠順利消除，應該要制定出可行的解決方案，比方說，可適當增加制冷終端，這樣可以使得局部制冷順利實現。

（6）智能監控系統。若想使得機房保持安全的運行狀態，應該要將監控系統的作用充分發揮出來，確保配電、安防以及消防等設備均處于監管之中，同時能夠及時完成數據采集、分析等工作，如此就可使得自動控制目的順利達成。眾所周知，機房中的一些模塊需要加強控制，若想保證達到預期效果，需要對智能控制以及電能分析等予以重點關注。除此以外，要對數據中心建設呈現出的特點有清晰的認知，在此基礎上制定出行之有效的監控系統方案，同時應保證各個模塊可以保持獨立運行，相互間不會產生影響。

4 推廣模塊化數據中心的舉措與建議

（1）產品的標準化和系列化。企業面對日益加大的競爭壓力，若想保證自身的發展更為穩健，必須要對管理、生產、建設等加以關注，確保符合既定的標準。從傳統數據中心的分析可知，其對設計、施工過于依賴，而且最終效果也和預期不相符，尤其是將來難以實現擴容。若想改變此種情況，必須要加強模塊化數據中心的建設工作，標準應該統一、完善，同時要確保產品能夠滿足實際需要，此時要對客戶需求以及建筑空間等加以關注，并提出可行的建設方案，這樣方可使得數據中心更加的可靠，維護也更為便捷，并可將能源消耗控制在合理的范圍內。

（2）設計的前瞻性和可復制性。在對模塊化數據中心進行設計時，前瞻性是必須要加以關注的，就是要對數據中心將來發展過程中可能產生的影響因素進行全面考慮，機械系統、電氣系統等均要納入其中，如此方可使得運營管理更具可控性。而要使分批建設能夠真正實現，采用的設計方案必須要具有可復制特征，采購、安裝、維護等流程均要能夠直接復制，如此可以保證初期投資大幅減少，后續運營管理也可順利展開。

（3）運行的安全性及高效化。傳統的數據中心空調系統采用靜壓箱設計，氣流循環路徑長達幾十米，氣流阻力很大，風機能耗浪費嚴重，需要額外冷卻整個數據中心的空氣，能量浪費嚴重。后期擴容時，由于后期增加的空調改變了整個靜壓箱的氣流、冷量等參數，從而會直接影響數據中心的制冷效果，反而會起到反作用。

5 結束語

模塊化的構建思路，使得數據中心的建設變得標準化、產品化、工業化、預置化，滿足快速部署、隨需部署、降低建設成本和維護成本等數據中心的建設要求，是未來全球數據中心發展的必然方向。