大型數(shù)據(jù)中心建設(shè)研究論文
2015年1月，國(guó)務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于促進(jìn)云計(jì)算創(chuàng)新發(fā)展培育信息產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)的意見(jiàn)》(以下稱(chēng)《意見(jiàn)》)，以促進(jìn)云計(jì)算創(chuàng)新發(fā)展，積極培育信息產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)�！兑庖�(jiàn)》發(fā)展目標(biāo)：到2020年，云計(jì)算應(yīng)用基本普及，云計(jì)算服務(wù)能力達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，掌握云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)，形成若干具有較強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的云計(jì)算骨干企業(yè)。云計(jì)算信息安全監(jiān)管體系和法規(guī)體系健全。大數(shù)據(jù)挖掘分析能力顯著提升。云計(jì)算成為我國(guó)信息化重要形態(tài)和建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)的重要支撐，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域信息化水平大幅提高�！兑庖�(jiàn)》發(fā)布表明云計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展已初具規(guī)模，已引起國(guó)家高度重視。
隨著云計(jì)算等技術(shù)不斷創(chuàng)新應(yīng)用，推動(dòng)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)爆發(fā)性增長(zhǎng)，2016年中國(guó)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)預(yù)計(jì)將保持30%以上的年均增速達(dá)到550億元，到2020年我國(guó)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)1500億元。定位于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算重要承載基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)中心，不僅對(duì)廣電網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的廣播電視業(yè)務(wù)、寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展產(chǎn)生積極作用，同時(shí)為廣電的信息化提供支撐。作為黨和政府的喉舌的廣播電視，也需要借助數(shù)據(jù)中心的建設(shè)提升信息化服務(wù)能力，滿(mǎn)足人民群眾不斷增長(zhǎng)的需求。最終形成為個(gè)人提供便捷生活通道、為企業(yè)提供高效商務(wù)平臺(tái)、為政府提供決策管理支持的基礎(chǔ)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)廣電網(wǎng)絡(luò)面向?qū)拵V電的轉(zhuǎn)型。
本文從科學(xué)選址、彈性擴(kuò)展、綠色節(jié)能、經(jīng)濟(jì)可靠、智能可控幾方面進(jìn)行研究，論述如何建設(shè)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、可靠的數(shù)據(jù)中心。
1科學(xué)選址
大型數(shù)據(jù)中心建設(shè)投資大，建設(shè)使用周期長(zhǎng)，工業(yè)和信息化部等五部委發(fā)布的《關(guān)于數(shù)據(jù)中心建設(shè)布局的指導(dǎo)意見(jiàn)》提出資源環(huán)境優(yōu)先原則。充分考慮資源環(huán)境條件，引導(dǎo)大型數(shù)據(jù)中心優(yōu)先在能源相對(duì)富集、氣候條件良好、自然災(zāi)害較少的地區(qū)建設(shè)，推進(jìn)“綠色數(shù)據(jù)中心”建設(shè)。地質(zhì)環(huán)境、氣候條件、能源供給是新建大型數(shù)據(jù)中心選址最重要的要素。
