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现今，传统数据中心对能源的消耗越来越大。而且这些消耗量还在以惊人的速度不断增长。2006年全球数据中心的能源消耗是2000年的两倍。但是2012年，这一总量在2006年的基础上再次翻番。由此，人们开始认识到传统数据中心的弊端——高能耗。
1. 高能耗
在数据中心领域中，存在一个衡量数据中心效率的值——数据中心总设备能耗/IT设备能耗（power usage effectiveness，PUE）。这个值代表数据中心消耗的所有能源与IT负载使用能源的比值。所有能源即是数据中心总共消耗的能源，IT负载使用的能源可以宽泛地理解为数据中心在做它自己分内的事情时消耗的能源，那其他的能源是什么地方消耗的呢？这个问题是显而易见的，数据中心中存在着数目庞大的基础配套设施来维持它的稳定运转，剩下的能源便是这部分的设施所消耗的，如图1-6所示。
图1-6 传统数据中心能耗比例
大部分数据中心的PUE值在2.5～3，这意味着这些数据中心的配套设施消耗的能源多于数据中心本身在运行时消耗的能源，这是十分惊人的；而高水平的数据中心的PUE值都普遍被控制在2以下，虽然相比来说优秀许多，但资源的消耗仍然是可观的。
传统数据中心高能耗的问题也为使用数据中心的企业带来了不小的麻烦，而这也成了传统数据中心第二个被人诟病的地方——高运营成本。
2. 高运营成本
在数据量飞速增长的今天，传统数据中心的服务器不断增加，数据中心机房的规模在不断扩大，因为高密度的服务器布局产生大量的热，空调的数量要不断增多，制冷效果要不断加强，带来了用电量不断增加的问题。这使得传统数据中心的运营成本直线上升，影响企业的资金周转。
在国内，不少企业的数据中心电力成本每年需要几百万元、几千万元，更有甚者，运营成本超过了一亿元。这大大影响了企业的正常运作，甚至有可能导致企业破产倒闭。一些企业的数据中心已经陷入了成本危机，电费高昂，配套设施冷却能力不足，无法满足服务器和存储设备的需要；另一方面，没有足够的空间和场地来增长IT基础设施的容量。
3. 低可用性
高能耗不但带来了高运营成本，在某种程度上，它还降低了传统数据中心的可用性。在中国的一些地区，人口密集，用电量巨大，而地区却没有足够的供电能力。于是，为了保障人们的正常生活秩序，这些地方的企业面临着用电方面的制约和限制。由于数据中心高能耗的问题没有解决，数据中心就可能停止运作，同时新的数据中心也没有办法建立。这会对企业造成不可弥补的损失。
4. 高物理环境要求
接着，传统数据中心的问题还体现在它会轻易地被物理环境左右。传统数据中心的整体布局和制冷系统的配备一旦不合理，便会导致数据中心总体资源利用率下降和产生局部过热，影响稳定运作，国内一些数据中心机房的温度甚至可以达到40℃左右。此外，布局不合理，胡乱布放电源线缆，缺少保障电源配备使得传统数据中心的安全运行也成为一个大问题。
5. 使用效率低下
传统数据中心的使用效率问题也一直困扰着人们。据调查得知，大部分传统数据中心中的服务器和网络设备的利用率仅仅为24%～30%，有一些数据中心的CPU利用率和硬盘利用率都在10%以下，这也是传统数据中心高耗能的原因，资源利用率实在是太过低下。
6. 高废气排放
电子设备造成的环境污染不容小觑。据EPA统计，2012年仅美国地区就生产了3412万吨电子垃圾；而据Gartner 2007年统计，全球信息技术工业二氧化碳排放量相当于全球总量的2%，与整个航空工业的二氧化碳排放量相等。解决传统数据中心存在的高污染以及高二氧化碳排放成为了企业必须肩负的社会责任。但是，大部分企业没有能力解决这一问题，因为这是传统数据中心本身结构的问题。
现在，传统数据中心中存在的问题非常严重，是时候改变了。
传统数据中心存在的种种问题，使其很难满足企业对最优资源的调度部署，以及提升管理效率的要求，并存在安全性、稳定性以及维护成本等问题。对于企业而言，如何让数据中心变得更加灵活，同时降低能耗与运营成本，已经变成了发展过程中面临的重大难题。云数据中心的出现无疑是一个新的进展。
云数据中心可以定义为管理平台采用云架构的数据中心。首先，我们要了解云计算。云计算是将计算任务分配在由众多信息设备构成的云（资源池）上，使系统可以获取相对廉价的信息服务以及计算和存储空间的计算模型。
云计算数据中心是一种基于云计算架构的，计算、存储及网络资源松耦合，完全虚拟化各种IT设备、模块化程度较高、自动化程度较高、具备较高绿色节能程度的新型数据中心。
云数据中心的特点首先是高度的虚拟化，这其中包括服务器、存储、网络、应用等虚拟化，这使用户可以按需调用各种资源；其次是自动化管理程度，包括对物理服务器、虚拟服务器的管理，对相关业务的自动化流程管理、对客户服务的收费等自动化管理；最后是绿色节能，云计算数据中心在各方面符合绿色节能标准，一般PUE值不超过1.5。
