数据中心模块化构建思路分析

李云飞

（中国电信股份有限公司深圳分公司，广东 深圳 518048）

现阶段，很多行业对数据中心的需求大幅增加，数据中心建设模式也出现明显的变化，为了保证建设工作顺利展开，模块化构建思路应运而生。而要保证数据中心建设效果更为理想，必须对其展开全面分析，并对投资、环保等方面进行重点关注，了解存在的优点与不足，并将适用场景予以明确。

1 传统数据中心面临的主要问题

（1）空调系统。传统数据中心的建设一般采用地板下送风方案，为了保证机柜能够正常发挥作用，应该要确保冷热通道摆放合理，如此可以保证气流路径更加合理，循环效果更为理想。此种方案的优势是明显的，资金投入不大，而且噪音控制效果更为理想，并可保证美观性有大幅提升。但是，单机柜发热量持续增加之后，若想保证出风量能够切实提高，一定要对地板下静压予以提升，而要达成这个目的，地板高度则要适当抬升。空气本就具有黏度，气流大幅增加之后则会导致气流紊流的几何性变得较大，而这会导致送风效率明显降低。

（2）UPS。机房刚刚建成后，系统容量配置如果未能控制到位，出现低载运行情况的话，UPS效率就会降低很多[1]。当然，UPS配置容量相对较小，那么实际的业务需求就难以得到满足，后期扩容难度较大。在现阶段，IT需求呈现出大幅增加的趋势，这就使得数据中心业务加速发展，然而也呈现出不确定特征，尤其是UPS建设呈现出重复性，资金投入明显增加。对UPS房以及电池房进行单独建设时，空调制冷也是不可缺少的，如此就会使得投资大幅增加。因此，在进行UPS建设时应该将模块化作为主要的发展方向，如此可以使得问题真正得到解决。市场中现有的模块化UPS能够实现扩容目的，而且在低负载率状态之下也可使得节能目标切实达成。

（3）机柜系统。机柜系统的传统设计重视承重、供电等方面的性能，而通孔率、线缆管理、能耗管理等方面并未得到重视。为了保证制冷效率有明显提高，通孔率是不可忽视的，应该确保气流不会受到阻碍，这样可以使得散热效果达到预期效果。此外，机柜接地也是不可忽视的，因为机房散发的热量非常大，与服务器距离较近的机柜区域更是长时间处于高温中，而且湿度较低，就会产生静电电压，如果接地不合理，就会发生静电危险，所以要将接地线缆、接地铜排配置到位[2]。规模不大的数据中心并不会设置监控设备，若想保证机柜供电管理能够真正达成，要将智能PDU的作用充分发挥出来。机柜当中的全部配电均要纳入监控范围，应该对机柜负载分配是否平衡有清晰的认知，同时保证设备能够真正实现远程管控。机柜必须要具有良好的兼容性，这就要求厂商对数据中心有全面的认知，如此方可完成系统设计工作，产品的兼容性能够切实提高。

2 数据中心模块化构建思路

2.1 设备层面的模块化

从电源设备角度来说，采用模块化UPS的解决方案，可以对整流、滤波、逆变器等予以摒弃，只需要功率模块就能够完全代替，通过模块化设计能够保证柜内冗余得以实现，UPS设备可靠性会有明显提升，而且系统投资也会有明显降低[3]。传统的UPS大容量单机，若要实现设计的N+1冗余，需要至少配置1套同等容量的大容量单机才能实现，模块化解决方案则是将容量颗粒度做小，在配置冗余容量时也可以做小，再加上机房实际上架设备负荷的时候有个逐渐增加的过程，这样可以有效体现出模块化解决方案按需灵活配置的优势。当设备尺寸完全相同时，占用面积会切实减少，减少幅度可达50%。在系统刚刚建成时，业务量并不高，而传统UPS的负载率也显得较为低下，通过采用模块化UPS则能够确保配置更为灵活。当负载增加之后，解决方式就是对模块予以适当扩充。对模块化UPS设备予以分析可知，控制模块、旁路模块均能够做到热插拔，因而对模块进行更换是较为简单的，所需时间也不长。当设备发生故障时，很快就能排除，设备维护更为便捷。另外一种模块化方式是DPS，此种供电方式呈现出分散特征，如果发生故障，一台DPS只能够对单个机架产生影响，和集中供电UPS进行比较可知，可以保证故障范围得到有效控制，系统具有的可靠性也会大幅提升。DPS多为锂电池，其在绿色环保方面具有明显的优势，体积并不大，质量较轻，而且可采用分散安装方式，因而不会对建筑结构产生影响。在对DPS进行安装时，只需要机架中的部分空间，这样就可保证预留空间满足需要[4]。此外，并不需要专门为DPS提供电力电池室，如此就可保证空间得到更为充分的利用。

