第一代数据中心:数据存储中心阶段,采用传统式物理架构,以支撑业务系统作为驱动力,以支持业务系统为中心进行建设。
第二代数据中心:数据处理中心阶段,主要使用的是服务器虚拟化技术,在一定程度上面弥补了第一代数据中心的缺陷,大幅度提升了计算资源的利用率。
第三代数据中心:信息中心阶段,在继承了前两代数据中心的全部优点的基础上,有了“模块化、渐进式”的考虑。
第四代数据中心:云数据中心阶段,数据中心承担着核心运营支持、信息资源服务、核心计算、数据存储和备份等功能。
1)运营商数据中心:以规模取胜,主要以出租为主,也有部分数据中心向企业提供应用服务。需要注意的是,运营商在长期实践过程中形成的建设标准掺杂着自身运营经验,并对成本消耗非常重视,导致与GB 50174—2017的要求或不完全相同。以柴油发电机组举例,运营商内部对其功率选择、台数组成,均有自己的规定。这一点,在业主选择租赁场地时,应该专门逐项评估,考虑是否满足自身业务连续运行的条件,以及是否存在潜在风险。
2)政府行业数据中心:主要向国家电子政务提供服务,国家政务网是我国政府正常运转依赖的重要载体,建设规模与范围非常广泛,上到中央,下连村县。
3)金融行业数据中心:对业务的连续性要求特别高,一般要全天24h不停运转,最关键的是不能丢数据,所以金融行业对数据的完整性非常关注。当用户不需要很高的可靠性,数据中心故障造成的损失可承担时,如果也按照金融行业的要求建设数据中心,将造成资金和资源的严重浪费。
4)互联网行业数据中心:互联网的数据中心善于接受新技术,敢于在新的数据中心技术领域尝鲜,因此它的技术尝试是全行业中最激进的,几乎所有新的数据中心技术都是在互联网行业数据中心里最先落地。
云计算、5G等新兴信息技术的快速发展,使数据中心成为构建全球信息网络的重要基础设施。绿色数据中心可以达到满足能评指标、节省运维成本、提高数据中心容量、提高电源系统的可靠性及可扩展的灵活性等效果。理想状态下,通过虚拟化、冷源优化等多种降耗方式,在同等互联网技术(IT)设备供电情况下,绿色数据中心可以降低制冷设备能耗20%~45%。因此,绿色数据中心是新一代数据中心发展的重要方向之一。
新一代数据中心应当具备模块化的特征,基于标准的模块化系统能够简化数据中心的环境,加强对成本的控制。这些基于标准的模块能够被灵活地采购和获取,具有极高的安全特性,尤其重要的是应该采用面向服务的架构,从而使机构可以更加灵活、动态地部署新业务和应用。人们可以按应用、服务类型和资源耗费率将数据中心分成多个功能区域,各个功能区域在不影响其他区域运行的情况下,可以动态升级和维护。当然,还有很多其他分类方式,比如,按照应用类型,可以将数据中心分为运行中心、测试中心、灾备中心等独立区域。
大型数据中心多数会按业务需求或按投资分期建设,规划设计应尽量细化电气、空调系统所涉及区域,按模块或按楼层设置电气系统以及对应的冷源系统。精细化的能源匹配,可以最大限度地降低业主初投资,同时也能够降低初期投入时的电源使用效率(PUE)指标。此外,需要强调的是,大型数据中心(尤其是企业数据中心(EDC))在规划设计时需要考虑初期低负荷情况下的设备选择及运维方式,EDC在建成初期,其负荷率相当低,甚至不到设计负荷的10%,此时只考虑全楼的电源和冷源匹配,就有可能造成实际运行时大型冷冻机组无法正常运行。
基础设施设备多年来持续向更高、更快、更强演进,物联网、人工智能、虚拟现实(VR)/增强现实(AR)等新技术的应用也为基础设施建设的高效、节能助力。供电架构逐步简化,从传统的UPS组成2 N 系统,向市电直供、一体化配电系统转变,数据中心的直流应用也在逐步扩大。UPS的效率和功率因数也远超工频机时代,开启ECO模式后,损耗几乎可以忽略不计。