除了高度的虚拟化等特征，云计算中心还在日益发展中引进了许多新技术和新产品，如低功耗CPU、固态硬盘等。
接下来要介绍云数据中心的主要架构。
1. 云数据中心的主机系统架构
云计算的核心是集中的计算力和规模性突破。云数据中心的硬件和基础架构取决于它对外提供的计算力。从客户的需求来看，云数据中心需要采用三层架构。第一层是高性能、稳定可靠的高端计算，用于处理包括对外的数据库、商务智能数据挖掘等关键服务的计算。第二层一般采用高密度、低成本的集成服务器，用于面向众多普通应用的通用性计算，提供低成本计算的解决方案。这类的计算对硬件的要求不高，所以一般采用上述服务器来节约成本。第三层是以高性能集群作为硬件基础的服务器，面向科学计算等业务，需要提供百万亿、千万亿次计算能力的高性能计算。
2. 云数据中心的网络架构
云数据中心的网络系统总体规划应该坚持区域化、层次化、模块化的理念，这使得网络层次更加清楚，功能更加明确。数据中心网络可以从以下几个方面进行规划。
按照网络结构中设备不同的作用，可以把网络系统划分为核心层、汇聚层和接入层。核心层的功能主要是实现骨干网络之间的优化传输，是所有流量的最终承受者和汇聚者。汇聚层可以连接接入层的节点和核心层的中心。而接入层是最终用户与网络的接口，提供即插即用的特性。
按照业务性质和用户的不同，网络系统可以划分为内部核心网、远程业务专网、公共服务网等区域。
从网络服务的数据应用业务的独立性，网络系统划分为存储区、应用业务区、前置区、系统管理区、托管区、外联网络接入区、内部网络接入区。
3. 云数据中心的存储系统架构
在云平台中，要如何放置数据是一个十分重要的问题。在使用过程中，数据需要被分配到多个节点的多个磁盘中，而现今能够达到这个目的的存储技术只有两种，SAN（存储区域网络）系统和集群文件系统。
4. 云数据中心应用平台架构
云数据中心应用平台采用面向服务架构（service-oriented architecture，SOA）的方式，因为应用平台为部署和运行系统提供所需的基础设施资源，所以应用开发人员无需关心应用的底层硬件和应用的基础设施，并且可以根据应用需求动态扩展应用系统所需的资源。
此外还有一种方法把云数据中心的构成更直观地划分成如图1-7所示的架构。
图1-7 云数据中心架构
这种云计算架构分为服务和管理两大部分。在服务方面，以提供用户各种基于云的服务为主，共包含3个层次。
（1）软件即服务（software as a service，SaaS）。SaaS是一种通过互联网提供软件服务的应用模式。提供商为用户搭建所需要的所有网络基础设施以及软硬件运作平台，而用户只需要通过互联网便可使用此服务。浏览器就是一种典型的软件，即服务的例子。
（2）平台即服务（platform as a service，PaaS）。PaaS是把相应的服务器平台或者开发环境作为一种服务来提供的商业模式。它与SaaS最大的区别就是用户能控制应用程序，以及运行应用程序的环境。
（3）基础设施即服务（infrastructure as a service，IaaS）。IaaS是一种提供给用户对所有设施使用权力的服务。用户能够部署和运行任意软件，包括操作系统和应用程序。
在管理方面，以云管理层为核心确保云计算数据中心的有效管理和安全稳定运行。
在信息技术与通信技术融合的过程中，运营商需要建立数据中心，满足从传统的基础网络运营商转型为综合信息服务提供商的需求。
21世纪初，八国集团在冲绳发表的《全球信息社会冲绳宪章》中提到：“信息通信技术（ICT）是21世纪社会发展最强有力的动力之一，并将迅速成为世界经济增长的重要动力。”
虽然ICT看似是信息（information）、通信（communication）和技术（technology）3个词的英文单词的词头组合，但它其实是由信息技术（information technology）与通信技术（communication technology）相融合而成的一个新概念。
ICT经常被用来指代一种扩展的IT概念，但它是一个强调了通信、集成电话通信、计算机以及必要的企业软件、中间设备、储存和多媒体系统的更加具体的概念。它可以帮助用户得到、储存、转移和处理信息。
ICT这个词最早是在20世纪80年代的学术研究中被提出，但是它真正进入公众视野则是在1997年的英国政府报告以及2000年英国、威尔士、北爱尔兰的国民教育课程中。
图1-8 华为Tecal X8000服务器
在ICT背景下，对服务器的需求就是结构简单、运行稳定、高效率、高扩展性、硬件共享，并能达到节能、降耗、降低成本的目的。
典型的服务器有以下几种。
华为Tecal X8000高密度机柜服务器，融高密度、节能、易维护、多应用等特点于一身，是数据中心建设的理想选择，如图1-8所示。
