大型數據中心建設研究論文

2015年1月，國務院印發了《關於促進雲計算創新發展培育資訊產業新業態的意見》(以下稱《意見》)，以促進雲計算創新發展，積極培育資訊產業新業態。《意見》發展目標：到2020年，雲計算應用基本普及，雲計算服務能力達到國際先進水平，掌握雲計算關鍵技術，形成若干具有較強國際競爭力的雲計算骨幹企業。雲計算資訊安全監管體系和法規體系健全。大數據挖掘分析能力顯著提升。雲計算成爲我國資訊化重要形態和建設網絡強國的重要支撐，推動經濟社會各領域資訊化水平大幅提高。《意見》發佈表明雲計算產業發展已初具規模，已引起國家高度重視。

隨着雲計算等技術不斷創新應用，推動數據中心市場爆發性增長，2016年中國數據中心市場預計將保持30%以上的年均增速達到550億元，到2020年我國數據中心市場規模將超過1500億元。定位於大數據、雲計算重要承載基礎的數據中心，不僅對廣電網絡現有的廣播電視業務、寬帶業務的發展產生積極作用，同時爲廣電的資訊化提供支撐。作爲黨和政府的喉舌的廣播電視，也需要藉助數據中心的建設提升資訊化服務能力，滿足人民羣衆不斷增長的需求。最終形成爲個人提供便捷生活通道、爲企業提供高效商務平臺、爲政府提供決策管理支援的基礎平臺，實現廣電網絡面向寬帶廣電的轉型。

本文從科學選址、彈性擴展、綠色節能、經濟可靠、智能可控幾方面進行研究，論述如何建設科學、經濟、可靠的數據中心。

　1科學選址

大型數據中心建設投資大，建設使用週期長，工業和資訊化部等五部委發佈的《關於數據中心建設佈局的指導意見》提出資源環境優先原則。充分考慮資源環境條件，引導大型數據中心優先在能源相對富集、氣候條件良好、自然災害較少的地區建設，推進“綠色數據中心”建設。地質環境、氣候條件、能源供給是新建大型數據中心選址最重要的要素。

從安全的角度出發，大型數據中心選址要避開地質災害多發地區，同時應遠離國境線建設在內地。在投產執行期，數據中心的冷卻所耗能源是佔據IT設備用電外最大的比例。選擇氣候條件滿足寒冷、適當溼度、潔淨的空氣達到節能的目的，降低執行成本。近年來，中國的數據中心發展迅猛，年耗電量超過全社會用電量的1.5%，數據中心的執行主要依賴電力供應，可靠充沛的電力是大型數據中心長期穩定執行的保障。

2015年發佈的《貴州貴安新區綠色數據中心發展報告》，研究分析數據中心建設地區發展優勢評價係數、年平均溫度、年降水量、空氣質量指數、地震帶、資訊傳輸企業固定資產、網民數、發電量、全社會用電量、互聯網普及率等標準，經過建模、分數量化評價，內蒙古自治區和貴州省爲超大型或大型數據中心選址的優選地區。

　2彈性擴展

經過近些年數據中心建設摸索，數據中心已從單純的樓宇式建設發展成爲樓宇式、倉儲式、集裝箱式三種建設模式，綜合三種建設模式的優缺點比較以及業務需求特點，現階段大型數據中心突出模組化建設理念，具體表現在機櫃微模組化、機房模組化、機樓模組化。

在機櫃建設上，採用具備模組整合、簡化系統、靈活配置、快速部署等特點的微模組進行建設。將機架、綜合櫃、整流櫃、電池櫃、交直流配電櫃、配電線纜、走線架、防靜電地板、製冷單元、冷熱通道密閉、動環監控系統等納人，形成一個相對完整的微模組系統，從而只需外界提供電力和冷通道。微模組組件可工廠預製，現場組裝，簡化建設方式，可靈活配置，快速部署。

基於模組化設計理念，機房模組化以滿足Tier2、Tier3、Tier4標準機房混合使用爲建設目標，以低成本、高標準、快速部署爲建設要求，一次性進行規劃，分期實施建設。如以一路10kV容量、兩層4000m2爲微模組，以氣體滅火防護區劃分，電源、空調模組化配套組合，滿足機房不同等級要求。各類管線按最短化原則水平設計、減少交叉，機房配電與IT設備實現同層安裝同層供電。降低土建成本，縮短部署時間，實現通用性強、管線短、分期擴展、資源複用等特點。

機樓模組化主要特點是“建築模組化，集約佈局、高效組織”，在空間結構上將機樓和配套動力中心作爲基本模組，根據規劃需求進行近遠結合、靈活適應的空間佈局，考慮初期需要數量分期建設機樓和動力中心組件，迅速投人執行使用，根據業務需求，逐步增加機樓和動力中心集羣數，降低投資壓力，形成較好的經濟指標。