智能化运营水平也在不断提高。首先智能运维机器人的普及,或将替代大量传统人工巡检。随着数据中心单体规模不断攀升,越来越多的基础设施设备需要日常维护和管理,智能运维机器人24h不间断地在数据中心巡逻,在收集环境数据的同时,还能实时读取主要设备的异常情况并自动报警,大大提升巡逻的可靠性和规范性,降低劳动强度、提高运营效率、降低运行维护成本。其次,数据中心基础设施监控管理(DCIM)等数据中心智能化管理平台正在加速部署应用。随着数据量的高速增长,新建数据中心大多以大规模、超大规模为主,大量的设备和复杂的系统为高效管理带来了挑战。智能化的数据中心基础设施管理通过对IT设备和数据中心风火水电基础设施的在线监控、管理,节省大量维护时间和费用。
根据工业和信息化部信息通信发展司编著的《全国数据中心应用发展指引(2020)》显示:截至2019年年底,我国在用数据中心机架总规模达到314.5万架,与2018年年底相比,增长39%。超大型数据中心机架规模约117.9万架,大型数据中心机架规模约119.4万架,与2018年年底相比,大型、超大型数据中心的规模增速为41.7%。
全国数据中心利用率在提升,截至2019年年底,全国数据中心总体平均上架率为53.2%。全国超大型数据中心的上架率为45.4%,大型数据中心的上架率为59.8%,中小型数据中心的上架率为56.4%,超大型数据中心的上架率与2018年相比明显提升,提升17%。
全国数据中心能效水平保持平稳,截至2019年年底,全国超大型数据中心平均PUE为1.46,大型数据中心平均PUE为1.55,与前两年相比水平相当,最优水平达到1.15。全国规划在建数据中心平均设计PUE为1.41左右,超大型、大型数据中心平均设计PUE分别为1.36、1.39。
1)数据中心选址遵循的标准包括:
《数据中心设计规范》(GB 50174—2017)、《信息系统灾难恢复规范》(GB/T 20988—2007)、《计算机场地通用规范》(GB/T 2887—2011)。
2)数据中心选址的七大要素(见表1-3-1)。
表1-3-1 数据中心选址的七大要素
(续)
表1-3-1是结合德尔菲方法(也称专家调查法),根据业内专家对选址影响要素的重要性推荐评分。
1)低碳化节能创新技术:通过跨界的整体技术解决方案,实现低碳环保、节能减排的数据中心。
2)微型及模块化创新技术:通过微型化、模块化、线上化的设备集成,云平台控制,实现安装及维护方便。
3)系统升级的创新技术:成本、管理、应用、服务升级是核心,提升数据中心的信息化水平。
4)配电系统智慧化创新技术:进一步保障配电等级安全,智慧开关代替传统开关,采用智能配电系统,监控范围从开关状态发展到UPS、变压器、母线允许状态,电能监控实现精细化管理,预判开关寿命,做到主动运维。
5)5G物联网智慧监控创新技术:应用人工智能,监控采集颗粒度越来越细,数据平台对全部机电系统进行集中监控管理,实现智慧化监控和管理。
6)智慧运维平台创新技术:通过AI对大数据的分析和深度学习,提前预警故障,降低风险。对基础设施的运行状态进行实时显示、记录、控制、报警、提示及趋势分析。
7)AI能效优化技术:在给定的天气条件、IT负载、业务SLA等输入的情况下,通过深度神经网络模型进行能耗拟合及预测,并结合寻优算法,推理出最优PUE下的对应的系统控制参数,实现数据中心能效自动化调优。
8)机器人巡检的创新技术:通过机器人巡检功能和嵌入AI技术的全生命周智慧平台,实现无人值守数据中心。
9)低碳新能源创新技术:清洁能源和可再生能源技术,降低能耗的液冷技术,热管和蒸发冷却技术,磁悬浮空调系统技术、余热回收技术等。
10)综合管理运维创新技术:通过人工智能、AI、多维可视化展示、VR技术、智慧运维技术等,运维管理系统从被动到主动,从粗犷到精细,从局部到全面,实现节能环保、能源管理、设备安全、智慧运营的目标。
11)数据中心建造创新技术:BIM技术、装配式技术、智慧建造技术的组合。