预制模块化数据中心的全球趋势与案例

Posted 2021-04-27 UPS应用

从上世纪40年代第一台电子管计算机问世开始,保障这台计算机系统运行的机房就出现了,它就是现在的数据中心雏形。数据中心的建设发展要随着应用需求的变化而变化,至今已经历了四代,而IT界的摩尔定律魔咒也注定它还会继续发展变化下去。

数字经济促进数据中心建设持续增长

　　数字经济的发展需求促进了云计算、移动互联、物联网、大数据等技术不断融合发展,也驱动数据中心服务商和用户在数据中心建设和服务上的投资不断扩大。

　　从全球数据中心建设发展来看,美国仍然保持市场领导地位,在产品、技术、标准等方面都引领全球的数据中心市场发展。2016年美国数据中心IT投资规模达到842亿美元,占全球的40.4%。根据房地产研究公司CBRE的最新数据显示,2017企业和基金在美国的数据中心建设投资规模已经达到了182亿美元,到年底有望超越过去三年的总和。欧洲的数据中心规模也在稳步增长,2016年投资规模达到365亿美元,比上年增长了27%,全球占比17.5%。CBRE数据中心解决方案董事AndrewJey表示,“2017年欧洲数据中心容量将至少增长100MW,将成为发展最迅猛的一年。”亚太区域也是全球数据中心市场的亮点,2016年与上年同期相比增长了13.3%,投资规模达到520亿美元(未计算日本)。中国市场的快速发展成为促进亚太数据中心增长的主力,以“互联网+”为代表的大数据、云计算、物联网等新技术、新应用、新模式正不断推动企业和行业的转型、创新与增长。来自赛迪顾问的数据显示,2016年中国数据中心IT投资规模达到2410亿元人民币,比上年同期增长16.8%。图1给出了全球数据中心投资规模与趋势。

传统数据中心建设模式不能满足时代需求

　　数据中心建设快速增长是因为经济发展及市场应用的时代需求,而这种需求不只是体现在数据中心的建设数量,同时还有质量。当下,传统数据中心建设模式的弊端正逐步显现,越来越不能满足市场应用的时代需求。这些弊端主要体现在以下几个方面:

建设周期长,灵活性差

　　传统数据中心的建设周期一般要花费12至18个月的时间,甚至更长,在此期间一般还会遇到设计变更、工程界面协调、通信协议解析等问题,导致最终交付的成品跟事先设计的预期不完全一样。漫长的建设周期会延迟数据中心创造效益,还可能使建成的数据中心落后于市场发展,降低企业竞争力。同时,传统数据中心建成以后也很难进行扩容改造,不能灵活适应市场需求的变化。

功率密度难以做高

　　大数据时代“要因果也要相关”,信息传输由文字到图片再到视频,这些特点都促进数据量呈指数级上升。在物联网时代,一辆无人驾驶汽车每天将产生4TB的数据量,一家智能制造工厂每天将产生1PB的数据量,而一家云视频供应商每天将产生750PB的数据量。这些应用对数据中心基础设施的压力陡增,而寸土寸金的数据中心不可能无限量地扩大建设面积,高功率密度建设正在成为行业趋势。传统数据中心一般采用房间级下送风制冷或者简单的冷通道封闭,很难满足高功率密度的需求。

高成本

　　高成本主要体现在建设初期的一步到位使初期投资大,而建成初期的业务量小,使数据中心工作在低载低效的状态下,电力损耗巨大。同时,机房的建制成本、管理维护成本,以及因建设周期长而延迟创造效益的间接成本,共同推高了总拥有成本。

维护和管理不便

　　设备厂商的不统一、接口及协议的不一致以及建制过程中的人为调整,使传统数据中心的维护和管理比较困难,管理人员将付出较多的时间和精力。

预制模块化数据中心带来变革

　　预制模块化数据中心是指根据项目需求,于工厂内部完成数据中心所需基础设施单元的有机组合,到项目现场重新拼装即可投入使用的数据中心,是一种预工程化的方案式产品。其拼装后的成品和拼装所需的基础设施单元都可看作一个独立的模块,具有模块化的功能性、独立性、组合性和互换性特征。

　　集装箱数据中心是预制模块化数据中心的典型代表,它将数据中心基础设施部署在一个或多个20或40呎的集装箱内,搬运方便、部署快速,可移动、可扩容和可更换,安装场地几乎不受自然环境的限制,可应用于军事、矿藏勘探点或者远洋考察船,也可作为边缘区域的数据中心或者灾备数据中心。它的功率密度可达传统数据中心的6倍,而建制成本不到传统数据中心的一半。

　　微模块数据中心是由集装箱数据中心演变来的,当应用于室内时,省去集装箱数据中心的外壳(集装箱),同时又保留了集装箱数据中心的大部分优点。

　　集装箱数据中心和微模块数据中心是预制模块化数据中心的典型代表,但不是全部,其它由定制的数据中心基础设施组合搭建而成的数据中心也可看作预制模块化数据中心。预制模块化数据中心带来了数据中心建设模式的变革,主要体现在以下几个方面:

All In One,无需分区

　　不需要像传统数据中心那样于规划建设之初先做功能分区,预制模块化数据中心可以将传统数据中心的主机房、动力机房、空调机房的功能有机地组合在模块内,从而简化设计,节省机房面积。

工厂预制,流水线生产

　　预制模块化数据中心所需的基础设施,像机柜、空调、UPS和列头柜,以及相互之间的网络、布线、监控,甚至天窗、照明、门禁、挡板和支架,包括彼此连接的每一个端子都由工厂预制完成。工厂流水线生产保证了工程质量,提升了数据中心可靠度。

快速泊位、标准化安装

　　工程现场只是将预制模块进行简单地拼装,逐个泊位就行了,每一个模块及每一个模块的内部结构都遵循标准化的安装程序。这种建设模式简化了工程量,降低了工程难度,缩短了建设工期,也降低了成本。传统需要一到两年建成的数据中心,现在一到两个月即可完成。

复制粘贴,所见即所得

　　预制模块化数据中心可以按需建制,随需扩容,现有模块什么样,扩容后的模块就是什么样,所见即所得。这种灵活性可以使数据中心分期投资,提升整体运营效率。

高密度,低成本

　　预制模块化数据中心一般采用列间水平送风空调就近制冷,送风均匀,没有温度梯度,配合冷/热通道封闭,以及严密的气流组织管理,可以极大地提升机房冷气利用率,从而实现单机柜20kW甚至更高功率密度的机房制冷,同时也节省了机房空间及电费,降低了PUE值。

一站式专业服务

　　预制模块化数据中心的方案式产品特性也决定了它可以实现厂商一站式专业服务,不会出现不同厂商相互推诿,责任无法判定的情况。配合先进、人性化的机房管理软件,可以使机房管理人员随时掌控整个数据中心的运行状况。

预制模块化数据中心建设案例

　　与传统数据中心相比,预制模块化数据中心具有明显的优势,所以各国于政策和应用面都在促进预制模块化数据中心的建设。我国国务院于2016年12月印发的《“十三五”国家信息化规划》提出增加IT项目投资及逐步控制新建数据中心的PUE值(2018年不高于1.5,2020年不高于1.4),在《云计算发展三年行动计划(2017-2019年)》中明确要在绿色数据中心、模块化数据中心方面实现技术与产品的突破。

　　国外像IBM、微软、谷歌等互联网企业已率先采用预制模块化数据中心。比如Google对外展示的美国俄勒冈模块化数据中心,由45个集装箱组成,每个箱内装载了1160台定制服务器,总功率达到100MW,PUE值为1.25,曾引起广泛关注。

　　国内像腾讯、百度、阿里巴巴等互联网企业的数据中心也在沿着租赁—自建—定制的模式发展。2016年9月12日,阿里巴巴张北数据中心一号、二号园区启用,这是阿里巴巴在张北规划的总计200亿元云基地投资中的一部分,也是阿里巴巴各项核心业务在北方最重要的基础设施。张北冬季气温低达-38℃,长达半年不能施工,而阿里巴巴能在一年之内建起两座大型数据中心的根本秘诀就是采用了预制模块化建设模式。

　　与市场需求相适应,各大数据中心基础设施供应商也都推出模块化数据中心解决方案,比如华为的FusionModule系列、艾默生的SmartAisle系列、台达的MDC系列等等。其中台达作为全球电源管理与散热解决方案领导厂商,以及全球数据中心基础设施解决方案供应商,对数据中心的行业需求具有深刻的理解,对数据中心解决方案的提供也具有足够的实力,其推出的MDC模块化数据中心解决方案包括灵动系列、易动系列和云动系列,覆盖了由小型到中大型,以及集装箱数据中心解决方案,应用案例正扩至全球(见图2)。

　　贵安绿色隧道数据中心建在隧道里面,满载12个集装箱,6000台服务器,储存量达3亿GB,整个数据中心全部采用自然风冷,大大降低了运营成本。

　　某操作系统领导厂商建于澳大利亚的预置模块化数据中心(见图3),每一个数据馆IT负载为3MW,搭配4个电源模块,总供电容量达到数十MW。

结束语

END

数字经济促进数据中心建设持续增长,而传统数据中心的建设模式越来越不能满足时代需求,预制模块化数据中心带来数据中心建设模式的变革,成为现阶段数据中心建设的发展趋势,正在全球逐步应用,未来必将得到快速发展。而随着经济发展和应用需求的变化,数据中心建设模式的变革也不会止步,还将会不断地发展下去。（来源：《UPS应用》杂志）

作者简介

张彦和(1972-)：男,河南濮阳,汉族,大学学历,内聘高级工程师、讲师,中国电源学会高级会员,从事UPS及数据中心基础设施工作20年。曾发表技术文章十多篇,合著《数据中心基础设施设计与建设》一书。

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