如何打造应“云”而变的微模块数据中心

信息通信技术的飞速发展，正在带动数据中心产业升级。当前，大数据、云计算、物联网等技术快速 兴起，数据中心作为信息的重要载体以及互联网发展的重要基石，其规模日渐壮大。尤其是云计算应用在全球不断落地，更是对数据中心的发展提出了更高的要求， 绿色、节能、模块化、集约化正在成为数据中心发展的重要方向。对于电信运营商、互联网厂商等数据中心建设和运营者而言，如何打造面向云计算应用需要的弹 性、灵活、易部署、低成本且绿色节能的数据中心成为重要课题。

数据中心是云计算的重要 基础设施。当前，伴随着云计算、大数据的快速发展，数据中心的发展也呈现出新的趋势。在绿色、节能水平不断提升的同时，数据中心也正在向着集中化、大型 化、专业化的方向演进。而微模块化数据中心，凭借易部署、低成本、可预测等诸多优势，正在受到电信运营商、互联网厂商的青睐。目前，我国微模块数据中心的 部署量正在快速提升，如何面向云计算的发展需要，进一步推进微模块数据中心发展，未来能够像“搭积木”一样简便地建设数据中心，成为业界探索的重点。

云计算时代，微模块数据中心优势显著

微 模块数据中心系统是集成化、产品化、模块化、标准化的机柜系统，它是将传统机房的机架、空调、消防、布线、配电、监控、照明等系统集成为一体化的综合产品 方案，具有快速、灵活、简便、可预测等显而易见的优点。它是以若干机架为基本单位，包含制冷模块、供配电模块、后备电源以及网络、布线、监控、消防等在内 的独立的运行单元。该模块全部组件可在工厂预制，并可方便拆卸，快速组装，以实现系统的快速、灵活部署，这不仅可以大幅降低建设成本，而且能够大幅缩短数 据中心的建设周期。

伴随着数据中心的发展，传统机房的问题开始凸显，更加集约、绿色、节能的微模块数据中心受到青睐。一般而言，传统数据中心存在以下问题：

1.投入大，见效慢，可扩展性差。传统数据中心基础设施设计容量一步到位而it负荷逐年增加，数据中心一次性投入巨大；大量投入多年不能产生效益；更为重要的是传统机房可扩展性差。

2.建设与业务脱节。传统数据中心建设周期长，跟不上业务发展速度，机房建设时间少则半年，多则2年。

3.能耗高。传统机房能耗大，能源利用率低，房间级制冷，大量无效空间浪费了冷量；冷流短路，降低了制冷效率；国内大部分数据中心的pue值在2.6以上。

微模块电气系统——为了保证微模块的高可用性，配电系统采用双路市电输入方案，经ats自动切 换后到ups，再经过ups后到it机柜；另直接引一路市电直接到it机柜。为了保证微模块的高可用性和高节能性，不间断电源模块化ups配置。为了保证 监控系统及安防、消防系统各种传感器不间断工作，可单独配备一台小型ups为其供电。精密配电柜系统配备智能电量仪，将采集的运行数据（包括但不限于总电 压、总电流、总功率、用电量、功率因数、谐波、各支路电压、各支路电流、告警信息等）纳入监控系统。

微 模块制冷系统——微模块内，空调同微模块结构系统、电源柜以及ups柜共同组成密闭的冷通道，实现冷热空气隔离，微模块采用水平送风的列间空调进行制冷。 列间空调采用前部双侧送风，正面送风方向<90°，冷空气直接靠近热源，送风距离大大缩短，减少了气流沿程压力损失和冷空气的泄漏量，冷空气利用率 提高15%~20%。

微模块消防系统——主要实现火灾探测、天窗和设备联动、消防告警 等功能。消防系统主要由烟感、天窗磁力锁和消防门禁控制箱等组成。密闭冷通道内顶部安装有烟感；在活动天窗上安装有天窗磁力锁；在微模块顶部安装一个消防 门禁控制箱，内置天窗电磁锁控制模块；外接消防24v控制电源及220v交流电源，由数据中心机房总的消防控制器提供的干接点信号进行联动控制。

微 模块综合布线系统——微模块采用上走线的布线系统，在顶部安装线槽，实现线缆的有序管理。具体特征包括：微模块顶部实现强电线槽和弱电线槽分离，分别用于 电源线和信号线走线；红色标签线槽走强电，蓝色标签线槽走弱电；微模块顶部提供横向线槽和纵向线槽；横向线槽位于微模块每列机柜顶部，实现横向走线，纵向 线槽连通微模块两列机柜；微模块顶部线槽内有清晰的强弱电标识；每个机柜内后部左侧安装弱电线槽，右侧安装两条竖装的交流pdu和直流pdu；两个微模块 之间通过机房走线架进行连接，走线架分为电源线走线架和信号线走线架。

微模块智能管理 系统——微模块数据中心需要设置24小时不间断运行的智能管理系统。系统对机房微模块内的动力设备、环境设备、安防设备统一监控，并实现对微模块能耗、资 产、容量等统一运维管理，最终达到对微模块基础设施智能化监控管理的要求。微模块监控系统作为云管理服务系统中的一个组成部分，通过交换机，将每个微模块 的信息统一与上层的云管理服务系统进行互联互通。

