數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的模塊化建設(shè)是近年來非常熱門的一個話題。尤其是隨著云計算概念的出現(xiàn)，相關(guān)的討論更是風起云涌，設(shè)備供應(yīng)商、方案商、企業(yè)用戶、災(zāi)備中心、外包商等方方面面都參與其中。筆者在此剖析數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施模塊化建設(shè)的根本推動力，以及模塊化的不同形式，以期拋磚引玉，共同推動數(shù)據(jù)中心行業(yè)健康有序地發(fā)展。

數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的業(yè)務(wù)價值

數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的業(yè)務(wù)價值是如何體現(xiàn)的?取決于其所保護支撐的IT業(yè)務(wù)需求。隨著數(shù)據(jù)中心整合、虛擬化，以及云計算趨勢的不斷深入，IT業(yè)務(wù)對與數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的需求愈發(fā)明顯地體現(xiàn)在以下方面：連續(xù)運行的高可用性，快速響應(yīng)需求變化的靈活性，以及在全生命周期內(nèi)建設(shè)和運營的總成本(TCO)

由此可以看出，要整體提升數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的業(yè)務(wù)價值，我們可以從提高可用性和靈活性，以及降低總擁有成本三個方面入手。隨著本文的展開，我們會發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的標準化建設(shè)是同時實現(xiàn)這三個目標的不二選擇。

標準化與獨特性

我們的社會是獨特性與標準化的統(tǒng)一體。很多事物因為其獨一無二的特性而被人們牢記，如東三環(huán)兩側(cè)的國貿(mào)三期和央視新址、朗朗的鋼琴曲、海底撈的火鍋。這些事物因為獨特而出色。然而在這些獨特的事物中，都存在“基礎(chǔ)設(shè)施”的元素：建筑材料、鋼琴鍵、烹飪器具。基礎(chǔ)設(shè)施的作用是為核心需求提供支持，應(yīng)當是功能性的、可靠的，甚至是默默無聞的。實踐證明，能夠使基礎(chǔ)設(shè)施有效、可靠、可預(yù)測的特征，是獨特性的對立面——標準化。

因為有了標準化，我們?nèi)粘Ｊ聞?wù)的許多基礎(chǔ)設(shè)施已成為了現(xiàn)代生活的一部分，事情變得更加便利、更可預(yù)測、更為經(jīng)濟、更易于理解以及更加安全。標準化遍及現(xiàn)代生活的每個角落，我們幾乎注意不到它的存在。曾幾何時，閻錫山的火車出不了山西，1904 年的巴爾的摩大火中將整個城市燒為平地——僅僅由于其他城市的救火設(shè)備無法與巴爾的摩的消防栓配套。而今，標準化是如此平常，我們甚至很少關(guān)注它，從駕駛汽車到更換電池，標準化無不隱藏在幕后：當我們購買燈泡時，知道它會與燈座完全匹配;當我們使用USB接口時，不會擔心計算機不兼容。

在某種程度上，標準化在許多行業(yè)已上升到一個全新的高度，成為一種富有創(chuàng)造性并具突出戰(zhàn)略意義的企業(yè)哲學(xué)。我們希望數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施也同樣如此，也能像許許多多成熟的基礎(chǔ)設(shè)施一樣，默默而可靠地發(fā)揮著自己的功能，甚至被人遺忘，但迄今為止這方面進展不甚理想。數(shù)據(jù)中心物理基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)從多方面而言仍停留在手工行業(yè)階段：將來自不同供應(yīng)商的、類型迥異的組件進行定制設(shè)計，在現(xiàn)場組合成一個獨特的大型基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)。現(xiàn)今全球數(shù)千個數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施呈現(xiàn)出令人驚訝的復(fù)雜性和不一致性。這種不一致性，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心需要獨特的診斷和維護，這既昂貴耗時，又對其他數(shù)據(jù)中心缺乏借鑒意義。