3綠色節能

結合工信部下發的《國家綠色數據中心試點工作方案》相關要求，在建設規劃時充分考慮綠色數據中心技術創新和推廣，從機房機架佈局、製冷系統、IT設備、自然冷源、熱能回收等多方面實現綠色節能，打造PUE小於1.5的數據中心。建設規劃過程中，根據建築規模、安裝設備的散熱特點、所在地區氣象條件、能源狀態、節能技術特點等進行技術與經濟比較，綜合採用綠色節能措施。其中主要方式有：

自然冷源利用。根據大型數據中心建設地自然條件，採用智能通風自然冷卻技術。可規劃採用集中式水冷冷凍水空調系統，並配套板式換熱器，結合當地氣候情況全部或部分使用外界自然環境的免費冷源，結合智能新風節能系統，全方位多角度地實現自然冷源梯級利用。

機房內採用封閉冷/熱通道技術。將冷、熱氣流完全隔離，提高冷量的`利用效率。冷熱通道隔離、機櫃面對面擺放，室內風機送風量可減少30%，室內風機可省電約2/3;封閉熱通道後室內風機送風量可減少12.5%，室內風機可省電約1/3。

行間製冷技術。行間製冷爲高密度機櫃設計，可解決高密機櫃局部過熱問題，行間空調靠近機櫃安裝，定向短距離水平送、迴風，減少冷量傳輸損失。

高壓直流系統。採用直流不間斷電源系統，即高壓直流系統(336V開關電源系統)，具有與開關電源相同的優點：模組化設計，可維護性好，同時蓄電池組直接掛接在供電母線上，可靠性高。

優化設計。機房各類管線按最短化、最粗化原則，水平設計、減少交叉，機房配電與IT設備實現同層安裝同層供電，提高傳送效率，減少通道損耗。

採用DPS供備電方式。以每個機架爲供電單元，將電源直接放置在服務器機櫃內，後備蓄電池組採用鋰電池集成在設備內部，無需單獨建設電力室。DPS分佈式設備故障僅影響一架負載，將供電風險影響範圍縮小至機架，減少故障時產生的單位故障時間，爲整體負載提供穩定可靠的供電保障。DPS系統自身散熱較少，減少了空調耗電，所採用的磷酸鐵鋰電池相對於傳統的鉛酸蓄電池轉換效率高。此外，DPS系統根據用戶服務器進場時間分批開啓設備，減少系統^廣空載時間。

餘熱回收技術。輔助辦公用網房採用水源熱泵機組，利用穩定水源，提高冬季制熱效率，減少執行能耗。

　4經濟可靠

經濟與可靠需要從設備冗餘度、使用度、安全性、可維護、等級標準綜合尋找投資和效益的平衡點。主要途徑有：

(1)備份供電系統優化。採用高壓油機發電機組實現大容量和遠距離傳送電力，相比傳統低壓發電機組減少傳輸損耗，適合大型數據中心集中供電;用電容量與機房利用之間能更好匹配，機房利用率得以提升。在園區內設集中動力中心機樓，集中安裝發電機組，爲發電機組共用共享創造條件。透過發電機組複用減少園區發電機組配置數量，降低數據中心建設和運營成本。設定集中動力中心後，可根據不同用戶需求確定不同供電保障程度，分等級向用戶供電。根據業務分類，合理調整發電機與UPS組合，減少UPS用量。

(2)智能控制。機房環境使用集中監控、統一運維、聯動管理等功能，實現數據中心維護管理的高效率、高安全、綠色節能和操作智能化，提高可靠性，降低運維強度。

5智能可控

爲實現安全、可靠、有效的執行維護，數據中心對設施監控、資產管理、容量管理、能效管理、變更管理、可用性管理等各方面功能都提出了更高的要求。

數據中心機房智能控制系統包括運維管理平臺、綜合動力環境監控、專業監控平臺及機房資源管理等子系統。

運維管理平臺爲機房運維人員提供日常操作維護、事件及工單管理、運維分析等功能，同時逐步完善運維知識庫。綜合動力環境監控對機房動力和環境進行實時動態監控，及時發現存在問題，並透過長期數據統計分析，及時掌握髮展趨勢，對可能出現的問題進行防範。同時在出現問題時進行準確定位，及時解決。專業監控平臺包括建築設備監控、智能照明、變配電監控、智能網絡監控、安防監控、消防監控。機房資源管理針對機房的空間、電力等與業務直接相關的資源進行管理，支撐業務運營。

數據中心智能監控管理系統掌握數據中心基礎設施執行情況，在3D智能可視化的基礎上管理數據中心資產、資源、能耗，提高基礎設施可用性、資源利用率、管理效率與能效，提供集中監控、統一運維、聯動管理等功能，實現數據中心維護管理的高效率、高安全、綠色節能和操作智能化。

6結束語

大型數據中心的建設是大量新技術和新工藝結合的成果，是在技術快速發展趨勢下尋找平衡的過程，需要在實踐中持續探索，以滿足新技術發展應用。