知名咨詢公司高德納（Gartner）最近發(fā)布的多份報(bào)告顯示一個(gè)趨勢，就是 “前兩代數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)已無法滿足當(dāng)前和未來需求。新數(shù)據(jù)中心不應(yīng)該再是靜態(tài)的結(jié)構(gòu)，而是一個(gè)能夠隨著服務(wù)器和存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施改變而不斷發(fā)展的動(dòng)態(tài)有機(jī)體”。有鑒于此，高德納公司（Gartner）建議新數(shù)據(jù)中心應(yīng)“采用靈活的、模塊化、虛擬化設(shè)計(jì)原則”。本文將對(duì)模塊化數(shù)據(jù)中心的意義及定義進(jìn)行深入的分析。
一、現(xiàn)存模塊化定義的問題
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主要的數(shù)據(jù)中心設(shè)備供應(yīng)商和整體解決方案供應(yīng)商都在宣傳其模塊化解決方案的優(yōu)勢。但目前對(duì)于“模塊化”的定義仍很模糊，它可以應(yīng)用于UPS這樣的單一設(shè)備，也能應(yīng)用于整棟數(shù)據(jù)中心建筑中。以集裝箱式數(shù)據(jù)中心為例，數(shù)據(jù)中心本身就可看作是一個(gè)模塊。
數(shù)據(jù)中心運(yùn)營人員面臨著大量含混不清的，用于定義模塊化的術(shù)語，包括模塊（pods）、集裝箱（container）、集群（clusters）、分區(qū)（zones）、機(jī)柜行（rows）、機(jī)房（rooms）、機(jī)柜排（busses）等。然而，數(shù)據(jù)中心模塊化不是指某種特定的理想化設(shè)計(jì)方案，而是指一種方法，能夠形成多種類型的設(shè)計(jì)方案。此外，雖然我們說某些數(shù)據(jù)中心要比其它數(shù)據(jù)中心“更具模塊化”，但并沒有明確的范圍來界定數(shù)據(jù)中心的模塊化。
選擇了模塊化方法后，還必須考慮將數(shù)據(jù)中心按模塊化分割的程度，即顆粒度。數(shù)據(jù)中心的某個(gè)子系統(tǒng)是應(yīng)該由三個(gè)模塊還是三十個(gè)模塊組成，模塊化的實(shí)施會(huì)產(chǎn)生一定成本，因此最大限度地全盤模塊化并不總是實(shí)現(xiàn)高效的最佳做法。權(quán)威調(diào)查咨詢機(jī)構(gòu)Tier 1 Research最近的分析報(bào)確信模塊化為數(shù)據(jù)中心帶來優(yōu)勢。但同時(shí)指出，只有當(dāng)模塊進(jìn)行產(chǎn)品化和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，從而降低成本、加快供應(yīng)鏈流程時(shí)，模塊化對(duì)整個(gè)行業(yè)的影響才能最大化。
二、模塊化能夠解決的問題
模塊化對(duì)所有數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商都具有吸引力，這是因?yàn)樗芡瑫r(shí)解決一系列的問題。幾乎所有類型的數(shù)據(jù)中心，無論規(guī)模大小或可用性高低，都能夠從模塊化中獲益。模塊化可以解決如下九大問題：
解決投資成本利用率低下的問題：模塊化方法能實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施按需部署，而不是在前期一次性部署。
解決設(shè)計(jì)和安裝周期時(shí)間長的問題：模塊化數(shù)據(jù)中心采用預(yù)先設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的系統(tǒng)，縮短了設(shè)計(jì)和安裝時(shí)間。
解決質(zhì)量問題：采用預(yù)先設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的設(shè)計(jì)，能夠減少缺陷。
解決功率密度設(shè)計(jì)錯(cuò)誤問題：采用模塊化設(shè)計(jì)，可在部署時(shí)再進(jìn)行功率密度決策，而不必提前數(shù)年就做出此類決策。
解決管理系統(tǒng)編程和配置復(fù)雜化問題：模塊化設(shè)計(jì)反復(fù)使用標(biāo)準(zhǔn)化管理工具，運(yùn)用更多開箱即用功能，減少每次項(xiàng)目都進(jìn)行編程。
解決容錯(cuò)問題：模塊化設(shè)計(jì)一般包括N+1冗余，支持容錯(cuò)和并行維護(hù)的能力。
解決標(biāo)準(zhǔn)要求問題：模塊化設(shè)計(jì)可預(yù)先驗(yàn)證，遵從安全、能效、兼容性、安防等標(biāo)準(zhǔn)，無需逐個(gè)評(píng)估，避免出現(xiàn)不符合標(biāo)準(zhǔn)的意外情況。
解決運(yùn)營人員培訓(xùn)問題：標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)方案可以簡化培訓(xùn)。
解決能效低下問題：造成數(shù)據(jù)中心能效低下的首要原因就是容量設(shè)計(jì)過大。可擴(kuò)展模塊化數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)通過按需規(guī)劃容量，避免了這個(gè)問題。此外，采用預(yù)設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)組件，其它許多導(dǎo)致低效的問題也得以解決。
三、模塊化架構(gòu)的三個(gè)組成元素
為了描述和明確數(shù)據(jù)中心的模塊化，很有必要了解模塊化是如何應(yīng)用的。在本文中，我們用三個(gè)模塊化元素來描述數(shù)據(jù)中心架構(gòu)：