IBM推出的高密度架构服务器，采用NeXtScale System，可以安置三倍于以前的处理器内核。
Facebook的新型数据中心，采用开放服务器模型，裁剪一切多余部件，去掉塑料前面板、金属顶壳、多余插槽、外设、USB控制器，以及液晶面板等一切对效率没有贡献的组件。
美国超微公司的FatTwin服务器，拥有适用于大规模数据中心和云计算部署的高性能双处理器8节点/4U热插拔节点配置。采用气流优化设计，在35℃时能提供最高性能，减少空调能耗，进而节约成本。
企业及互联网数据以每年50%的速率在增长，新增数据中多数为非结构化数据（如办公文档、文本、图片、HTML、报表、图像、音频、视频等），如何从数量庞大且杂乱无章的非结构化数据中迅速提取有价值的信息，形成商业决策成为各类型企业生存的基础。数据持续增长以及数据应用的一个主要特点是实时性或者近实时性。因此，高性能、高吞吐率、大容量的基础存储设备更符合企业和互联网的需求。在云时代，数据中心储存着众多用户的数据，因此，存储系统的安全性就显得尤为重要。其次，在ICT背景下，存储系统需要有极强的兼容性，因为用户的操作系统各不相同，要加强用户体验就一定要加强存储的兼容性。
典型存储介质有以下几种。
固态硬盘（solid state drive，SSD）如图1-9所示。SSD可以在相同的能耗下完成更多的工作，一块3.5英寸，15000转/秒转速的硬盘在工作时会消耗14～19W的电力而在空闲和会消耗8～14W的电力。但是一块SSD在工作时只会消耗1～8W的电力，在空闲时消耗不到0.5W。SSD可以在很大程度上降低能耗，使数据中心更加环境友好，符合社会的发展需要。
图1-9 SSD固态硬盘
在ICT背景下，对云计算的需求因企业的不同而不尽相同，根据用户的不同需求可以分为公有云、私有云和混合云几种类型。
典型的云计算解决方案有以下几种。
华为FusionManager云管理系统（见图1-10）可以对计算、网络和存储等虚拟资源进行集中调度和管理，进而提升运维效率，缩短业务部署时间，保证系统的安全性和可靠性，帮助运营商和企业构筑安全、绿色、节能的云数据中心。
图1-10 华为FusionManager云管理系统
谷歌拥有庞大的数据中心和创新的网络服务，但是谷歌不提供具体的IT产品。因为谷歌的主打业务是搜索和广告，同时也为消费者提供一些云服务。要用谷歌的云服务，用户必须把自己的信息和数据放在谷歌的云中才可以。因此，要使用谷歌的云计算，用户必须将自己的需求或服务融合到谷歌的系统和服务内才能使用。
IBM的云服务CloudBurst由Power服务器、处理器内核、虚拟机、CloudBurst软件和VMware ESXi内置管理程序组成，IBM云计算的目标是针对在X64服务器上运行的特殊工作负载，普及它们的Power处理器和大型机系统。
微软在传统操作系统和开发工具方面具有极强的影响力，比如拥有成熟的Windows操作系统、已达大规模商用的Hyper-V虚拟化产品和用户熟悉的.NET技术架构，等等。同时，微软在在线运营方面也积累了大量的服务运营经验，早已形成Live Messenger、MSN、Hotmail等明星产品。因此，微软云计算不仅在用户端有很丰富的体验，在云端还可以为客户提供很丰富的体验。而客户如果选择微软的云服务，微软就允许用户有自己的云，或者让用户使用微软合作伙伴提供的云服务，让客户来使用微软的公共云。总之，微软采用的是一种混合的方式，给拥护自己选择的权利。
在ICT背景下，数据中心要求具有高密度、高灵活性、高可靠性、绿色环保的特点。因为传统数据中心无法满足新一代越来越高密度的IT设备对电源和制冷的要求，大多数机房没有更多的空间来放置新服务器、存储设备和基础设施设备；而能源成本占数据中心运营成本的比例越来越高，只有低于一半的电力用于IT负荷，其余的电力则用于供电和散热系统等基础设施；关键数据的安全对全球经济的影响越来越大。
典型的数据中心方案有以下几种。
（1）为适应不同企业需求，华为推出了小、中、大3种模块化数据中心，如图1-11所示。这些数据中心采用all-in-room一体化集成方案，具有高密模块化、高可靠性和安全性、快速灵活部署、简单低耗、监控完善等优点。
图1-11 华为中型模块化数据中心
（2）英特尔重塑数据中心：随着快速交付服务、大量数据增长以及追求更低成本等需求和压力的不断增长，服务器、网络和存储基础设施正在通过自身的不断完善来更好地适应日益多样化的工作负载。英特尔通过全新针对冷数据存储、微型服务器及入门级网络等特定工作负载优化的技术，帮助云服务提供商从规模更小、能效更高的处理中获益，并为客户和企业提供出色的体验。
（3）赛门铁克数据中心转型：赛门铁克希望在数据中心架构上进行一场革命。传统的IT最底层是存储、服务器、中间件、安全应用，赛门铁克想要打破这样的模式为用户带来更新的技术。