“雙碳”背景下小型數據中心建設分析

劉震寰

關鍵詞：小型數據中心；雙碳；建設

1引言

目前，IT設備實現了逐漸小型化的目標，并納入機架范圍內，在各個組織單位內部實現了信息化的建設，如醫院、學校以及商業銀行和企事業單位等，都搭建了自己的業務應用系統，實現了企業事業單位的小型數據中心，以及幾十個到數百個柜機的發展。在數據中心的建設使用過程中，在多方面因素的影響下，出現了能源效率較低且設備利用程度較低的問題，但此種類型的小型化數據中心的數量較多，大量使用會造成較大面積的資源能源浪費。基于此，在我國的碳中和戰略中，對小型數據中心提出了高能源和高設備利用率的要求，以實現我國的“雙碳”目標的建設。

2數據中心

數據中心是一個提供對應數據相關服務的綜合體，可以容納多個服務器以及計算機的設備、數據通信連接設備、冷卻設備以及安全裝置等。數據中心屬于新型的基礎設施中信息基礎內容發展的主要環節，可以極大地實現數字化和信息化的發展以及基礎部分的構建。

數據中心作為新型基礎設施建設的一部分內容，需要區別于一般的基礎設施建設。數據中心主要起源于通信產業領域，并逐漸擴展到金融、互聯網等領域，在不同的行業內呈現出了不同的特點。區別于交通、能源、水利以及公共建筑行業，數據中心具備更多的商業化屬性，可以實現我國基礎設施建設內涵的拓展和延伸。我們在建設的過程中需要把握數據特點，確保產業的發展朝著正確的方向前進。數據中心在產業發展中，具有四個方面的特點。其一，高能耗。數據中心的電力消耗主要來自通信和IT設備、制冷系統、供配電設備、照明以及其他設備的應用。2020年，數據中心的用電量已經達到了全社會總額的2．7%。當下，衡量數據中心用電效率的主要指標為電能的利用效率，數據中心的高能耗使人們朝著再生能源供給的方向進行研究和發展。其二，集約化。在數字化發展的狀態下，很多行業都參與到數據應用的浪潮中，其中互聯網行業、通信行業、金融機構以及冶金行業等都建立起了自己的數據中心，多方面產業化的集聚降低了能耗的成本，同時數據中心也在逐漸向著大型和超大規模的方向發展。其三，綠色化。數據中心的電力需求較大，但綠色環保屬于數據中心建立初期的一個主要因素，需要在各個環節進行提升用電效率的同時，實現可再生能源的應用。基于此，需要實現能源的降低和成本的減少。其四，利用租賃作為主要的經營方式，在數據中心的租賃形式方面主要可以分為批發型和零售型，批發的業務主要是面對體量較大的客戶。

3小型數據中心的建設現狀分析

對于中大型的數據中心建設而言，需要得到相關部門的批準且達到一定的要求，才可以實現啟動建設。但很多小型數據中心的建設，在招標通過完成后就可以進行建設，基于自身的業務需求進行構建，因此出現了很多小型數據中心。比如，在對湖北省的很多單位進行研究時，建設小型數據中心利用“房間級空調+密閉通道”的方式較多，此種建設方式下的小型數據中心存在多個方面的問題，由于在房間級的制冷作用下造成了偏低的功率密度狀態．IT機柜的最終利用率只有40％，功率的密度無法得到升級。在房間級的空調遠端的制冷功能中，需要確保送風溫度以及回風的溫度，由于送回風的距離較長且空調自身的功率較大且能耗較高，因此在節能效果方面較差。對于IT設備而言，如服務器以及存儲等，利用率較低且存在大量的算力和存儲等物資資源的浪費現象。再者，IT的應用系統缺少系統科學的規劃，在應用系統需求方面一般都利用招標采購的方式，因此大量的應用系統出現數據孤島現象。

4“雙碳”目標下小型數據中心建設改造的策略和措施

4.1規劃策略

企業在利用小型數據中心規劃時需要著眼于多個方面來進行分析。

（1）在建設規模方面需要契合建筑自身的實際需求。借助建筑的智能化水平、建筑類型以及建筑定位等多方面的關聯因素來對數據中心的建設規模進行有效確定。

（2）需要進行分級的重點考量，需要對經濟損失產生的程度因素進行分析和研究，在現階段充分的社會因素的影響和制約下，數據中心進行分級時應重點考慮經濟的損失程度，最終實現對數據中心等級的確定。

（3）需要靈活參考規范性能要求，在確定數據中心等級的實際需求后，對應的數據中心各項目的指標以及系統架構都需要按照規范標準進行建設，但是在進行數據中心的關鍵基礎設施建設的過程中，如供配電系統、UPS系統、空調系統等，都需要靈活地參考規范化的系統架構進行設備可靠性的提升，最終實現數據中心可靠性和穩定性的提升。比如，可以借助高冗余度的UPS系統來增加UPS系統電池備點時間以及提升空調系統的冗余度等。

（4）技術的先進性，數據中心建成之后一般設備的使用周期為8～10年，技術的先進性為數據中心安全運行提供基礎保障。與數據中心當下的技術相結合，可以對高密度的機柜、鋰電池、微模塊等進行研究應用，從而實現數據中心建筑空間的節約，最大限度地降低運維成本。

（5）合理的發展空間，隨著智能化以及物聯網的深入發展，企業在進行數據中心的應用過程中出現了較大的需求，發展速度也不斷增長，因此建設規劃需要對未來5～10年內的發展需求進行考慮。