設(shè)備模塊化：設(shè)備由模塊化組件構(gòu)成。區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)中心架構(gòu)所采用的模塊化和數(shù)據(jù)中心設(shè)備所采用的模塊化是十分重要的。數(shù)據(jù)中心使用的所有設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)的趨勢由來已久，包括服務(wù)器，存儲(chǔ)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和UPS系統(tǒng)。最近，機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)也開始采用模塊化。這些設(shè)備采用模塊化的優(yōu)勢眾所周知，包括便于維護(hù)、可重復(fù)配置、部署迅速、便于容量擴(kuò)展、采購周期短等。這些模塊化設(shè)備的使用，是模塊化數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的一個(gè)重要組成部分。但是，數(shù)據(jù)中心僅使用模塊化設(shè)備，并不意味著采用了我們將在本文中定義的模塊化架構(gòu)。
子系統(tǒng)模塊化：一個(gè)功能塊，由多個(gè)同樣的設(shè)備或模塊構(gòu)成。數(shù)據(jù)中心的功能塊（子系統(tǒng)），如UPS、機(jī)房空調(diào)和冷水機(jī)組等，可作為一個(gè)整體單元部署，也可作為多個(gè)設(shè)備（模塊）部署，這些設(shè)備同時(shí)運(yùn)行并分擔(dān)負(fù)載。子系統(tǒng)模塊化普遍存在于大型數(shù)據(jù)中心是因?yàn)镻DU和CRAC等子系統(tǒng)通常都是由多個(gè)設(shè)備單元組成的。容錯(cuò)性、并行維護(hù)和搬運(yùn)是推動(dòng)子系統(tǒng)模塊化的三大要素。這些因素促使數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)從龐大的單一子系統(tǒng)，向由多個(gè)模塊構(gòu)成的子系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，尤其適用于子系統(tǒng)在室內(nèi)部署。
盡管對(duì)數(shù)據(jù)中心的許多設(shè)備類型來說子系統(tǒng)模塊化很普遍，但這些子系統(tǒng)使用的很多設(shè)備并未實(shí)現(xiàn)理想的模塊化“即插即用”式的安裝。和設(shè)備模塊化一樣，子系統(tǒng)模塊化通常是模塊化數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的重要元素，但其本身并不意味著數(shù)據(jù)中心采用模塊化架構(gòu)。真正的模塊化架構(gòu)中，設(shè)計(jì)方案還必須定義不同子系統(tǒng)通過何種方式部署在一起。
模塊關(guān)聯(lián)：所部署的各子系統(tǒng)模塊之間的關(guān)系，確定冗余，容量和功率以何種方式實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展。當(dāng)部署一個(gè)IT單元，需要綜合考慮物理空間、電源、制冷、網(wǎng)絡(luò)、消防和照明。因此，數(shù)據(jù)中心跨子系統(tǒng)的模塊關(guān)聯(lián)，是模塊化數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的一個(gè)重要概念。原則上，一整套平衡、集成的子系統(tǒng)能作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的模塊化數(shù)據(jù)中心而部署。很明顯，這就構(gòu)成了模塊化數(shù)據(jù)中心架構(gòu)。所有相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)都將集成到一個(gè)模塊。能夠在現(xiàn)場部署完整的微型數(shù)據(jù)中心，并隨時(shí)添加。這可以稱得上是最 “純粹” 的模塊化數(shù)據(jù)中心架構(gòu)。但這僅僅還是一個(gè)理念，由于以下原因目前還無法付諸實(shí)施：
1. 將每個(gè)數(shù)據(jù)中心模塊作為一個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)中心管理，還不太現(xiàn)實(shí)
2. 某些子系統(tǒng)在大規(guī)模部署時(shí)比模塊化部署要來得更為經(jīng)濟(jì)高效
3. 在多個(gè)模塊上部署冗余比在單個(gè)模塊中部署冗余成本更低、更高效
4. 單個(gè)數(shù)據(jù)中心模塊都采用隔離的電源和制冷容量，會(huì)因擱淺容量造成浪費(fèi)
5. 模塊越小靈活性越高，但發(fā)電機(jī)和冷水機(jī)組等許多設(shè)備型號(hào)越小，效率就越低
盡管將所有子系統(tǒng)集成為完整獨(dú)立的數(shù)據(jù)中心模塊是不太現(xiàn)實(shí)的作法，但模塊化數(shù)據(jù)中心架構(gòu)必然存在某種方式將子系統(tǒng)進(jìn)行分組，以便能夠合理和一致地部署子系統(tǒng)。模塊關(guān)聯(lián)是數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的一個(gè)屬性，定義了各子系統(tǒng)之間是如何相互關(guān)聯(lián)的。
三、模塊化架構(gòu)的定義
一個(gè)高效的模塊化數(shù)據(jù)中心架構(gòu)應(yīng)具有以下特性：