2.2 机架层面的模块化

在现阶段，国内不少的厂商对“微模块”产品的重视程度提高很多。“微模块”基本单位是一个机架，也可以是多个机架，能够将制冷、供配电、网络、监控、消防等予以整合，具有的功能和小型机房相同。所有的微模块均保持独立运行状态，相互间并不会产生干扰。在工厂中就可完成组件的预制工作，运输到现场就能够快速完成搭建工作。此种设计方式能够对数据中心建设起到促进作用，只要土建机构能够满足实际需要，依据容量需求就可对微模块进行合理搭建。这里需要指出的是，在对微模块进行配置的过程中，必须要依据实际需要来完成配置工作。无论数据中心是何种规模，利用微模块均可在短时间内完成部署工作，而且它同时对监控、安防、设备管控等予以整合，使运维的智能化水平会有大幅提升。从当下的数据中心建设来看，微模块理念得到普遍应用，而且产品也呈现出多样性。但是建设标准、接口并没有统一起来，而且不同厂家选择的工艺结构也是存在差异的，所以在建设时只能够采用固定厂家提供的软件、硬件。微模块技术的发展速度较快，将来必能够完全取代传统建设模式，并可保证数据中心的功能真正发挥出来。

2.3 机房层面的模块化

要将微模块的基础作用充分发挥出来，须保证土建工程的施工质量，如此方可使得机房真正实现模块化。比方说，“集装箱”数据中心并不需要机房、土地，灵活性会有大幅提高，而且能够在短时间内实现交付目的。目前在高校、银行等场景运用较多，如华为在巴西麦肯锡大学的“集装箱”数据中心项目，仅用4个月就完成了L1层建设和部署，PUE（电源使用效率）值达到1.55，与原有数据中心相比，降低了30%的总能耗[5]。“集装箱”数据中心的缺点是，空间小且容易闯入，安全性、耐用性差，但是针对中、小型企业无机房的情况和临时性、应急性数据中心的需求，有着明显的优势。随着越来越多的企业加快数字化进程，边缘数据中心逐渐兴起，“集装箱”数据中心将得到越来越广泛的使用。

3 模块化数据中心实施的关键技术

模块化数据中心由不间断电源系统、制冷系统、远程检测系统以及机架共同组成，选择合适的接口来组合各个模块，如此就可建成数据中心。对于电信运营商、互联网企业来说，可从实际需要出发来完成数据中心的建设工作，而且当业务规模扩大之后，也可对数据中心进行扩张，这样就可保证IT需求能够真正得到满足，企业拥有的计算能力也会大幅增强。想要保证模块化数据中心能够顺利建成，下面几点必须做到位。

（1）统一的基础架构设计。在对模块化数据中心进行建设时出现的问题是较多的，比方说，部件尺寸不符合要求，供配电无法满足实际需要，走线孔数量不足等，若想保证这些问题能够切实解决，必须要选择拥有资质的供应商，确保开发、销售、安装、调试、服务等方面能够真正统一起来，同时要制定出切实可行的解决方案，如此方可使得基础架构顺利建成，确保数据中心能够发挥出作用。