如今，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)雖然賺足了眼球，但在某種程度上也反映了數(shù)據(jù)中心行業(yè)離標準化的差距，這對我們數(shù)據(jù)中心行業(yè)從業(yè)人員既是機遇，也是鞭策。我們完全可以將標準化應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心物理基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計、部署和運營當中，從而使得數(shù)據(jù)中心也象許多成熟的基礎(chǔ)設(shè)施一樣，默默地、可靠地為社會做貢獻。

實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施標準化的途徑是模塊化

那么我們?nèi)绾螌崿F(xiàn)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的標準化呢?在一個IT需求多變的環(huán)境中實現(xiàn)標準化的關(guān)鍵在于模塊化，即預(yù)先設(shè)計、標準的構(gòu)造模塊可根據(jù)用戶需求進行快速靈活的配置。在數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，標準化是以模塊化為基礎(chǔ)的。模塊化即將完整的產(chǎn)品、系統(tǒng)、或流程分成具備類似大小或功能的模塊，然后根據(jù)需要對這些模塊進行組裝，以產(chǎn)生原始產(chǎn)品、系統(tǒng)、或流程的各種變體組合。模塊無需完全相同，以樂高(Lego)積木為例，這些模塊在某些方面相同，某些方面卻不同。例如，其顏色、大小和形狀各不相同，但連接方式和尺寸均采用標準形式，以便可以將積木(模塊)組裝成一個集成系統(tǒng)。不同的模塊化系統(tǒng)可以根據(jù)所需的功能劃分目標，定義模塊之間相同元素和不同的元素的等級和數(shù)量。再舉幾個例子：可以將不同數(shù)量的電池(模塊)進行組合，從而獲得不同功率的電源;在IT設(shè)備中，將多個刀片式服務(wù)器和 RAID 陣列組合在一起獲得不同數(shù)量的服務(wù)器或不同大小的存儲容量，等等。

標準化給數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的方方面面都帶來好處：占據(jù)物理空間的方式、功能，以及隨時間的發(fā)展——從初始設(shè)計與安裝到翻新配置的不同生命周期。對于包含多個數(shù)據(jù)中心的較大 IT運營而言，不僅在單個數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，還可以在多個數(shù)據(jù)中心之間實現(xiàn)標準化，從而進一步擴大標準化所帶來的好處。如果不同數(shù)據(jù)中心盡可能多地采用同樣的配置，例如，從相同的地板規(guī)劃到相同的斷路器標簽，那么，可以充分挖掘標準化在設(shè)計、安裝、運營、維護、避免出錯，以及成本方面蘊藏的巨大潛力。所有這些好處雖然呈現(xiàn)出各種形式，并遍布于數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)和流程中的許多地方，但幾乎都可以有個強大的基礎(chǔ)屬性：模塊化架構(gòu)和提高的人類學(xué)習(xí)能力。

手電筒電池、刀片式服務(wù)器以及RAID陣列都是非常基礎(chǔ)的模塊化示例，構(gòu)成整個系統(tǒng)的各個單元中很少或幾乎沒有變體。

對于集成了多種功能的復(fù)雜系統(tǒng)，如數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，則需要從項目工程設(shè)計和產(chǎn)品選擇兩個角度來考慮。

項目工程設(shè)計的模塊化

從功能上，將數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施劃分成功能獨立而又相互依托的區(qū)域或功能模塊，包括電氣支持區(qū)、暖通空調(diào)支持區(qū)、IT核心機房、綜合布線系統(tǒng)、安防、監(jiān)控以及其他。目的是將整個數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施化整為零，成為功能相對獨立的模塊進行設(shè)計、施工、調(diào)試，及運營維護。同時，對于規(guī)模較大的模塊還可以進一步劃分為規(guī)模更小的模塊，例如一個1MW IT設(shè)備的機房可以劃分為五個200kW IT設(shè)備的獨立模塊。

選擇模塊化的產(chǎn)品

這需要制造商進行深入的工程設(shè)計，以使模塊化在標準化程度與用戶靈活性之間取得最佳平衡。模塊化的產(chǎn)品廣泛存在于從機柜到行，再到機房等不同規(guī)模的物理空間，以及從UPS到配電，到制冷等不同產(chǎn)品種類中。

