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什么是绿色?绿色数据中心标准的探讨(1)

什么是绿色数据中心?绿色数据中心应该参照什么样的标准来设计?目前这些问题都还没有一个公认的概念和标准。绿色数据中心在标准方面依然面临缺位,行业内对此认识也还不够深入。以前的国家标准主要针对计算机信息中心,而机房标准只针对基础设备层面的技术需求而提出。现在的数据中心不但涉及计算机设备,还要应对存储管理和应用软件等方面的要求,导致当前没有制定出详细的技术参数标准来界定绿色数据中心的标准。因此,国家应当尽快投入人力物力,提早出台绿色数据中心的规范和标准,以此来指导数据中心的建设。

新时代大背景下的数据中心

中国电信佛山华南数据中心

一、目前数据中心存在的问题

柜式机房是顺应IT行业发展趋势和潮流,设计、生产的新一代适合需求变化的IT设备物理基础设施,在IT
应用整合趋势背景下,出现了两类融合机房各系统技术潮流新推出的创新型中小型模块化机房产品,即一体化机柜和模块化机房。其产品整合了配电、防雷、UPS、蓄电池、空调、门禁、PDU、环境监测、消防气流组织、线缆管理等多功能模块。为服务器等IT
核心设备营造一个可靠的运行环境,并可根据用户业务拓展需求,实现系统的弹性部署。所有部件工厂预制、预装、预调试、现场安装简单易行,一天内可实现快速部署。自带远程web界面监控功能,可实现单个网点远程运维。机柜配置多样化,适用于金融、政府、教育、医疗、公安、中小企业等机房需求。

1月16日,中国电信佛山华南数据中心项目一期工程顺利封顶。该数据中心于2017年7月11日宣布开工,今年10月份A栋数据中心一期全部完工并投入运营。此项目是中国电信、佛山电建集团及广东开普勒通讯科技三方联手,共同打造的中国电信超五星级别的数据中心,该数据中心位于广东第一批省级大数据产业园-广东福能大数据产业园区内,占地面积5.1万平方米,总投资近10亿元,将分A/B两栋建设,A栋第一期投运1375个机架,总建设规模约6000个机架。

绿色数据中心是数据中心发展到一定阶段的必然要求,它是涉及数据中心整体的系统问题,包括整体建筑、机房、空调、UPS、服务器等IT设备、应用系统和数据管理效率等全方位的问题。绿色数据中心的对公司发展的必要性能源紧缺是当今世界的难题。降低能耗是公司每一个业务环节所必须关注的,并成为提高企业成本竞争力的一个保障。在确保业务稳定运营的同时,降低IT长期运营的成本,是每一个现代企业的任务。

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一体化机柜

数据中心的规划建设按照T3+标准进行设计,充分运用高科技、信息化、绿色环保技术打造新一代五星级电信数据中心。目前1到3层己经陆续投入运营,4到7层将会根据客户的不同需要提供数据中心的定制化服务。

图1典型数据中心结构图(数据来源:ICTresearch,2008-10)

一体化系列产品对比于传统的数据中心方案,是一套完整的数据中心解决方案,集机柜、配电、制冷、监控、综合布线、消防等系统于一体,实现了供电、制冷和管理组件的无缝集成。使模块化数据中心实现智能、高效的运行,让客户花费最少的投资,获得更多的收益,从而降低运营费用。除了本身融合各种系统为一体外,在对设备的保护上,还可从以下两方面考虑加以考虑:

数据中心有着超高规格的电力保障:市电由三个不同区域的高等级变电站,分别引入四路10千伏电力专线;正规的三线接入,与广深同等级出口,直接163骨干网络;PC端+移动APP智能巡检系统,打造智能化运维,提供个性化服务,开普勒将打造成华南地区乃至全国的高端数据中心标杆。

那么,当前用户的数据中心应对绿色数据中心的表述,还存在哪些主要问题呢?

第一是高温自动弹开门装置。可设定自定弹开系统温度,在极端情况下,如柜内空调损坏,柜内温度超过设定温度时,自动弹开机柜前后门,从而为保护设备,更换空调争取到宝贵的时间。

长沙云数据中心

1、物理环境层面的问题,物理层面主要包括机房、UPS、布线、监控、空调等。

第二则是柜顶的自动灭火装置,内装有专门提供为IT设备灭火的七氟丙烷,在火灾发生的一瞬间,就会在柜内均匀喷洒七氟丙烷,以达到灭火的目的。

7月30日,位于长沙市高新区的中国联通云数据中心正式投入运营,该中心占地145亩,总建筑面积为13万平方米,可运营服务器数量多达18万台,是中国联通在中南地区规模最大的云数据中心。目前,中国联通长沙云数据中心一期IDC已建成并投入使用。

传统数据中心普遍存在局部过热导致的宕机。传统数据中心因设计不合理而制冷不能按实际设备的需要进行分配,导致总体能源浪费高且存在局部过热而宕机。机房空调设置不合理,没有采用机房专用的精密空调,而是直接采用了家庭舒适性空调。电源线缆布放过细,存在重大的安全隐患。没有配备保障电源,机房的设备安全运行无法保证。

