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工業數據中心

以模塊化作為ICT 基礎設施工程系統設計的條件

  2019年07月05日  

  急劇成長的數據處理量已經成為越來越迫切需要解決的問題。為了因應這一挑戰,我們需要比目前更強大的大規模計算機運算能力,同時也需要構建新的數據中心、增加每組機架的電源密度,并改善能源效率。之前建造的設施必須進行升級,才可滿足不斷變化的產業要求。如今,數據中心已經不再被視為是一個完整的一次性項目。每個數據中心在構建時,都要將逐步擴容的可行性納入考慮。當擴容成為構建數據中心的重要議題時,設計師便可通過模塊化做法與智慧生產解決方案(例如:預制組件)。在上述解決方案的協助下,可以延后數據中心目前不必要元器件的啟用時間點,并于日后需要時,再使其投入運轉。關于預制組件有許多迷思與傳聞,本文在此將試圖解開若干疑惑。

預制組件和傳統解決方案有何不同?

  所有數據中心子系統均可劃分為三大類別:電源供應、空調與 IT 負載。為方便說明,我們將電信通訊的部分也納入 IT 負載的類別。模塊化做法意味著將這些子系統或其組件,視為功能完整的產品生產。這些產品可以是工廠安裝的機柜,或甚至專為戶外安裝用途制造的貨柜。模塊化元素可定義為任何足夠大的預制單元。但一般而言,模塊化組件是指某些工程基礎結構已經預先于工廠安裝的集裝箱式解決方案,抑或是采固定式母線干線系統、電纜線槽系統和其他系統底座設計,以便組裝于機架式的解決方案。

  這種做法可大幅簡化數據中心的安裝與測試。由于所有模塊均已于生產階段完成測試,因此可免除兼容性問題以及各種可能推遲測試過程的故障問題。在理想情況下,幾乎所有服務器機房的工程設計與機架安裝組件均于同一工廠組裝,因此也會仿真負載情況,進行全面檢查。特殊加熱器可安裝于機柜內,取代服務器。系統檢測完成后,將其拆解以利運輸包裝,之后送至顧客指定地址,以進行現場安裝。并行處理則可進一步加快試俥速度。當顧客正在處理現場與服務器機房的準備工作時,工廠已經將數據中心建制完成。

集裝箱數據中心尚無法全面普及的原因

  使用預制模塊可加快對不斷變化需求的應變能力。您可以隨需擴容,或者反過來,卸除不再需要的資源。集裝箱數據中心可在必要時,從一處移至另一處,然而,盡管具備諸多優勢,此仍非一體適用的解決方案。原因其實很簡單,可在公共高速公路上運輸的法定最大負載規格相對來說太小。如果使用一個貨柜建制一個服務器機房,則要靠幾列機架容納所有通訊設備系統,是有相當難度的。服務器隔間將會變得太過狹隘,而且沒有什么余裕可供設備維護使用。

  唯一的辦法就是將尺寸規格提升至特定限制值,因為運送超大集裝箱的成本可能會比制造成本來得高出許多。此類解決方案最適合小型與移動數據中心。可易于現場部署,也能夠迅速卸除。有時在擴建傳統數據中心時,也會使用貨柜,例如:在可建制另一個服務器機房的情況下。建制大型集裝箱數據中心仍是一個理想的概念,但現代化數據中心的模塊化發展卻偏離此概念。最重要的一點在于,現代化數據中心仍舊是以混凝土或預制的金屬結構建造,并且使用夾芯板。在這樣的情況下,只有工程設計基礎架構的機架設備,甚至 IT 負載的組件能夠實現模塊化。模塊化主要的概念,是要發展出一套可于日后復制,并且能夠隨需擴容并提升效能的標準解決方案。

電源供應的模塊化

  市面上有現成的模塊化設計,可用于迅速安裝機架式安裝設備以及所有必要的母線干線和電纜線槽系統。現在也已經可以利用融合與超融合解決方案,將 IT 負載置于模塊化滑軌上。就連模塊化最難導入的空調或不間斷電源(UPS)系統,也出現了可行的做法。現在已經有適用于 UPS 解決方案的模塊化選擇,而且此類產品也日益普及。模塊化的優點很明顯:可通過新增電池機柜,以相對較小的單位,逐步增加系統電力。安裝與維護也更加簡易,而且若發生意外事件時,也只會損及可由數據中心運維人員自行更換的部分 UPS。

資本支出與營運支出

  采用模塊化做法并不會減少資本支出,但可以使其在整個數據中心的生命周期(平均為十年)內攤平。同時也可減少營運支出,并縮短對象的回本期。您可以建立一個分成好幾個階段的模塊化數據中心項目,然后視數據成長需求擴容。模塊化解決方案的擴充能力十分出色,而且幾乎每個現代化的后續階段與前者均不會產生沖突。這意味著,在設計時間就能夠實現完整的獨立性,而且可以分段完成整個設施的深度現代化。

預測

  全球數據中心結構產業正面臨一股所謂的超大規模趨勢。全球科技公司紛紛建造可處理數十或甚至數百千瓩負載的大型數據中心。最重要的一點,這些項目均由搜索引擎、云端解決方案供貨商和大型社交網絡(例如:Microsoft、Amazon、Google 或 Facebook)實作。就我們所知,俄羅斯的 Yandex 也準備跟進。特定的模塊化解決方案在此類數據中心的工程設計基礎架構中,已經有相當普及的使用。分析師對于超大規模數據中心的成長可能性,持不同看法;部分預期每年最多可成長 40%。以信息系統朝云端化邁進的新興趨勢看來,這樣的評估實屬中肯。在較小型的項目方面,模塊化解決方案的應用也逐漸普及。就現在而言,這是數據中心設計與架構產業的一大趨勢,將可帶動頂尖設備制造商,定期擴展其智能生產解決方案的產品系列。

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