· 模塊化 UPS電源和電池。在電源、冗余模塊和運行時間方面均實現(xiàn)了可擴展性，而且能夠進行在線更換，從而在維修時不需要中止系統(tǒng)運行。

· 模塊化布線方式。將房間布線細分為行級模塊或機架級模塊。既有為整行負載供電的的模塊化列頭柜，也有服務(wù)于單個機架的電源插板。

· 模塊化機架級氣流分配裝置。將房間氣流細分為各機架局部控制，以便對高溫區(qū)域進行精確制冷。

· 高密度組件。將機架、配電系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)集成為一個獨立的封閉“房間”或區(qū)域(POD)，以隔離和冷卻發(fā)熱量密集的 IT設(shè)備。

采用標準化結(jié)構(gòu)和連接方式的模塊化組件使一切變得更容易、更迅速，且成本更低。

· 模塊化系統(tǒng)是可擴展的。

· 模塊化系統(tǒng)是可變更的。

· 模塊化系統(tǒng)是可移動的。

· 模塊化組件是可更換的。

模塊化標準化對于人類學(xué)習(xí)提高和知識提高帶來的好處是顯而易見的，這里就不再贅述。

模塊化如何提升數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的業(yè)務(wù)價值

前文已經(jīng)介紹，要整體提高數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的業(yè)務(wù)價值，我們可以從提高可用性和靈活性，以及降低TCO三個方面入手?，F(xiàn)在我們來看模塊化是如何實現(xiàn)這三個任務(wù)的。

提高可用性。影響可用性的因素有：設(shè)備的可靠性、平均恢復(fù)時間(MTTR)，以及人為錯誤。

提升設(shè)備的可靠性： 標準化的模塊化組件可以量產(chǎn)，從而降低了生產(chǎn)缺陷。此外，采用標準化連接的模塊化系統(tǒng)可以在工廠內(nèi)進行配置預(yù)先測試，以發(fā)現(xiàn)缺陷，確保后續(xù)現(xiàn)場安裝的順利。標準化的模塊化組件也使得內(nèi)部冗余以及熱插拔更換功能更易于實現(xiàn)。

降低平均恢復(fù)時間 (MTTR)：標準化模塊易于更換維護，不存在因等待修理而耽擱系統(tǒng)恢復(fù)的情況，同時加快了問題的診斷速度，并提高了用戶自己進行診斷與更正的可能性。

減少人為錯誤：統(tǒng)計顯示，超過50%以上的數(shù)據(jù)中心事故是人為造成，所以，減少人為錯誤是提高可用性最有效的手段。隨著設(shè)備與程序的標準化模塊化，功能更加透明，日常操作更加簡單并更容易學(xué)習(xí)，一切事物都按照預(yù)計的方式運行——所有這些，都降低了發(fā)生從輸入錯命令到拔錯插頭的任何故障的可能性。

增加靈活性。靈活性指的是迅速、有效地響應(yīng)商機、需求或變化的能力，包括部署速度、可擴展能力，以及可重新配置的能力。

加快部署速度：模塊化組件加快了規(guī)劃與設(shè)計速度，由于用戶還可以僅選用滿足當前 IT 需求所需的設(shè)備數(shù)量與類型，因而只部署比典型的傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量更少的小型基礎(chǔ)設(shè)施，這樣進一步縮短了各個部署階段所需的時間。由于模塊化結(jié)構(gòu)所固有的設(shè)計靈活性，加上標準化批量生產(chǎn)的設(shè)備可以實現(xiàn)現(xiàn)貨供應(yīng)，提高交貨速度，現(xiàn)場配置與連接的速度也更快了。再加上因為連接方式都采用標準化形式并進行了簡化，還因為由于只使用必需的構(gòu)造模塊，設(shè)備的數(shù)量減少了。此外，由于標準化模塊可以采用與現(xiàn)場一模一樣的方式在工廠進行連接并預(yù)先測試，系統(tǒng)的調(diào)試速度也提高了。

