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小型數據中心的定義

2016-02-04



一、小型數據中心的定義

  數據中心(Data Center)是大范圍協作的特定設備網絡,用來在Internet網絡基礎設施上加速信息的傳遞。又可以細分為企業級數據中心、其他數據中心等。

  企業數據中心(Enterprise Data Center, EDC)通過實現統一的數據定義與命名規范、集中的數據環境,從而達到數據共享與利用的目標。企業數據中心按規模劃分為部門級數據中心、企業級數據中心、互聯網數據中心以及主機托管數據中心等。其中互聯網數據中心(Internet Data Center, IDC)是一種以電信級機房設備向用戶提供專業化和標準化的數據存放業務及其他相關服務的中心。用戶可通過數據中心的主機托管、整機租賃、虛擬主機等服務,并租用數據中心的技術力量,搭建自己的互聯網平臺。



  其中,隨著時間的推移,小型數據中心的指標定義也不斷在變化,在2~3年前,100 m2以下的可以定義為小型數據中心,但是隨著機房逐漸的集中化、大型化,當前200 m2以下面積的機房定義為小型數據中心更為貼切。具體劃分請參看下表:


數據中心規模
數據中心面積劃分/  m2
投資百分比/%
小 型
<200
15.3
中 型
200~500
25.6
中大型
500~2 000
29.8
大 型
2000~10 000
16.8
超大型
>10000
12.5

總 計
100

二、構建小型數據中心的幾個核心要素

(一)整體設計

1、選址問題

  數據中心具有極高的安全性要求,一旦發生問題將會影響社會的正常生產、生活。因此,即使發生諸如地震、水災、雷擊等自然災害和機器設備發生故障、火災等偶然事件,數據中心也必須具備很高的安全可靠性以保證業務不會停止。提高安全可靠性可通過各種手段實現,比如構筑具有冗余性的系統和構筑較易修補故障的系統等等。但是數據中心地理位置的合理規劃對提高“災害回避性”是極為重要的。在調查用地位置有關項目和用地本身的性狀時,必須對自然條件和社會條件從過去到未來進行多方面研究。

  其中,GB 50174—93《電子計算機機房設計規范》中規定,電子信息系統機房位置選擇應符合下列要求:

  水源充足,電力比較穩定可靠,交通通信方便,自然環境清潔;

  遠離產生粉塵、油煙、有害氣體以及生產或貯存具有腐蝕性、易燃、易爆物品的工廠、倉庫、堆場等;

  遠離水災隱患區域;

  遠離強振源和強噪聲源;

  避開強電磁場干擾。

  另外國內GB50174《電子信息系統機房設計規范》(征求意見稿)應該很快就會有個明確的結果,里面會對選址有更詳細的說明,在這里不再贅述。

    ANSI/TIA-942-2005標準附錄F中關于選址的有關參考:

  數據中心不應靠近附近機場的飛行航線。

  與鐵路及高速公路距離大于800 m,以保證降低化學物質濺落危險。

  與軍事基地距離大于800 m,與核設施、國防設施等大于1600 m。

  其他注意事項:污染風險/接近警察局、消防隊、醫院、地區規劃、多路接入、震動問題、環境問題。

 

2、數據中心規劃與設計

  建設的數據中心應當滿足當前與未來的需要,在規劃時,要注意以下幾點需求:

 

1)解決系統過熱問題

傳統數據中心普遍存在局部過熱的問題。傳統數據中心因設計不合理而制冷不能按實際設備的需要進行分配,導致總體能源浪費高且存在局部過熱而宕機。機房空調設置不合理,沒有采用機房專用的精密空調,而是直接采用了家庭舒適性空調。電源線纜布放過細,存在重大的安全隱患。沒有配備保障電源,機房的設備安全運行無法保證。

  科學的數據中心動力配置,成本會在建設初期提高,相比由此帶來的系統穩定運營帶來的業務高可靠性,同時體現出的節能減耗帶來的低成本價值。

 