從安全的角度出發(fā)，大型數(shù)據(jù)中心選址要避開(kāi)地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地區(qū)，同時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離國(guó)境線(xiàn)建設(shè)在內(nèi)地。在投產(chǎn)運(yùn)行期，數(shù)據(jù)中心的冷卻所耗能源是占據(jù)IT設(shè)備用電外最大的比例。選擇氣候條件滿(mǎn)足寒冷、適當(dāng)濕度、潔凈的空氣達(dá)到節(jié)能的目的，降低運(yùn)行成本。近年來(lái)，中國(guó)的數(shù)據(jù)中心發(fā)展迅猛，年耗電量超過(guò)全社會(huì)用電量的1.5%，數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行主要依賴(lài)電力供應(yīng)，可靠充沛的電力是大型數(shù)據(jù)中心長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的保障。
2015年發(fā)布的《貴州貴安新區(qū)綠色數(shù)據(jù)中心發(fā)展報(bào)告》，研究分析數(shù)據(jù)中心建設(shè)地區(qū)發(fā)展優(yōu)勢(shì)評(píng)價(jià)系數(shù)、年平均溫度、年降水量、空氣質(zhì)量指數(shù)、地震帶、信息傳輸企業(yè)固定資產(chǎn)、網(wǎng)民數(shù)、發(fā)電量、全社會(huì)用電量、互聯(lián)網(wǎng)普及率等標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)建模、分?jǐn)?shù)量化評(píng)價(jià)，內(nèi)蒙古自治區(qū)和貴州省為超大型或大型數(shù)據(jù)中心選址的優(yōu)選地區(qū)。
2彈性擴(kuò)展
經(jīng)過(guò)近些年數(shù)據(jù)中心建設(shè)摸索，數(shù)據(jù)中心已從單純的樓宇式建設(shè)發(fā)展成為樓宇式、倉(cāng)儲(chǔ)式、集裝箱式三種建設(shè)模式，綜合三種建設(shè)模式的優(yōu)缺點(diǎn)比較以及業(yè)務(wù)需求特點(diǎn)，現(xiàn)階段大型數(shù)據(jù)中心突出模塊化建設(shè)理念，具體表現(xiàn)在機(jī)柜微模塊化、機(jī)房模塊化、機(jī)樓模塊化。
在機(jī)柜建設(shè)上，采用具備模塊整合、簡(jiǎn)化系統(tǒng)、靈活配置、快速部署等特點(diǎn)的微模塊進(jìn)行建設(shè)。將機(jī)架、綜合柜、整流柜、電池柜、交直流配電柜、配電線(xiàn)纜、走線(xiàn)架、防靜電地板、制冷單元、冷熱通道密閉、動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)等納人，形成一個(gè)相對(duì)完整的微模塊系統(tǒng)，從而只需外界提供電力和冷通道。微模塊組件可工廠(chǎng)預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)組裝，簡(jiǎn)化建設(shè)方式，可靈活配置，快速部署。
基于模塊化設(shè)計(jì)理念，機(jī)房模塊化以滿(mǎn)足Tier2、Tier3、Tier4標(biāo)準(zhǔn)機(jī)房混合使用為建設(shè)目標(biāo)，以低成本、高標(biāo)準(zhǔn)、快速部署為建設(shè)要求，一次性進(jìn)行規(guī)劃，分期實(shí)施建設(shè)。如以一路10kV容量、兩層4000m2為微模塊，以氣體滅火防護(hù)區(qū)劃分，電源、空調(diào)模塊化配套組合，滿(mǎn)足機(jī)房不同等級(jí)要求。各類(lèi)管線(xiàn)按最短化原則水平設(shè)計(jì)、減少交叉，機(jī)房配電與IT設(shè)備實(shí)現(xiàn)同層安裝同層供電。降低土建成本，縮短部署時(shí)間，實(shí)現(xiàn)通用性強(qiáng)、管線(xiàn)短、分期擴(kuò)展、資源復(fù)用等特點(diǎn)。
機(jī)樓模塊化主要特點(diǎn)是“建筑模塊化，集約布局、高效組織”，在空間結(jié)構(gòu)上將機(jī)樓和配套動(dòng)力中心作為基本模塊，根據(jù)規(guī)劃需求進(jìn)行近遠(yuǎn)結(jié)合、靈活適應(yīng)的空間布局，考慮初期需要數(shù)量分期建設(shè)機(jī)樓和動(dòng)力中心組件，迅速投人運(yùn)行使用，根據(jù)業(yè)務(wù)需求，逐步增加機(jī)樓和動(dòng)力中心集群數(shù)，降低投資壓力，形成較好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