（2）封闭冷通道。通过封闭冷通道能够使得气流组织效果更为理想，无谓制冷可以得到有效控制，制冷压力会明显降低，而且冷风、热风相互交叉的现象也可切实避免，这样一来，空调回风就会出现温度增加的情况，蒸发器温度也会有明显提升，如此就可保证制冷的整体效率。从测试所得结果来看，通过此种方式可以使得机房的电量损耗有明显降低。从表面来看，封闭冷通道的技术要求并不是很高，然而实际情况并非如此，采用的工艺必须达到要求，而且要对细节处理加以重视，选择的材料在强度、隔热性等方面应该要具有优势，除此以外，走线孔设计质量要大幅提升，而且缝隙应具有良好的保密性。

（3）定制化的电池机架。对电池机架的选用应该慎重，也就是将使用的UPS作为基础，采用定制化方式，除了要保证外观更为协调，具有的承重能力也应该适当增加，并要保证安装、维护不会受到任何影响，如此方可使得模块化安装顺利完成，对电池的监控切实到位。

（4）模块化UPS。对模块化UPS进行安装时应该要对功率单模块加以重视，依据负载的实际情况来对热插拔予以适当增减，占用空间也要切实减少，如此就可使得占地面积控制在合理的范围内，而且空调能耗可以控制在合理的范围内。

（5）环境控制系统。为了保证数据中心环境是最为合适的，利用精密空调就能够实现调节目的，如此一来，服务器就可保持稳定的运行状态。这里需要指出的是，IT设备发热量较大，选用的机柜应该具有高通孔率，如此可以保证出风量大幅提升。机柜布置可以采用面对面或是背对背方式，确保冷热隔离风道切实形成，这是保证制冷效率的可行途径。有些场合存在功率密度过高的情况，局部热点无法避免，如果处理不当，故障发生率就会增加。若想使得局部热点能够顺利消除，应该要制定出可行的解决方案，比方说，可适当增加制冷终端，这样可以使得局部制冷顺利实现。

（6）智能监控系统。若想使得机房保持安全的运行状态，应该要将监控系统的作用充分发挥出来，确保配电、安防以及消防等设备均处于监管之中，同时能够及时完成数据采集、分析等工作，如此就可使得自动控制目的顺利达成。众所周知，机房中的一些模块需要加强控制，若想保证达到预期效果，需要对智能控制以及电能分析等予以重点关注。除此以外，要对数据中心建设呈现出的特点有清晰的认知，在此基础上制定出行之有效的监控系统方案，同时应保证各个模块可以保持独立运行，相互间不会产生影响。

4 推广模块化数据中心的举措与建议

（1）产品的标准化和系列化。企业面对日益加大的竞争压力，若想保证自身的发展更为稳健，必须要对管理、生产、建设等加以关注，确保符合既定的标准。从传统数据中心的分析可知，其对设计、施工过于依赖，而且最终效果也和预期不相符，尤其是将来难以实现扩容。若想改变此种情况，必须要加强模块化数据中心的建设工作，标准应该统一、完善，同时要确保产品能够满足实际需要，此时要对客户需求以及建筑空间等加以关注，并提出可行的建设方案，这样方可使得数据中心更加的可靠，维护也更为便捷，并可将能源消耗控制在合理的范围内。

（2）设计的前瞻性和可复制性。在对模块化数据中心进行设计时，前瞻性是必须要加以关注的，就是要对数据中心将来发展过程中可能产生的影响因素进行全面考虑，机械系统、电气系统等均要纳入其中，如此方可使得运营管理更具可控性。而要使分批建设能够真正实现，采用的设计方案必须要具有可复制特征，采购、安装、维护等流程均要能够直接复制，如此可以保证初期投资大幅减少，后续运营管理也可顺利展开。

（3）运行的安全性及高效化。传统的数据中心空调系统采用静压箱设计，气流循环路径长达几十米，气流阻力很大，风机能耗浪费严重，需要额外冷却整个数据中心的空气，能量浪费严重。后期扩容时，由于后期增加的空调改变了整个静压箱的气流、冷量等参数，从而会直接影响数据中心的制冷效果，反而会起到反作用。

5 结束语

模块化的构建思路，使得数据中心的建设变得标准化、产品化、工业化、预置化，满足快速部署、随需部署、降低建设成本和维护成本等数据中心的建设要求，是未来全球数据中心发展的必然方向。