- 定義一系列模塊，作為部署數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)。
- 定義模塊由相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)組成，以便盡量降低部署復(fù)雜度。
- 由規(guī)則、工具和設(shè)備組成，定義模塊未來按數(shù)據(jù)中心成長計(jì)劃的部署方式。
- 系統(tǒng)經(jīng)過工程設(shè)計(jì)，最大限度地減少了部署模塊所需的規(guī)劃、安裝、配置和編程工作。
- 提前定義了容量、效率、密度、重量等所部署系統(tǒng)的特性，無需進(jìn)一步分析。
- 在權(quán)衡簡潔性、成本和合理規(guī)模之后，確定模塊大小。
- 能夠出色支持在未來升級(jí)或變更可用性（冗余性）和功率密度等屬性。
- 作為一個(gè)開放架構(gòu)，能夠支持跨廠商的基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品和設(shè)備。
需要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是，以上提到的模塊化數(shù)據(jù)中心架構(gòu)不僅是一個(gè)部件清單，而是需要大量的系統(tǒng)規(guī)劃與測試工作。雖然可為特定數(shù)據(jù)中心開發(fā)和定義模塊化架構(gòu)，但如果行業(yè)范圍內(nèi)定義標(biāo)準(zhǔn)的架構(gòu)，則會(huì)更實(shí)用、更高效。如果數(shù)據(jù)中心采用已有標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，那么就能大幅節(jié)省設(shè)計(jì)、定義、規(guī)劃和測試成本（及時(shí)間）。隨著越來越多的數(shù)據(jù)中心使用標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，整個(gè)行業(yè)都將降低成本、提高質(zhì)量。
盡管數(shù)據(jù)中心容量單元的概念聽起來簡單，但這些單元實(shí)際上可部署于多個(gè)層次。舉個(gè)極端的例子，我們可考慮為每個(gè)IT設(shè)備部署一個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)中心容量單元，或微型獨(dú)立數(shù)據(jù)中心。與之相反的極端情況是，完全預(yù)制40 MW IT容量的數(shù)據(jù)中心大樓作為一個(gè)單元。在定義模塊化架構(gòu)時(shí)，僅以模塊化、設(shè)備、子系統(tǒng)這三個(gè)方面，并將它們按前面所述相連，還是不夠的；我們還必須說明將它們應(yīng)用在架構(gòu)的哪個(gè)層次。為了清晰地說明數(shù)據(jù)中心單元，我們定義了以下標(biāo)準(zhǔn)層次結(jié)構(gòu)：
根據(jù)這一數(shù)據(jù)中心定義，可以認(rèn)為IT容量單元可以部署在這五個(gè)層次中的任何一個(gè)。采用模塊化架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心能在IT設(shè)備、IT機(jī)柜、IT模塊、IT機(jī)房乃至整個(gè)數(shù)據(jù)中心設(shè)施層面，部署模塊化數(shù)據(jù)中心容量單元（關(guān)聯(lián)的模塊化子系統(tǒng)）。模塊化應(yīng)用的例子存在于任何一個(gè)真實(shí)數(shù)據(jù)中心的各層面之中。
上述層次結(jié)構(gòu)使用了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的術(shù)語，但也可以有效描述非傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。比如“設(shè)施”這一術(shù)語可以用來代表擺放集裝箱式數(shù)據(jù)中心模塊開放場地，“機(jī)房”這一術(shù)語可以代表集裝箱或互聯(lián)的集裝箱組等。
很明顯，存在無限多種方式定義模塊化數(shù)據(jù)中心架構(gòu)。事實(shí)上，世界上每個(gè)數(shù)據(jù)中心都采用模塊化架構(gòu)，且互不相同，這點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)的，但這肯定無法達(dá)到最佳效果，因?yàn)橹挥挟?dāng)大量數(shù)據(jù)中心的模塊化架構(gòu)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化后，其大多數(shù)重要優(yōu)勢才會(huì)發(fā)揮出來。
基于對(duì)上述多種可能性的了解，再通過思考來分析造成數(shù)據(jù)中心運(yùn)營人員需要不同模塊化架構(gòu)的問題所在，以及是否有可能通過少量標(biāo)準(zhǔn)化架構(gòu)來滿足大多數(shù)需求。然后，可以定義一種描述模塊化數(shù)據(jù)中心的標(biāo)準(zhǔn)方法。同時(shí)，為如何更好地應(yīng)用模塊化提供一些基本指導(dǎo)準(zhǔn)則。
五、結(jié)論
模塊化架構(gòu)的優(yōu)勢正在得到廣泛認(rèn)可。本文只是簡要總結(jié)了這些優(yōu)勢。 向模塊化數(shù)據(jù)中心的變革勢在必行，這是因?yàn)槟K化能夠在大幅提高性能的同時(shí)降低總體擁有成本。模塊化在很多行業(yè)已經(jīng)非常普及，如汽車制造行業(yè)和IT設(shè)備行業(yè)等。對(duì)于數(shù)據(jù)中心來說，唯一的問題是這場變革將采取什么形式，以多快的速度進(jìn)行。
文章摘自施耐德電氣信息技術(shù)
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