3綠色節(jié)能
結(jié)合工信部下發(fā)的《國(guó)家綠色數(shù)據(jù)中心試點(diǎn)工作方案》相關(guān)要求，在建設(shè)規(guī)劃時(shí)充分考慮綠色數(shù)據(jù)中心技術(shù)創(chuàng)新和推廣，從機(jī)房機(jī)架布局、制冷系統(tǒng)、IT設(shè)備、自然冷源、熱能回收等多方面實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能，打造PUE小于1.5的數(shù)據(jù)中心。建設(shè)規(guī)劃過(guò)程中，根據(jù)建筑規(guī)模、安裝設(shè)備的散熱特點(diǎn)、所在地區(qū)氣象條件、能源狀態(tài)、節(jié)能技術(shù)特點(diǎn)等進(jìn)行技術(shù)與經(jīng)濟(jì)比較，綜合采用綠色節(jié)能措施。其中主要方式有：
自然冷源利用。根據(jù)大型數(shù)據(jù)中心建設(shè)地自然條件，采用智能通風(fēng)自然冷卻技術(shù)�？梢�(guī)劃采用集中式水冷冷凍水空調(diào)系統(tǒng)，并配套板式換熱器，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蚯闆r全部或部分使用外界自然環(huán)境的免費(fèi)冷源，結(jié)合智能新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)，全方位多角度地實(shí)現(xiàn)自然冷源梯級(jí)利用。
機(jī)房?jī)?nèi)采用封閉冷/熱通道技術(shù)。將冷、熱氣流完全隔離，提高冷量的`利用效率。冷熱通道隔離、機(jī)柜面對(duì)面擺放，室內(nèi)風(fēng)機(jī)送風(fēng)量可減少30%，室內(nèi)風(fēng)機(jī)可省電約2/3;封閉熱通道后室內(nèi)風(fēng)機(jī)送風(fēng)量可減少12.5%，室內(nèi)風(fēng)機(jī)可省電約1/3。
行間制冷技術(shù)。行間制冷為高密度機(jī)柜設(shè)計(jì)，可解決高密機(jī)柜局部過(guò)熱問(wèn)題，行間空調(diào)靠近機(jī)柜安裝，定向短距離水平送、回風(fēng)，減少冷量傳輸損失。
高壓直流系統(tǒng)。采用直流不間斷電源系統(tǒng)，即高壓直流系統(tǒng)(336V開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng))，具有與開(kāi)關(guān)電源相同的優(yōu)點(diǎn)：模塊化設(shè)計(jì)，可維護(hù)性好，同時(shí)蓄電池組直接掛接在供電母線(xiàn)上，可靠性高。
優(yōu)化設(shè)計(jì)。機(jī)房各類(lèi)管線(xiàn)按最短化、最粗化原則，水平設(shè)計(jì)、減少交叉，機(jī)房配電與IT設(shè)備實(shí)現(xiàn)同層安裝同層供電，提高傳送效率，減少通道損耗。
采用DPS供備電方式。以每個(gè)機(jī)架為供電單元，將電源直接放置在服務(wù)器機(jī)柜內(nèi)，后備蓄電池組采用鋰電池集成在設(shè)備內(nèi)部，無(wú)需單獨(dú)建設(shè)電力室。DPS分布式設(shè)備故障僅影響一架負(fù)載，將供電風(fēng)險(xiǎn)影響范圍縮小至機(jī)架，減少故障時(shí)產(chǎn)生的單位故障時(shí)間，為整體負(fù)載提供穩(wěn)定可靠的供電保障。DPS系統(tǒng)自身散熱較少，減少了空調(diào)耗電，所采用的磷酸鐵鋰電池相對(duì)于傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池轉(zhuǎn)換效率高。此外，DPS系統(tǒng)根據(jù)用戶(hù)服務(wù)器進(jìn)場(chǎng)時(shí)間分批開(kāi)啟設(shè)備，減少系統(tǒng)^廣空載時(shí)間。
余熱回收技術(shù)。輔助辦公用網(wǎng)房采用水源熱泵機(jī)組，利用穩(wěn)定水源，提高冬季制熱效率，減少運(yùn)行能耗。
4經(jīng)濟(jì)可靠
經(jīng)濟(jì)與可靠需要從設(shè)備冗余度、使用度、安全性、可維護(hù)、等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)綜合尋找投資和效益的平衡點(diǎn)。主要途徑有：
