“雙碳”背景下小型數(shù)據(jù)中心建設(shè)分析

劉震寰

關(guān)鍵詞：小型數(shù)據(jù)中心；雙碳；建設(shè)

1引言

目前，IT設(shè)備實(shí)現(xiàn)了逐漸小型化的目標(biāo)，并納入機(jī)架范圍內(nèi)，在各個(gè)組織單位內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了信息化的建設(shè)，如醫(yī)院、學(xué)校以及商業(yè)銀行和企事業(yè)單位等，都搭建了自己的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)事業(yè)單位的小型數(shù)據(jù)中心，以及幾十個(gè)到數(shù)百個(gè)柜機(jī)的發(fā)展。在數(shù)據(jù)中心的建設(shè)使用過程中，在多方面因素的影響下，出現(xiàn)了能源效率較低且設(shè)備利用程度較低的問題，但此種類型的小型化數(shù)據(jù)中心的數(shù)量較多，大量使用會造成較大面積的資源能源浪費(fèi)?；诖?，在我國的碳中和戰(zhàn)略中，對小型數(shù)據(jù)中心提出了高能源和高設(shè)備利用率的要求，以實(shí)現(xiàn)我國的“雙碳”目標(biāo)的建設(shè)。

2數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心是一個(gè)提供對應(yīng)數(shù)據(jù)相關(guān)服務(wù)的綜合體，可以容納多個(gè)服務(wù)器以及計(jì)算機(jī)的設(shè)備、數(shù)據(jù)通信連接設(shè)備、冷卻設(shè)備以及安全裝置等。數(shù)據(jù)中心屬于新型的基礎(chǔ)設(shè)施中信息基礎(chǔ)內(nèi)容發(fā)展的主要環(huán)節(jié)，可以極大地實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和信息化的發(fā)展以及基礎(chǔ)部分的構(gòu)建。

數(shù)據(jù)中心作為新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的一部分內(nèi)容，需要區(qū)別于一般的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。數(shù)據(jù)中心主要起源于通信產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，并逐漸擴(kuò)展到金融、互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，在不同的行業(yè)內(nèi)呈現(xiàn)出了不同的特點(diǎn)。區(qū)別于交通、能源、水利以及公共建筑行業(yè)，數(shù)據(jù)中心具備更多的商業(yè)化屬性，可以實(shí)現(xiàn)我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)內(nèi)涵的拓展和延伸。我們在建設(shè)的過程中需要把握數(shù)據(jù)特點(diǎn)，確保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展朝著正確的方向前進(jìn)。數(shù)據(jù)中心在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，具有四個(gè)方面的特點(diǎn)。其一，高能耗。數(shù)據(jù)中心的電力消耗主要來自通信和IT設(shè)備、制冷系統(tǒng)、供配電設(shè)備、照明以及其他設(shè)備的應(yīng)用。2020年，數(shù)據(jù)中心的用電量已經(jīng)達(dá)到了全社會總額的2．7%。當(dāng)下，衡量數(shù)據(jù)中心用電效率的主要指標(biāo)為電能的利用效率，數(shù)據(jù)中心的高能耗使人們朝著再生能源供給的方向進(jìn)行研究和發(fā)展。其二，集約化。在數(shù)字化發(fā)展的狀態(tài)下，很多行業(yè)都參與到數(shù)據(jù)應(yīng)用的浪潮中，其中互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)、通信行業(yè)、金融機(jī)構(gòu)以及冶金行業(yè)等都建立起了自己的數(shù)據(jù)中心，多方面產(chǎn)業(yè)化的集聚降低了能耗的成本，同時(shí)數(shù)據(jù)中心也在逐漸向著大型和超大規(guī)模的方向發(fā)展。其三，綠色化。數(shù)據(jù)中心的電力需求較大，但綠色環(huán)保屬于數(shù)據(jù)中心建立初期的一個(gè)主要因素，需要在各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行提升用電效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)可再生能源的應(yīng)用。基于此，需要實(shí)現(xiàn)能源的降低和成本的減少。其四，利用租賃作為主要的經(jīng)營方式，在數(shù)據(jù)中心的租賃形式方面主要可以分為批發(fā)型和零售型，批發(fā)的業(yè)務(wù)主要是面對體量較大的客戶。