2)解決系統宕機問題

大量企、事業等都會自己建設或者通過電信服務商,IDC運營服務商等擁有自己的機房,但是由于各種原因會出現數據中心停機和暫時關閉的情況,會給企業帶來不可估量的損失。第一、建立自身的災備中心,除了IT支撐之外,災備中應該加入業務影響分析、策略制定、業務恢復預案、人員架構、通信保障、第三方合作機構等,成為業務連續性規劃(BCP)。第二、對關鍵設備進行N+x冗余備份,盡量減少在設備自身的問題。

 

3)注重整體的綠色節能問題

所謂數據中心的“綠色”,業界標準并不統一,也沒有形成可以參考的規范。筆者認為,綠色標準可以體現在兩個方面:第一、整體設計的科學合理和設備的節能環保。綠色應該體現在通過科學的機房配置建設設計或改善,來形成動力環境最優化的配置,實現初始投入最小化;在保障機房設備穩定運營的同時,達到節能減耗;同時服務器、網絡存儲等設備要實現最大化的效能比。第二、滿足IT環境的基本運營,同時確保可擴展性。要合理規劃數據中心的使用壽命,爭取達到總體TCO最小化。

 

4)關注數據中心的重點設計

為規范電子信息系統機房設計,確保電子信息系統安全、穩定、可靠地運行,做到技術先進、經濟合理、安全適用、節能環保等要求。

機房雖然是按照重要性進行分級,但不同級別的機房,其投資、系統冗余和能耗是不同的。級別高的機房,系統冗余較高,相對來說,其投資和能耗也較高。在滿足系統可靠性的前提下,合理確定機房等級和系統配置,可以降低投資,減少能源消耗。

當機柜內或機架上的設備為前進風/后出風方式冷卻時,機柜或機架的布置宜采用面對面、背對背方式。

A級和B級電子信息系統機房的主機房不宜設置外窗。當主機房設有外窗時,應采用雙層固定窗,并應有良好的氣密性。

空調設計應根據當地氣候條件,選擇采用以下節能措施:大型機房宜采用水冷冷水機組空調系統;北方地區采用水冷冷水機組的機房,冬季可利用室外冷卻塔作為冷源,通過熱交換器對空調冷凍水進行降溫;空調系統可采用電制冷與自然冷卻相結合的方式。

主機房和輔助區內的主要照明光源應采用高效節能熒光燈,其鎮流器的諧波限值應符合國家標準GB 17625.1的規定,燈具應采用分區、分組的控制措施。

 

(二)產品選擇與布局

1、電源選擇

  針對小型數據中心,UPS等電源系統應該采用節省空間的緊湊式設計,具有內置旁路維護開關以及可擴展的電池,盡量降低用戶的總體擁有成本。還應具有用戶友好的智能及系統管理功能。

采用產品應該兼顧產品的成本和性能,達到IT管理人員對總體擁有成本的需求,在一些小型數據中心,IT管理人員常常必須自己對部分電源解決方案進行管理和維護,身邊沒有電源專業人員,所以采購產品要性能非常良好,同時易于管理。

  所選產品還應配有范圍廣泛的可選附件,如具有環境監測功能的網絡管理卡。利用這種網絡管理卡,用戶可以對UPS進行遠程或基于Web的管理。能夠與系統管理器整合,實現對整個數據中心的輕松管理。

 

2、空調的選擇

  數據中心各設備產生的熱量需采用空氣冷卻的方法去解決,數據中心的最佳制冷設備就是機房專用精密空調。數據中心和網絡系統的IT硬件運行時會產生大量集中的熱量,同時對溫度和濕度的變化也極其敏感,溫度和濕度的輕微浮動,就可能導致系統發生嚴重問題;在IT設備機房中,熱負荷幾乎全部來自IT硬件、照明設備、支持設備和發動機散發的顯熱,IT設備機房含有很少的潛熱,因為人員較少,外部空氣有限,物理結構上還往往含有防潮層。

對于東北地區的城市來說,四季分明,冬天溫度相對比較低,所以不適宜使用水冷系列,自然冷卻冷水主機加冷水機組的節能效果很明顯,耗電量明顯減少。

對于華北地區的城市而言,自然冷卻冷水機組加冷水機組可以比普通冷水主機加冷水機組節能30%,和其他空調系統相比耗電量也明顯減少,節能效果顯著。

對于平均溫度很高的華東、華南地區的城市,水冷冷水主機加冷水機組的系統總投資較少,在計算設備制冷總功率和耗電量時,直接蒸發式機組較高,水冷冷水主機加冷水機組系統較風冷直接蒸發式機組節能20%左右。

