“双碳”背景下小型数据中心建设分析

刘震寰

关键词：小型数据中心；双碳；建设

1引言

目前，IT设备实现了逐渐小型化的目标，并纳入机架范围内，在各个组织单位内部实现了信息化的建设，如医院、学校以及商业银行和企事业单位等，都搭建了自己的业务应用系统，实现了企业事业单位的小型数据中心，以及几十个到数百个柜机的发展。在数据中心的建设使用过程中，在多方面因素的影响下，出现了能源效率较低且设备利用程度较低的问题，但此种类型的小型化数据中心的数量较多，大量使用会造成较大面积的资源能源浪费。基于此，在我国的碳中和战略中，对小型数据中心提出了高能源和高设备利用率的要求，以实现我国的“双碳”目标的建设。

2数据中心

数据中心是一个提供对应数据相关服务的综合体，可以容纳多个服务器以及计算机的设备、数据通信连接设备、冷却设备以及安全装置等。数据中心属于新型的基础设施中信息基础内容发展的主要环节，可以极大地实现数字化和信息化的发展以及基础部分的构建。

数据中心作为新型基础设施建设的一部分内容，需要区别于一般的基础设施建设。数据中心主要起源于通信产业领域，并逐渐扩展到金融、互联网等领域，在不同的行业内呈现出了不同的特点。区别于交通、能源、水利以及公共建筑行业，数据中心具备更多的商业化属性，可以实现我国基础设施建设内涵的拓展和延伸。我们在建设的过程中需要把握数据特点，确保产业的发展朝着正确的方向前进。数据中心在产业发展中，具有四个方面的特点。其一，高能耗。数据中心的电力消耗主要来自通信和IT设备、制冷系统、供配电设备、照明以及其他设备的应用。2020年，数据中心的用电量已经达到了全社会总额的2．7%。当下，衡量数据中心用电效率的主要指标为电能的利用效率，数据中心的高能耗使人们朝着再生能源供给的方向进行研究和发展。其二，集约化。在数字化发展的状态下，很多行业都参与到数据应用的浪潮中，其中互联网行业、通信行业、金融机构以及冶金行业等都建立起了自己的数据中心，多方面产业化的集聚降低了能耗的成本，同时数据中心也在逐渐向着大型和超大规模的方向发展。其三，绿色化。数据中心的电力需求较大，但绿色环保属于数据中心建立初期的一个主要因素，需要在各个环节进行提升用电效率的同时，实现可再生能源的应用。基于此，需要实现能源的降低和成本的减少。其四，利用租赁作为主要的经营方式，在数据中心的租赁形式方面主要可以分为批发型和零售型，批发的业务主要是面对体量较大的客户。

3小型数据中心的建设现状分析

对于中大型的数据中心建设而言，需要得到相关部门的批准且达到一定的要求，才可以实现启动建设。但很多小型数据中心的建设，在招标通过完成后就可以进行建设，基于自身的业务需求进行构建，因此出现了很多小型数据中心。比如，在对湖北省的很多单位进行研究时，建设小型数据中心利用“房间级空调+密闭通道”的方式较多，此种建设方式下的小型数据中心存在多个方面的问题，由于在房间级的制冷作用下造成了偏低的功率密度状态．IT机柜的最终利用率只有40％，功率的密度无法得到升级。在房间级的空调远端的制冷功能中，需要确保送风温度以及回风的温度，由于送回风的距离较长且空调自身的功率较大且能耗较高，因此在节能效果方面较差。对于IT设备而言，如服务器以及存储等，利用率较低且存在大量的算力和存储等物资资源的浪费现象。再者，IT的应用系统缺少系统科学的规划，在应用系统需求方面一般都利用招标采购的方式，因此大量的应用系统出现数据孤岛现象。

4“双碳”目标下小型数据中心建设改造的策略和措施

4.1规划策略

企业在利用小型数据中心规划时需要着眼于多个方面来进行分析。

（1）在建设规模方面需要契合建筑自身的实际需求。借助建筑的智能化水平、建筑类型以及建筑定位等多方面的关联因素来对数据中心的建设规模进行有效确定。

（2）需要进行分级的重点考量，需要对经济损失产生的程度因素进行分析和研究，在现阶段充分的社会因素的影响和制约下，数据中心进行分级时应重点考虑经济的损失程度，最终實现对数据中心等级的确定。

（3）需要灵活参考规范性能要求，在确定数据中心等级的实际需求后，对应的数据中心各项目的指标以及系统架构都需要按照规范标准进行建设，但是在进行数据中心的关键基础设施建设的过程中，如供配电系统、UPS系统、空调系统等，都需要灵活地参考规范化的系统架构进行设备可靠性的提升，最终实现数据中心可靠性和稳定性的提升。比如，可以借助高冗余度的UPS系统来增加UPS系统电池备点时间以及提升空调系统的冗余度等。

（4）技术的先进性，数据中心建成之后一般设备的使用周期为8～10年，技术的先进性为数据中心安全运行提供基础保障。与数据中心当下的技术相结合，可以对高密度的机柜、锂电池、微模块等进行研究应用，从而实现数据中心建筑空间的节约，最大限度地降低运维成本。