3小型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)現(xiàn)狀分析

對于中大型的數(shù)據(jù)中心建設(shè)而言，需要得到相關(guān)部門的批準(zhǔn)且達(dá)到一定的要求，才可以實(shí)現(xiàn)啟動建設(shè)。但很多小型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，在招標(biāo)通過完成后就可以進(jìn)行建設(shè)，基于自身的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行構(gòu)建，因此出現(xiàn)了很多小型數(shù)據(jù)中心。比如，在對湖北省的很多單位進(jìn)行研究時(shí)，建設(shè)小型數(shù)據(jù)中心利用“房間級空調(diào)+密閉通道”的方式較多，此種建設(shè)方式下的小型數(shù)據(jù)中心存在多個(gè)方面的問題，由于在房間級的制冷作用下造成了偏低的功率密度狀態(tài)．IT機(jī)柜的最終利用率只有40％，功率的密度無法得到升級。在房間級的空調(diào)遠(yuǎn)端的制冷功能中，需要確保送風(fēng)溫度以及回風(fēng)的溫度，由于送回風(fēng)的距離較長且空調(diào)自身的功率較大且能耗較高，因此在節(jié)能效果方面較差。對于IT設(shè)備而言，如服務(wù)器以及存儲等，利用率較低且存在大量的算力和存儲等物資資源的浪費(fèi)現(xiàn)象。再者，IT的應(yīng)用系統(tǒng)缺少系統(tǒng)科學(xué)的規(guī)劃，在應(yīng)用系統(tǒng)需求方面一般都利用招標(biāo)采購的方式，因此大量的應(yīng)用系統(tǒng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象。

4“雙碳”目標(biāo)下小型數(shù)據(jù)中心建設(shè)改造的策略和措施

4.1規(guī)劃策略

企業(yè)在利用小型數(shù)據(jù)中心規(guī)劃時(shí)需要著眼于多個(gè)方面來進(jìn)行分析。

（1）在建設(shè)規(guī)模方面需要契合建筑自身的實(shí)際需求。借助建筑的智能化水平、建筑類型以及建筑定位等多方面的關(guān)聯(lián)因素來對數(shù)據(jù)中心的建設(shè)規(guī)模進(jìn)行有效確定。

（2）需要進(jìn)行分級的重點(diǎn)考量，需要對經(jīng)濟(jì)損失產(chǎn)生的程度因素進(jìn)行分析和研究，在現(xiàn)階段充分的社會因素的影響和制約下，數(shù)據(jù)中心進(jìn)行分級時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮經(jīng)濟(jì)的損失程度，最終實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)中心等級的確定。

（3）需要靈活參考規(guī)范性能要求，在確定數(shù)據(jù)中心等級的實(shí)際需求后，對應(yīng)的數(shù)據(jù)中心各項(xiàng)目的指標(biāo)以及系統(tǒng)架構(gòu)都需要按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，但是在進(jìn)行數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的過程中，如供配電系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等，都需要靈活地參考規(guī)范化的系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)備可靠性的提升，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心可靠性和穩(wěn)定性的提升。比如，可以借助高冗余度的UPS系統(tǒng)來增加UPS系統(tǒng)電池備點(diǎn)時(shí)間以及提升空調(diào)系統(tǒng)的冗余度等。

（4）技術(shù)的先進(jìn)性，數(shù)據(jù)中心建成之后一般設(shè)備的使用周期為8～10年，技術(shù)的先進(jìn)性為數(shù)據(jù)中心安全運(yùn)行提供基礎(chǔ)保障。與數(shù)據(jù)中心當(dāng)下的技術(shù)相結(jié)合，可以對高密度的機(jī)柜、鋰電池、微模塊等進(jìn)行研究應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心建筑空間的節(jié)約，最大限度地降低運(yùn)維成本。

（5）合理的發(fā)展空間，隨著智能化以及物聯(lián)網(wǎng)的深入發(fā)展，企業(yè)在進(jìn)行數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用過程中出現(xiàn)了較大的需求，發(fā)展速度也不斷增長，因此建設(shè)規(guī)劃需要對未來5～10年內(nèi)的發(fā)展需求進(jìn)行考慮。

