微模块数据中心的建设与发展

帅业明

（湖北邮电规划设计有限公司，湖北 武汉 430000）

0 引 言

传统数据中心建设具有周期长、扩展性弱和耗能高等缺点，实际工作中常出现各种问题，阻碍企业发展。微模块数据中心建设能解决这一问题，实现灵活部署IT资源，加快业务速度，已经得到越来越多数据中心建设者和营销者的青睐。

1 传统数据中心的缺点

传统数据中心的系统规划和建设与基础设施运行状态存在强耦合性。楼房建筑约束数据中心的发展，对后期数据的建设和运维造成了困难，主要缺点如下。第一，建设周期长。以往数据中心的建设包括总结、准备和运行。结合工程的实际情况，数据中心需要更多固定的内容，从而造成项目建设周期长的缺点。如果不能有效估算建设变化和业务要求，会延长数据中心建设的周期[1]。第二，扩展性不强。数据中心建设中，扩展能力很重要。以往数据中心建设规划需要评估未来十年的企业生产和业务发展，但是实际工作中不能有效预测未来业务的发展情况，出现机房过度建设和基础设施利用率低等情况，扩展业务时可能出现业务中断的情形，增加了经济成本。第三，耗能高。数据中心运行时可能造成大量的电力消耗。以往数据中心电能消耗管理方面不能实现优化管理，通常计算机硬件、冷却系统和照明设备常出现能效消耗指标增高的情况。

2 微模块数据中心的优点

2.1 扩展灵活

微模块数据中心具有快速部署、降低规划时间、增加设计与建设速度以及减短建设周期等优点，对项目选址要求不高，只需有水、电和网络即可。同时，机房和各类工程规划完成相互解耦，既能紧密联系，又能分开工作，提升了工程施工效率。微模块数据中心对大楼建设要求明确，项目主体基础设施建设完成后，数据中心有关模块才能根据实际情况部署下一步工作。另外，模块化数据中心能根据设计方案科学配置系统结构，提升规划设计的速度。例如，通过模块批量生产缩短供货时间，不仅提升了施工效率，而且生产结束后即可测试产品，实现了系统调试和统一标准，提高了故障排除效率，降低了基础设施建设的工作量。总而言之，微模块化数据中心能实现电力供应，安装、升级和移动模块时具有灵活扩展和批量复制等优点，不需重新设计。

2.2 节约成本

微模块数据中心运行过程中，电力成本的控制功能很强大。微模块数据中心有独立的工作和维护空间，采用标准化接口，基础设施也按照此形式规划。数据中心新添加IT设备时还能进一步扩展，令供电、制冷和实际负载统一，降低设备部署时间，提升工作效率，节约能源消耗并减少成本。另外，模块化数据中心配置了高级精密空调，以配合密闭通道，完成密封冷热通道，使近热源部分直接送风，减短气流通路。冷热通道能有效隔离气流，使冷热气流互不干扰，实现空调就近制冷，热源转移，提升空调运行效率，减少不必要的能源消耗，实现能源保护并节约成本。

2.3 智能管理

微模块数据中心具有智能管理和集中监控系统，可实时监控、集中管理数据，保证数据中心高效、可靠运行。其中，监控系统主要面向微模块数据中心的基础设施，如实时监控制冷、配电和安防等子系统的运行状态。监控过程中使用分层结构，分为数据采集、运算、处理和智能管理等平台，能实时采集和处理设备、配件和运行环境等数据，实现数据机房的全面化管理，提高微模块数据中心的开放性、实用性。智能管理系统对数据机房进行分层等精细化管理，利用精准的数据分析确定能源消耗，进而制定有效的管理方案，实现智能管理。

3 微模块数据中心的建设

3.1 整体组成

如果建立微模块中心机房，需由多种构建组成，如服务器机柜、天窗、列间空调、顶部线槽和底座等。从整体系统上来说，微模块中心机房可分为制冷系统、消防系统、结构系统和监控系统等[2]。其中，制冷系统使用列间精密空调；消防系统由消防门禁、天窗磁力锁和烟感等构成，由数据中心机房控制，完成消防灭火等动作；结构系统使用双排机柜冷热通道密封等方法；监控系统实现24 h全面监控和动态耗能显示等，完成与上层云管理系统的结合。此外，还有红外入侵、门禁、视频监控等防范技术。