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长沙云数据中心属于中国联通十二大云数据中心之一,项目按照国际T3标准、电子信息系统机房A级标准及绿色数据中心理念进行设计和建造,分三期建设。项目一期建设一栋IDC机房、一栋综合通信枢纽楼和两栋动力中心,安装2000架标准IDC机柜;二期建设两栋IDC机房和两栋动力中心,安装4000架标准IDC机柜;三期建设三栋IDC机房和三栋动力中心,安装6000架标准IDC机柜。三期建设完工后,机柜总数达到12000架。

科学的数据中心动力配置,成本会在建设初期提高,相比由此带来的系统稳定运营带来的业务高可靠性,同时体现出的节能减耗带来的低成本价值。

一体化机柜的配置

腾讯怀来数据中心

2、IT设备层面的问题,包括服务器、存储等,解决方案如服务器虚拟化、芯片性能能耗比提高等。

一体化系列模块化机柜产品一般常规有单柜,双柜,三柜共3种基本配置可选,其容量有3KW,6KW,10KW,20KW四种组合配置,基本可以满足各种分支机构的机房基础设备需求,其精密空调的安装方式主要以模块化为主。当然也可以使用行间精密空调的冷却形式,机柜的数量也可根据需求增加并柜数量,但通常不会超过8台;

8月22日,腾讯与张家口市怀来县正式签约,宣布将投资300亿元建设腾讯华北信息技术产业总部基地,入驻环首都新一代信息技术示范区。怀来数据中心将是腾讯华北最大数据中心基地,腾讯在张家口市怀来县将投资三个数据中心基地,每个占地350亩,合计1050亩,预计2022年全部建成后将上架服务器约100万台。

数据中心的电力密度在过去10年间增长了10倍。美国在1992年每机柜2.1千瓦,到了2006年涨到14千瓦;很多企业经常因电力限制而无法充分利用其机柜空间。处理器能力的飞速提高,导致数据中心基础设施电源需求大幅增加,既要用电力来驱动系统的运行,又要用相当的电力来驱动空调,以冷却系统产生的热量。

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从建设模式上看,腾讯怀来数据中心是云数据中心典型的一地三中心布局,或将承载腾讯云的大部分业务。用腾讯的话说,这将是“腾讯公司发展历史上最大规模、最高等级且位于非核心都市的云计算综合产业基地。”

3、数据应用管理层面,包括应用系统与数据库,解决方案如应用系统整合、信息生命周期管理等。

模块化数据机房

京东云华东数据中心

传统的数据中心数据存储混乱,没有达到服务器与存储的最佳效能比。这样导致了数据管理的困难和潜在危险。很多数据中心中的数据没有合理和及时的进行灾备,也给突发事件的处理带来了很大的麻烦。要最大限度地发挥员工、合作伙伴和客户的潜力,组织中的每个员工必须能够快速查找和访问信息。对于必须应对无计划的应用程序停机、较差的系统可伸缩性和性能以及对数据安全性缺乏适当控制等情形的IT专业人士和数据库管理员,过时或效率低下的数据管理系统难以满足此需求。

模块化数据机房则是为了应对云计算、云边缘计算、虚拟化、集中化、高密化等服务器的变化,为了提高数据中心的运营效率,降低能耗,实现快速扩容且互不影响而推出的快速预装式模块化数据中心。

8月24日,京东云“华东数据中心”于2015年投建,截至2018年,园区内4大模块全部正式投入运营。整个园区占地13万平方米,总机量超过5000架,由4个规模相当的云数据中心模块和1栋综合大楼组成,总建筑面积55328平方米,每个模块建筑面积12332平方米。此外,园区还建设有110KV专属变电站,晓店和湖滨变电站双路63MW用电接入,并配备双路UPS、柴油发电机,实现三重供电保障。

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模块化数据机房具有多个具有独立功能、统一输入输出接口的微模块、不同区域的微模块可以备份,通过相关微模块排列组合形成一个完整的数据中心。与一体化机柜系统不同的是,模块化数据中心是将单体模块化的UPS、配电模块、精密空调放置在了一起,使其成为一个整体。配电模块组合成为PDF,机架式空调也改成了列间空调。使其成为一个整体的存在。所以模块化数据中心是一个整合的、标准的、最优的、智能的、具备很高适应性的基础设施环境和高可用计算环境。

作为第一个自建自营数据中心,京东云华东宿迁数据中心内四大模块机房将于今年年内全部投入运营。该数据中心的二期工程将迎来众多“黑科技”,包括液体浸没式的制冷技术和热管式技术等。另外,机房内感应温湿度的智能机器人预计将于四季度投入运营。目前,京东云华东宿迁数据中心的最大PUE(
数据中心总设备能耗/IT设备能耗)<1.4,达到国内一流水平。

图2企业核心应用平台 数据来源:ICTresearch,Microsoft,2008-10)