当机房仅有一个模块时，微模块内置的 监控系统可以独立完成该模块的基础设施监控能力，通过显示层的各种展示终端和报警发送设备，实现微模块监控与用户的人机交互。在有多个微模块组成的数据中 心中，微模块内置的数据采集处理单元将采集的数据和处理后的结果、报警信息等上传至上级云管理服务系统。

面向未来

微模块数据中心持续演进

当 前，政企市场正在快步进入云计算时代，一方面越来越多的中小企业从自建小微数据中心转而向成熟的云计算服务提供商购买云服务；另一方面，政府也开始尝试与 专业it厂商合作建立市级、省级的云计算数据中心，为二级单位提供云服务，云计算已经从前几年的概念炒作发展到今天在政企市场中实用的阶段。

可以预见，数据中心作为支撑云计算服务的基础单元，随着云计算的快速发展，势必会呈现集中化、大型化、专业化的趋势，微模块数据中心正是在这种背景下出现的一种新型数据中心部署形式。

云 计算的重要特征之一就是弹性扩容，而实现数据中心的弹性化部署则是其中尤为重要的一环。it界的新技术往往最早出自更具创新力的互联网企业，在建设弹性数 据中心的探索中，由于对数据中心的需求量更大，规模更集中，又更加看重成本，国内外的大型互联网企业又一次走在了行业的前列。以google的比利时数据 中心为例，配电和制冷分别位于机房两侧，采用类似集装箱的模块化单元，机房内部也采用了冷、热通道隔离的微模块单元，实现了真正的模块化数据中心。但国外 的成功经验并不一定适用于我国，在土地资源尤其紧张的中国，容积率超低的单层厂房式数据中心无疑是奢侈的，所以更加适合多层数据中心的室内微模块正在成为 国内弹性数据中心探索的主要方向。

总工点评：

作为开展相关多元化经营的大型甲级设计单位，江苏院也在密切关注、研究和实施微模块数据中心，就像建筑工业化是建筑行业的未来一样，模块化也是数据中心发展到中后期的必然趋势。

数 据中心模块化从基础设施上可分为集团级、园区级、建筑级、机房级、机架级到机框级六个层次，微模块属于机房级模块化层，微模块是中国传统建筑数据中心与西 方仓储式数据中心的折中，为通信设计领域提供了机遇与挑战。江苏院一直致力于数据中心技术变革的研发与应用，数据中心作为未来sdn/nfv、信息化、大 数据、云计算、物联网、广泛连接的节点型基础设施，其软硬件技术的变革也影响着数字地产、电信业改革、云计算产业、数字服务业、“互联网+”的进一步健康 发展。

4.机房利用率低。单位建筑面积承载的计算能力有限，基础建设投入利用率不高；机柜功率容量低，无法放置高密度服务器；传统数据中心单机柜功率不到2kw；资 产管理难，数以万计的it资产连盘点都是难题，更不清楚什么设备在什么位置；资产人工盘点，开销大、效率低、易出错。

5.it设备空转。经过一段时间运行的传统数据中心存在大量幽灵（空转）服务器，数量可达15%以上。浪费能源，浪费机房容量。

6.设备部署或变更难、设计容量浪费。一次规模部署或变更，事前花大量人力确定方案；错误的部署或变更有可能引发事故；非智能设备部署导致设计容量浪费。

与传统机房相比，微模块数据中心具有简单、可预测、节能三大显著特点，同时还能够显著降低总拥有成本（tco），易于部署，且能够快速响应用户的需求（见右表）。

1.简单。模块化结构在工厂经过预设计和调试，在现场可以简单部署，所需要的建设规模小和复杂程度低。由于设计时预留了供配电接口、制冷接口、网络接口等，因此可以做到即插即用，这种预生产、标准化、外观统一便于客户采购、部署和调试。

2.可预测。模块化结构可以强化数据中心建设的可预测性，大大降低了数据中心建设中的风险。由于模块化结构是预设计、预测试、预安装的系统，预先要经过工厂验证，预先调试到其最佳性能，因此具有很好的质量保障，而且交付期也非常短（一般为7~8周）。

3.节能。传统数据中心的pue值一般都在2.0以上，而模块化数据中心的pue值可以达到1.8以下（水冷方式则可以到1.5以下），微模块数据中心相比传统数据中心每年可以节约20%以上的电费。

五大关键系统，构建微模块数据中心

从微模块数据中心的整体组成上看，主要由底座、服务器机柜、电源柜、电池柜、列间空调、天窗、顶部线槽和端门等部件组成。从系统来看，可划分为结构系统、供配电系统、制冷系统、消防系统、监控系统、综合布线系统等子系统。

结 构系统采用双排机柜冷通道密封形式，提供1.2m宽的冷通道空间；采用若干定制机柜，单机柜提供42u安装空间，单机柜可分别提供3kw功率支持。供配电 系统采用双路市电输入方案，对于服务器机柜内的it负载，提供双ups电源供电。制冷系统采用列间精密空调，靠近机柜设备进行制冷。消防系统主要由烟感、 天窗磁力锁和消防门禁控制箱等组成，需要依赖于数据中心机房内已有的消防系统完成消防灭火动作。综合布线系统采用机柜上走线，实现强弱电分离。监控系统实 现动环监控、动态能耗显示、资产自动检测、实时容量检测等多种功能，并与上层云管理服务系统智能联动。同时提供门禁、红外入侵、视频监控、水浸、机柜门 磁、声光报警、烟感等全面保护。

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