3.2 微模块电气系统

第一，配电系统。为了提升微模块数据中心的实用性，配电系统使用双路市电输入形式，将ATS转变为UPS后再连接到IT机柜。此外，可以直接引市电到IT机柜中，保证所有服务器机柜中的IT负载都提供一路UPS电源供电，符合机房对电力的要求。为了提升微模块使用性能和实用性，电源使用模块化UPS配置。为了加强机房安全性，安防、监控和消防系统需要传感器不断工作，这时可增添小型UPS设备为其供电。通过精密配电柜中的智能电量仪，丰富监控系统中的运行数据，并通过精密配电柜系统监控电源的开关状态，添加防雷装置，为电源供应提供保障。

第二，PDU。它经常装置在服务器机柜中，为IT设备提供电源。一般情况下，使用3 kW功率的PDU即可，每个服务器机柜中安装2个交流PDU。

第三，接地。微模块实施接地过程中，既要保证操作人员的安全，又要保证设备的正常运行。微模块中，电源等主要部件中的重要元件（如金属导体）要做等位连接。对外接地过程中，要将机房接地，汇集底座接地点，使用两色单芯绝缘阻软电缆进行连接。值得注意的是，所有机柜中的电缆都要满足国家标准，以保证电气系统的安全性。

第四，照明。为模块数据中心中安装平板LED照明工具，一般在冷通道顶侧，照明度大于500 lx，满足工作人员工作时对灯光的需求。

3.3 微模块制冷系统

第一，气流组织。微模块中，空调系统、电源柜和UPS柜等组成一个密闭通道，完成冷热空气的隔离。微模块数据中心一般使用水平风制冷，前部两面送风，正面送风角度小于90°。如果冷空气和热源靠近，可减短送风距离，降低气流，避免压力损失和冷空气泄漏等，提升资源利用率。

第二，列间空调。数据中心的列间空调具有许多特点：（1）背面安装，方便更换过滤器；（2）通过风力控制温度；（3）设置独立的控制系统，有液晶平面显示送风温度、风量、风向和运行状态等参数；（4）具有记忆功能，如果空调异常断电，接通后恢复之前的运行状态；（5）实现多个空调互联，可以群控，实现整体休眠和运行等，每台设备中有统一的控制器，可以统一控制；（6）空调中有警告系统，如果出现故障、异常断电、温度异常等，能主动警告；（7）动态制冷，可快速变化，适应机房负荷，降低压缩机停止次数，提升空调运行稳定性；（8）使用电子膨胀阀，保证变容量压缩机正常运行。

3.4 消防系统

消防系统在数据中心的作用是探测火灾、发送警报和设备联动等，由消防门禁控制箱、天窗磁力锁和烟感等组成。烟感安装在密闭冷通道上侧，天窗磁力锁安置在天窗上，消防门禁控制箱安置在微模块顶部。消防设备还要添加控制电源和运行电源，由数据中心联动控制。如果数据中心中某一点出现大量烟雾，微模块就能勘测到烟雾，并向数据中心机房的控制器部门上报信息，消防门禁控制箱向监控系统输送警告信号，产生报警。此时，自动系统切断天窗磁力锁电源，打开天窗，关闭空调，消防喷头进行灭火。

另外，微模块对数据中心中消防系统提出了几点要求。第一，数据中心中大多设备为电子产品，如果进水可能会造成严重后果。因此，机房中消防喷头中要放置气体，减少损失产生，一般由业主完成。第二，多个微模块一起工作时，可使用集中式灭火系统，与数据中心消防结合，提升消防效率[3]。第三，消防系统中各个设备要达到当地消防局的相关标准，保证设备使用的长久性和安全性。

4 微模块数据中心的发展

微模块在数据中心的建设，促使政企市场快速进入云计算时期。第一，随着IT行业的发展，越来越多的企业建立数据中心，即使是中小企业，数据中心也日益成熟。第二，政府部门开始重视数据中心的构建，尝试与专业IT企业合作，以市为中心建立云计算数据中心，为中小型企业提供云服务，将云计算从概念阶段转向实用阶段。数据中心作为运用云计算服务的主要部门，随着技术的不断发展，不断趋向专业和集中。微模块数据中心就是在这种背景下产生的一种新型部署形式。另外，云计算的主要特点是灵活扩展，正是完成数据中心弹性化部署的重要环节。由于微模块数据中心建设过程中对IT的需求大，而IT行业中的新型技术往往出自互联网，因此我国大型互联网企业再次走向行业前列。目前，多层数据中心的微模块建设已经逐渐成为我国数据中心探索的重要方向。