4.2優(yōu)化措施

（1）需要進(jìn)行合理科學(xué)的規(guī)劃建設(shè)。很多單位在進(jìn)行小型數(shù)據(jù)中心建設(shè)時(shí)，一般都是根據(jù)當(dāng)前的需求進(jìn)行建設(shè)，沒有考慮長遠(yuǎn)規(guī)劃，著眼于當(dāng)前或者近期問題的解決，沒有考慮本單位的信息系統(tǒng)在投入運(yùn)行之后的可持續(xù)發(fā)展情況，因此很多單位內(nèi)出現(xiàn)了多個(gè)小型數(shù)據(jù)中心，其構(gòu)建了多個(gè)業(yè)務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng)，在各個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)之間出現(xiàn)了彼此孤立且數(shù)據(jù)不互通的現(xiàn)象，產(chǎn)生了信息化“煙囪”效應(yīng)，此種建設(shè)規(guī)劃的方案缺乏前瞻性，造成大量能源、設(shè)備資源以及建筑空間等浪費(fèi)。每一個(gè)單位的信息化在進(jìn)行到一定階段時(shí)，需轉(zhuǎn)向深層次的狀態(tài)發(fā)展，在轉(zhuǎn)化的過程中需要解決數(shù)據(jù)的交換和治理、信息的共享、業(yè)務(wù)的協(xié)同以及應(yīng)用集成等多個(gè)方面的問題。換言之，需要把業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)過程映射為數(shù)字世界，對信息系統(tǒng)在未來以及當(dāng)下所需要支撐的業(yè)務(wù)種類進(jìn)行分析，確保每一個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)都可以滿足服務(wù)的需求。在信息架構(gòu)建設(shè)方面，需要對一些模型之間存在的關(guān)系進(jìn)行重點(diǎn)梳理，如業(yè)務(wù)之間的關(guān)系、業(yè)務(wù)和應(yīng)用之間的關(guān)系、業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。對于技術(shù)架構(gòu)而言，需要從全局的角度來進(jìn)行系統(tǒng)的科學(xué)規(guī)劃，分析出組成的部分、面臨的軟硬件技術(shù)的挑戰(zhàn)。在業(yè)務(wù)、應(yīng)用、信息以及技術(shù)等架構(gòu)的規(guī)劃下，使小型的數(shù)據(jù)中心建設(shè)可以更加節(jié)能，從而提高設(shè)備的利用效率。

（2）在模塊化的機(jī)房技術(shù)下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心物理底座的構(gòu)建。在當(dāng)前小型數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)中，上文提到了主要利用“房間級空調(diào)+密閉通道”的方式來建設(shè)，但此種方式的成本較低且能耗較高，因此需要借助“行級空調(diào)+密閉通道”的方式來進(jìn)行建設(shè)。此種方式主要是模塊化機(jī)房建設(shè)，對機(jī)房建筑的要求更低，且具備較高的適應(yīng)程度，在設(shè)計(jì)布局方面趨于合理，機(jī)房的空間利用率也更高。利用模塊化的精確制冷方式來滿足高密的需求，且功率密度可以借助添加行級空調(diào)的方式來升級，同時(shí)不會對其他已有模塊產(chǎn)生影響，具備較為靈活的擴(kuò)展優(yōu)勢。