4.2優化措施

（1）需要進行合理科學的規劃建設。很多單位在進行小型數據中心建設時，一般都是根據當前的需求進行建設，沒有考慮長遠規劃，著眼于當前或者近期問題的解決，沒有考慮本單位的信息系統在投入運行之后的可持續發展情況，因此很多單位內出現了多個小型數據中心，其構建了多個業務的應用系統，在各個業務應用系統之間出現了彼此孤立且數據不互通的現象，產生了信息化“煙囪”效應，此種建設規劃的方案缺乏前瞻性，造成大量能源、設備資源以及建筑空間等浪費。每一個單位的信息化在進行到一定階段時，需轉向深層次的狀態發展，在轉化的過程中需要解決數據的交換和治理、信息的共享、業務的協同以及應用集成等多個方面的問題。換言之，需要把業務的實現過程映射為數字世界，對信息系統在未來以及當下所需要支撐的業務種類進行分析，確保每一個業務應用系統都可以滿足服務的需求。在信息架構建設方面，需要對一些模型之間存在的關系進行重點梳理，如業務之間的關系、業務和應用之間的關系、業務和數據之間的關系。對于技術架構而言，需要從全局的角度來進行系統的科學規劃，分析出組成的部分、面臨的軟硬件技術的挑戰。在業務、應用、信息以及技術等架構的規劃下，使小型的數據中心建設可以更加節能，從而提高設備的利用效率。

（2）在模塊化的機房技術下實現數據中心物理底座的構建。在當前小型數據中心機房建設中，上文提到了主要利用“房間級空調+密閉通道”的方式來建設，但此種方式的成本較低且能耗較高，因此需要借助“行級空調+密閉通道”的方式來進行建設。此種方式主要是模塊化機房建設，對機房建筑的要求更低，且具備較高的適應程度，在設計布局方面趨于合理，機房的空間利用率也更高。利用模塊化的精確制冷方式來滿足高密的需求，且功率密度可以借助添加行級空調的方式來升級，同時不會對其他已有模塊產生影響，具備較為靈活的擴展優勢。

（3）在小型數據中心中可以應用云計算的技術。對于上文提到的湖北省某單位而言，單位的各級部門都根據自己的實際情況構建了滿足自身業務需求的應用系統，數據成為部門主導下的信息化“煙囪”，此種方式造成了大量的數據重復存儲，且浪費了存儲資源。對于當前計算機技術發展而言，云計算技術在小型的數據中心應用時可以大放異彩，并借助云計算技術，可以確保在計算、存儲以及網絡等方面實現基礎的資源池，產生統一化的計算資源池、資源存儲池以及網絡的資源池。利用云計算技術的服務化能力，使業務應用系統可以滿足計算、存儲以及網絡等多方面基礎資源的需求，對于基礎資源的利用程度可以實現穩步提升。云計算平臺一般都具備運維系統，使云內的設備狀態可以實現可視狀態，在提升運維效率的同時實現運維成本的降低。從現階段實踐中可以看出，其算力的利用率可以提高70％以上，存儲資源利用多種技術可以提升40%以上的利用率，如重刪壓縮以及ThinLUN等。在云計算技術的基礎上，確保計算以及存儲等基礎資源的能力可以得到最大化發揮，在減少設備采購的同時，達到電能的節約和能效的提升[1]。

（4）利用高密設備可以實現機柜空間的節約，降低對應的能耗。隨著現階段業務規劃需求的不斷增長，數據中心的運維主要通過增加機房空間來實現服務器以及存儲等設備的增加，實現更多算力資源以及存儲資源的應用。如果前期缺乏充分的規劃，很多時候將辦公室改成機房，再加上辦公室滿足不了機房的建設需求且需要進行加固、整改，因此產生了資金浪費的現象。采用高密設備建設數據中心，可以最大限度地提升數據中心的算力水平以及存儲水平，也可以增加數據中心每平方米的計算能力、存儲能力，從而滿足日益增長的業務計算和存儲需求。相比于原先的建設方案，其可以大幅度提高機房空間的利用率，實現整體功耗的降低[2]。

（5）光伏新能源也屬于數據中心電力資源提供的一種方式，但是在電力供給方面很容易受自然條件的制約和影響，對供電的連續性產生一定的影響，在儲能技術以及光伏新能源的技術融合下可以對供電的連續性和穩定性進行提升，實現數據中心能源結構的改變和轉換。基于此，可以借助間接蒸發冷卻解決方案來實現電力資源和水力資源的節約。在華為廊坊云數據中心中，利用iCooling的能效優化技術進行制冷能效的優化改進，科學合理地改進了參數的組合，達到了數據最優。也可以利用智能化的運維來對系統的安全性和運維效率進行提升。將AI智能特點進行融合，對數據中心的關鍵子部位以及容易損傷的部件壽命進行預測，確保系統和全鏈路的溫度以及圖像聲音等都可以實現預測性的維護，將被動地處置轉化為主動地預防，從根本上確保系統安全、可靠[3]。

5結束語

對于小型數據中心的建設而言，由于其能效較低且設備利用率較低，需要對其原有的運行方式進行改進，采用合理科學的建設方案，選擇單位空間算力、存儲密度較高的設備，以實現對數據中心能效和利用空間的提升及優化，最終實現我國的“雙碳”目標。