(1)備份供電系統(tǒng)優(yōu)化。采用高壓油機(jī)發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)大容量和遠(yuǎn)距離傳送電力，相比傳統(tǒng)低壓發(fā)電機(jī)組減少傳輸損耗，適合大型數(shù)據(jù)中心集中供電;用電容量與機(jī)房利用之間能更好匹配，機(jī)房利用率得以提升。在園區(qū)內(nèi)設(shè)集中動(dòng)力中心機(jī)樓，集中安裝發(fā)電機(jī)組，為發(fā)電機(jī)組共用共享創(chuàng)造條件。通過(guò)發(fā)電機(jī)組復(fù)用減少園區(qū)發(fā)電機(jī)組配置數(shù)量，降低數(shù)據(jù)中心建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本。設(shè)置集中動(dòng)力中心后，可根據(jù)不同用戶(hù)需求確定不同供電保障程度，分等級(jí)向用戶(hù)供電。根據(jù)業(yè)務(wù)分類(lèi)，合理調(diào)整發(fā)電機(jī)與UPS組合，減少UPS用量。
(2)智能控制。機(jī)房環(huán)境使用集中監(jiān)控、統(tǒng)一運(yùn)維、聯(lián)動(dòng)管理等功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心維護(hù)管理的高效率、高安全、綠色節(jié)能和操作智能化，提高可靠性，降低運(yùn)維強(qiáng)度。
5智能可控
為實(shí)現(xiàn)安全、可靠、有效的運(yùn)行維護(hù)，數(shù)據(jù)中心對(duì)設(shè)施監(jiān)控、資產(chǎn)管理、容量管理、能效管理、變更管理、可用性管理等各方面功能都提出了更高的要求。
數(shù)據(jù)中心機(jī)房智能控制系統(tǒng)包括運(yùn)維管理平臺(tái)、綜合動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控、專(zhuān)業(yè)監(jiān)控平臺(tái)及機(jī)房資源管理等子系統(tǒng)。
運(yùn)維管理平臺(tái)為機(jī)房運(yùn)維人員提供日常操作維護(hù)、事件及工單管理、運(yùn)維分析等功能，同時(shí)逐步完善運(yùn)維知識(shí)庫(kù)。綜合動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控對(duì)機(jī)房動(dòng)力和環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在問(wèn)題，并通過(guò)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，及時(shí)掌握發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行防范。同時(shí)在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，及時(shí)解決。專(zhuān)業(yè)監(jiān)控平臺(tái)包括建筑設(shè)備監(jiān)控、智能照明、變配電監(jiān)控、智能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、安防監(jiān)控、消防監(jiān)控。機(jī)房資源管理針對(duì)機(jī)房的空間、電力等與業(yè)務(wù)直接相關(guān)的資源進(jìn)行管理，支撐業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)。
數(shù)據(jù)中心智能監(jiān)控管理系統(tǒng)掌握數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行情況，在3D智能可視化的基礎(chǔ)上管理數(shù)據(jù)中心資產(chǎn)、資源、能耗，提高基礎(chǔ)設(shè)施可用性、資源利用率、管理效率與能效，提供集中監(jiān)控、統(tǒng)一運(yùn)維、聯(lián)動(dòng)管理等功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心維護(hù)管理的高效率、高安全、綠色節(jié)能和操作智能化。
6結(jié)束語(yǔ)
大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)是大量新技術(shù)和新工藝結(jié)合的成果，是在技術(shù)快速發(fā)展趨勢(shì)下尋找平衡的過(guò)程，需要在實(shí)踐中持續(xù)探索，以滿(mǎn)足新技術(shù)發(fā)展應(yīng)用。
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