模块化数据中心单个模块一般可支持8—32个机柜的部署,支持单机柜功率密度为3kW~20kW。可提供独立的工作空间和维护空间,可解决机房局部的热点问题,实现机房的节能改造。同时,单个模块化数据中心还可以组合堆叠,组成大型的数据中心机房。从下图中我们也可以看出模块化数据机房的一系列优势。

世纪互联上海数据中心

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10月15日,世纪互联集团在上海外高桥保税区开通运营了一个新的数据中心。这座四层楼的数据中心机房约6000平方米(65000平方英尺),IT机房面积超过2000平方米。一楼设有数据室、电源和其他配套室和管理室,二楼到四楼是机房。底层有2000个支撑设施,三层建筑中拥有可以部署1000多个机架的IT空间。其设计和制造符合中国国家数据中心标准,带有密封的冷热通道。

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世纪互联在上海新开通的数据中心采用2N冗余UPS配置,其中包括两组蓄电池,每个蓄电池可在满载情况下为数据中心供电15分钟以上。为了应对长时间停电,其备用电源部署了五台柴油发电机,带有独立的埋地油箱,可以在满负荷下为数据中心供电超过8小时。如果停电持续时间更长,柴油供应将在2小时内到达。

模块化数据中心内含有许多系统,下面小编就供配电系统、智能管理系统,能源管理系统给大家一一道来。

天津赞普数据中心

供配电系统

10月25日,赞普数据中心在天津高新区渤龙湖科技园建成投入使用,并与京东云、天津联通、中经云数据中心等11家企业签署战略合作协议。赞普数据中心填补了天津大型、高等级数据中心的空白,将为大中型互联网企业,金融、证券、政务、智慧城市等各行业的大数据应用提供高品质的基础设施支撑环境。此次建成的赞普数据中心大厦总建筑面积2万多平方米,地上四层,配备24个机房模块,设计容量3700标准机柜,可容纳4万至7万台服务器。中心按照国际标准设计和建造,是天津首家也是唯一一家获得国标A级认证的数据中心。

机房的配电系统成为模块化数据中心一个关注点,微模块内部集成了UPS或者240V直流以及蓄电池不间断电源系统。不同的微模块可以由不同的电源系统供电,实现了同一房间内多种电源形式混用。最开始,UPS仅被视为一种备用电源。后来,由于电压浪涌、电压尖峰、电压瞬变、电压跌落、持续过压或者欠压甚至电压中断等电网质量问题,使计算机等设备的电子系统受到干扰,造成敏感元件受损、信息丢失、磁盘程序被冲掉等严重后果,引起巨大的经济损失。因此,UPS日益受到重视,并逐渐发展成一种具备稳压、稳频、滤波、抗电磁和射频干扰、防电压浪涌等功能的电力保护系统机柜配电设备。如今,UPS供配电系统的标准化、模块化开始被大量采用,降低了MTTR、提高了可用性、扩展性、设备安装的施工质量,并降低了生产和销售成本。

华为云廊坊数据中心

根据电路结构的不同,按照国际电工委员会标准IEC62040-3:19991,UPS分为三种类型,即:后备式、互动式(Line-interactive)、双变换式(Double-conversion)

华为廊坊数据中心建筑面积54000平方米,地上建筑2层,其中1层9米,设置冷冻站、电力设施支撑区、展厅、大厅、开闭站等区域;2层6米,部署53U8KW机柜及控制中心、办公室、库房等。每机柜8KW的供电能力,在国内的云数据中心里已处于一流水平。

我们以最常用的双变换式为例,向大家进行讲解其中的组成部分,下图为双变换式UPS组成的图例

廊坊云数据中心,华为将AI技术应用到数据中心的日常管理中,利用AI技术,华为将服务器、存储等设备中故障率最高的硬盘、内存数据进行处理,提前预测硬盘、内存的故障趋势和发生时间,实现了从预防性维护到预测性运维的跨越;通过iCooling技术,智能协同IT与制冷系统,调节制冷系统运行在最佳状态,年均节能超过5%,每年节省电费近千万。实现运营可视化、运维自动化、服务自助化服务。

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百度首个自建超大型数据中心

UPS组成部分

百度云计算中心,园区占地约360亩地,总建筑面积约12万平方米,包括8个高标准模组,PUE是数据中心领域衡量能源效率的权威指标,阳泉数据中心凭借着是电气架构的改变和空调末端的改变,另外配合高温服务器和调优等措施使PUE低至1.1。百度阳泉数据中心是国内首个应用光伏发电的数据中心,还大量采用了风电清洁能源。除此之外阳泉数据中心还采用了高温服务器及新型的气流组织结合的零功耗的新型空调末端,充分利用了天然的冷源,全年免费冷却能达到96%。

整流器功能:

百度把AI技术引入到数据中心,冷水机组三种模式的运行通过AI自动判断,根据室外天气湿度、温度和负荷,切换制冷模式、预冷模式和节约模式,除此之外,AI还能实现智能预警,通过负载预判设备运行情况,给出维护策略。

①完成交流转换为直流的电路;

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②实现功率因数校正及升压功能;

③降低对电网的污染;

逆变模块功能:

①完成直流转换为交流的电路;