 

3、設備的布局

1)機柜擺放

  在現代機房的機柜布局中,人們為了美觀和便于觀察會將所的機柜朝同一個方向擺放,如果按照這種擺放方式,機柜盲板有效阻擋冷熱空氣的效果將大大折扣。正確的擺放方式應該是將服務器機柜面對面或背對背的擺放方式擺放,這樣變形成了冷風通道和熱風通道,機柜之間的冷熱風不會混合在一起,形成短路氣流,大大提到制冷效果,保護好冷熱通道不被破壞。

 

2)IT設備擺放

  隨著服務器的小形化、高密度化、刀片式服務器的產生,這些服務器擺放的位置越來越不容IT管理者的忽視,高功率設備發熱量大,比普通IT設備可能要高1倍或更多,如果將這些高功率負載和高密度的服務器組合擺放在一個機柜內,這樣便會出現一個高密設備度群形成了一個巨大的發熱群體,這種情況最容易導致數據中心的局部熱點,IT管理人員不得不降低整個機房環境的溫度或是添加專門的制冷設備,來處理這個局部發熱點;針對這樣的問題,可以將這些高功率設備和高密度服務器均分在每個機柜內,這樣就不會出現高功率高密度設備群,也無法形成數據中心的熱點和冷卻的難點,將降低制冷設備運行費用和采購費用。

 

三、構建小型數據中心的幾個需注意的問題

1、基礎設施與動力環境設計、安裝合理

  第一,數據中心應配置保證電源,至少配置N+x的UPS電源,確保市電中斷以后能確保設備正常運行。如果條件可以,應該再配置一臺發電機,確保市電中斷時間過長造成的影響。

  第二,數據中心要配置機房專用的精密空調,并做好整體監控,能夠根據機房環境和濕度的變化隨時對空調的運行進行調節。

  第三,數據中心要建設專用的送風通道。數據中心的設備由于能耗大,發熱量也大,下送風方式效果最好,因此必須在機房設置地板,建立專用的下送風通道。

  第四,要進行專門的規劃。要根據公司的發展做好規劃,最好能對機房進行全面的規劃,然后根據業務發展的需要分步實施。只有這樣,機房的建設才會正規,才不會出現電源線纜發熱的情況。

 

2、重點關注耗能的各個部分,嚴防超標

  第一、IT設備系統。由服務器、存儲和網絡通信等設備所產生的功耗約占數據中心機房所需的總功耗的50%左右。其中服務器所占的總功耗為40%左右,另外10%功耗由存儲設備和網絡通信設備均分。

  第二、空調系統。由它所產生的功耗約占數據中心機房所需的總功耗的37%左右。其中25%左右的功耗來源于空調的制冷系統所產生的功耗,12%左右的功耗來源于空調送風和回風系統所產生的功耗。

  第三、UPS供電系統。它們的功耗約占機房總功耗的10%左右。其中7%左右來源于UPS供電系統所產生的功耗,3%左右來源于UPS輸入供電系統系統所產生的功耗。

  第四、照明系統。它約占數據中心機房所需的功耗的3%左右。

 

3、注重數據中心的整體成本,達到最大效用比

構建小型數據中心更應該注重節能和可持續發展,因為隨著業務的發展,機房隨時可能進行改建和擴建。數據中心的建設不僅僅是服務器、存儲等設備的性價比問題,數據中心本身的建設也要遵循環保規范。一般來說,一提起數據中心的綠色環保措施,人們首先想到的就是減少能耗、增添能效、減少空調數量以便節省能源等,措施基本都集中在對硬件設備的改造上。軟件同樣也是實現數據中心綠色節能環保的主要手段。軟件為綠色數據中心做的最大貢獻體現在,軟件可以改變數據中心中數據系統的架構,從而帶來服務器使用數量以及服務器中各種硬件設備的減少,由此實現綠色數據中心的目標。

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