（5）合理的发展空间，随着智能化以及物联网的深入发展，企业在进行数据中心的应用过程中出现了较大的需求，发展速度也不断增长，因此建设规划需要对未来5～10年内的发展需求进行考虑。

4.2优化措施

（1）需要进行合理科学的规划建设。很多单位在进行小型数据中心建设时，一般都是根据当前的需求进行建设，没有考虑长远规划，着眼于当前或者近期问题的解决，没有考虑本单位的信息系统在投入运行之后的可持续发展情况，因此很多单位内出现了多个小型数据中心，其构建了多个业务的应用系统，在各个业务应用系统之间出现了彼此孤立且数据不互通的现象，产生了信息化“烟囱”效应，此种建设规划的方案缺乏前瞻性，造成大量能源、设备资源以及建筑空间等浪费。每一个单位的信息化在进行到一定阶段时，需转向深层次的状态发展，在转化的过程中需要解决数据的交换和治理、信息的共享、业务的协同以及应用集成等多个方面的问题。换言之，需要把业务的实现过程映射为数字世界，对信息系统在未来以及当下所需要支撑的业务种类进行分析，确保每一个业务应用系统都可以满足服务的需求。在信息架构建设方面，需要对一些模型之间存在的关系进行重点梳理，如业务之间的关系、业务和应用之间的关系、业务和数据之间的关系。对于技术架构而言，需要从全局的角度来进行系统的科学规划，分析出组成的部分、面临的软硬件技术的挑战。在业务、应用、信息以及技术等架构的规划下，使小型的数据中心建设可以更加节能，从而提高设备的利用效率。

（2）在模块化的机房技术下实现数据中心物理底座的构建。在当前小型数据中心机房建设中，上文提到了主要利用“房间级空调+密闭通道”的方式来建设，但此种方式的成本较低且能耗较高，因此需要借助“行级空调+密闭通道”的方式来进行建设。此种方式主要是模块化机房建设，对机房建筑的要求更低，且具备较高的适应程度，在设计布局方面趋于合理，机房的空间利用率也更高。利用模块化的精确制冷方式来满足高密的需求，且功率密度可以借助添加行级空调的方式来升级，同时不会对其他已有模块产生影响，具备较为灵活的扩展优势。

（3）在小型数据中心中可以应用云计算的技术。对于上文提到的湖北省某单位而言，单位的各级部门都根据自己的实际情况构建了满足自身业务需求的应用系统，数据成为部门主导下的信息化“烟囱”，此种方式造成了大量的数据重复存储，且浪费了存储资源。对于当前计算机技术发展而言，云计算技术在小型的数据中心应用时可以大放异彩，并借助云计算技术，可以确保在计算、存储以及网络等方面实现基础的资源池，产生统一化的计算资源池、资源存储池以及网络的资源池。利用云计算技术的服务化能力，使业务应用系统可以满足计算、存储以及网络等多方面基础资源的需求，对于基础资源的利用程度可以实现稳步提升。云计算平台一般都具备运维系统，使云内的设备状态可以实现可视状态，在提升运维效率的同时实现运维成本的降低。从现阶段实践中可以看出，其算力的利用率可以提高70％以上，存储资源利用多种技术可以提升40%以上的利用率，如重删压缩以及ThinLUN等。在云计算技术的基础上，确保计算以及存储等基础资源的能力可以得到最大化发挥，在减少设备采购的同时，达到电能的节约和能效的提升[1]。

（4）利用高密设备可以实现机柜空间的节约，降低对应的能耗。随着现阶段业务规划需求的不断增长，数据中心的运维主要通过增加机房空间来实现服务器以及存储等设备的增加，实现更多算力资源以及存储资源的应用。如果前期缺乏充分的规划，很多时候将办公室改成机房，再加上办公室满足不了机房的建设需求且需要进行加固、整改，因此產生了资金浪费的现象。采用高密设备建设数据中心，可以最大限度地提升数据中心的算力水平以及存储水平，也可以增加数据中心每平方米的计算能力、存储能力，从而满足日益增长的业务计算和存储需求。相比于原先的建设方案，其可以大幅度提高机房空间的利用率，实现整体功耗的降低[2]。

（5）光伏新能源也属于数据中心电力资源提供的一种方式，但是在电力供给方面很容易受自然条件的制约和影响，对供电的连续性产生一定的影响，在储能技术以及光伏新能源的技术融合下可以对供电的连续性和稳定性进行提升，实现数据中心能源结构的改变和转换。基于此，可以借助间接蒸发冷却解决方案来实现电力资源和水力资源的节约。在华为廊坊云数据中心中，利用iCooling的能效优化技术进行制冷能效的优化改进，科学合理地改进了参数的组合，达到了数据最优。也可以利用智能化的运维来对系统的安全性和运维效率进行提升。将AI智能特点进行融合，对数据中心的关键子部位以及容易损伤的部件寿命进行预测，确保系统和全链路的温度以及图像声音等都可以实现预测性的维护，将被动地处置转化为主动地预防，从根本上确保系统安全、可靠[3]。

5结束语

对于小型数据中心的建设而言，由于其能效较低且设备利用率较低，需要对其原有的运行方式进行改进，采用合理科学的建设方案，选择单位空间算力、存储密度较高的设备，以实现对数据中心能效和利用空间的提升及优化，最终实现我国的“双碳”目标。