（3）在小型數(shù)據(jù)中心中可以應(yīng)用云計(jì)算的技術(shù)。對于上文提到的湖北省某單位而言，單位的各級部門都根據(jù)自己的實(shí)際情況構(gòu)建了滿足自身業(yè)務(wù)需求的應(yīng)用系統(tǒng)，數(shù)據(jù)成為部門主導(dǎo)下的信息化“煙囪”，此種方式造成了大量的數(shù)據(jù)重復(fù)存儲，且浪費(fèi)了存儲資源。對于當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展而言，云計(jì)算技術(shù)在小型的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用時(shí)可以大放異彩，并借助云計(jì)算技術(shù)，可以確保在計(jì)算、存儲以及網(wǎng)絡(luò)等方面實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的資源池，產(chǎn)生統(tǒng)一化的計(jì)算資源池、資源存儲池以及網(wǎng)絡(luò)的資源池。利用云計(jì)算技術(shù)的服務(wù)化能力，使業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)可以滿足計(jì)算、存儲以及網(wǎng)絡(luò)等多方面基礎(chǔ)資源的需求，對于基礎(chǔ)資源的利用程度可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)步提升。云計(jì)算平臺一般都具備運(yùn)維系統(tǒng)，使云內(nèi)的設(shè)備狀態(tài)可以實(shí)現(xiàn)可視狀態(tài)，在提升運(yùn)維效率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)運(yùn)維成本的降低。從現(xiàn)階段實(shí)踐中可以看出，其算力的利用率可以提高70％以上，存儲資源利用多種技術(shù)可以提升40%以上的利用率，如重刪壓縮以及ThinLUN等。在云計(jì)算技術(shù)的基礎(chǔ)上，確保計(jì)算以及存儲等基礎(chǔ)資源的能力可以得到最大化發(fā)揮，在減少設(shè)備采購的同時(shí)，達(dá)到電能的節(jié)約和能效的提升[1]。

（4）利用高密設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)機(jī)柜空間的節(jié)約，降低對應(yīng)的能耗。隨著現(xiàn)階段業(yè)務(wù)規(guī)劃需求的不斷增長，數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維主要通過增加機(jī)房空間來實(shí)現(xiàn)服務(wù)器以及存儲等設(shè)備的增加，實(shí)現(xiàn)更多算力資源以及存儲資源的應(yīng)用。如果前期缺乏充分的規(guī)劃，很多時(shí)候?qū)⑥k公室改成機(jī)房，再加上辦公室滿足不了機(jī)房的建設(shè)需求且需要進(jìn)行加固、整改，因此產(chǎn)生了資金浪費(fèi)的現(xiàn)象。采用高密設(shè)備建設(shè)數(shù)據(jù)中心，可以最大限度地提升數(shù)據(jù)中心的算力水平以及存儲水平，也可以增加數(shù)據(jù)中心每平方米的計(jì)算能力、存儲能力，從而滿足日益增長的業(yè)務(wù)計(jì)算和存儲需求。相比于原先的建設(shè)方案，其可以大幅度提高機(jī)房空間的利用率，實(shí)現(xiàn)整體功耗的降低[2]。

（5）光伏新能源也屬于數(shù)據(jù)中心電力資源提供的一種方式，但是在電力供給方面很容易受自然條件的制約和影響，對供電的連續(xù)性產(chǎn)生一定的影響，在儲能技術(shù)以及光伏新能源的技術(shù)融合下可以對供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性進(jìn)行提升，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心能源結(jié)構(gòu)的改變和轉(zhuǎn)換?；诖耍梢越柚g接蒸發(fā)冷卻解決方案來實(shí)現(xiàn)電力資源和水力資源的節(jié)約。在華為廊坊云數(shù)據(jù)中心中，利用iCooling的能效優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行制冷能效的優(yōu)化改進(jìn)，科學(xué)合理地改進(jìn)了參數(shù)的組合，達(dá)到了數(shù)據(jù)最優(yōu)。也可以利用智能化的運(yùn)維來對系統(tǒng)的安全性和運(yùn)維效率進(jìn)行提升。將AI智能特點(diǎn)進(jìn)行融合，對數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵子部位以及容易損傷的部件壽命進(jìn)行預(yù)測，確保系統(tǒng)和全鏈路的溫度以及圖像聲音等都可以實(shí)現(xiàn)預(yù)測性的維護(hù)，將被動地處置轉(zhuǎn)化為主動地預(yù)防，從根本上確保系統(tǒng)安全、可靠[3]。

5結(jié)束語

對于小型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)而言，由于其能效較低且設(shè)備利用率較低，需要對其原有的運(yùn)行方式進(jìn)行改進(jìn)，采用合理科學(xué)的建設(shè)方案，選擇單位空間算力、存儲密度較高的設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)中心能效和利用空間的提升及優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)我國的“雙碳”目標(biāo)。