可擴展的能力：采用模塊化構(gòu)造模塊結(jié)構(gòu)，功能可以逐塊獲得，因而可使從配線柜到大型數(shù)據(jù)中心的任何大小的 IT 空間的配置達到最佳狀態(tài)。更為重要的一點是，在初始階段，可以按照當時的 IT需求來設(shè)計基礎(chǔ)設(shè)施。此后，隨著 IT 需求的增長，可以添加更多的模塊，而無需重新對整個系統(tǒng)進行工程設(shè)計，也無需關(guān)閉關(guān)鍵設(shè)備。這種“系統(tǒng)規(guī)模優(yōu)化”策略顯著降低了數(shù)據(jù)中心在使用壽命期間的成本。

可重新配置的能力： IT 設(shè)備的更新周期通常為兩年，因此，設(shè)備的重新配置、升級或移動能力在數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施靈活性中占據(jù)著重要的地位。模塊化組件可以拔下、重新排列并重新連接。除了因商業(yè)需要而進行的重新配置之外， IT 設(shè)備的功率密度隨著其物理尺寸的不斷縮小(例如刀片式服務(wù)器)而不斷增長，因此，也需要定期重新配置機架、供電系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)。此外，可熱插拔的模塊化組件為重新配置不同級別的冗余、不同電壓或不同插頭類型提供了可能性。模塊化結(jié)構(gòu)不僅簡化了設(shè)備之間斷開連接、移動并重新連接這一物理過程，制造商對設(shè)備模塊化的仔細設(shè)計也將系統(tǒng)重新設(shè)計的需要降至最低，并最大限度地提高了將現(xiàn)有設(shè)備重復(fù)用在新配置中的能力。

降低TCO：數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施生命周期的TCO包括投資成本、非能源運營成本和能源成本。

降低投資成本：標準化的模塊化結(jié)構(gòu)從以下兩個方面降低了投資成本：(1) 采用模塊化結(jié)構(gòu)后，基礎(chǔ)設(shè)施的大小緊密配合當前的IT需求而規(guī)劃，而不是根據(jù)最大的計劃需求來構(gòu)建初始容量， 您只需購買您所需要的;(2) 其簡單明了的結(jié)構(gòu)簡化了從規(guī)劃到安裝的整個部署過程中的每個步驟。這種簡化不僅縮短了每個階段所需的時間，而且往往減少了尋求外部幫助的需要。

非能源運營成本：設(shè)計變得簡單、易于學(xué)習(xí)，意味著培訓(xùn)的效率可以更高，運營維護程序也可以更高效并減少出錯的幾率。標準化設(shè)備與程序意味著更多的維護工作可以由IT人員來完成，而無需供應(yīng)商提供維護。標準化的模塊化組件可以更換送至工廠維修，這比在現(xiàn)場維修更為可靠，成本也更低。

能源成本：數(shù)據(jù)中心在使用壽命期間的電力成本是TCO中最大的一項。按照現(xiàn)有的IT需求規(guī)劃基礎(chǔ)設(shè)施，并根據(jù)IT需求的增長添加新的組件，這種方式使用戶只需為所需的設(shè)備提供配電和制冷，因此而節(jié)約的電力成本非?？捎^。模塊化UPS 設(shè)計使得UPS 的容量與負載需求更為匹配，從而提高了UPS 的工作效率并減少了實現(xiàn)冗余所需的UPS 模塊的容量。模塊化制冷設(shè)計，如基于機架的空氣分配單元，使氣流更準確，從而提高了制冷效率，進而減少了制冷設(shè)備所消耗的能源。

應(yīng)用分析

下面我們具體介紹模塊化數(shù)據(jù)中心建設(shè)的兩種具體應(yīng)用模式。

微模塊(室內(nèi)模塊)

微模塊：對IT基礎(chǔ)設(shè)施和建筑進行解耦，以分布式標準化單元進行快速部署，滿足業(yè)務(wù)快速變換的需求。將互聯(lián)網(wǎng)的IT設(shè)備，包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲等，進行分類，配置對應(yīng)的供電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、機架系統(tǒng)等，分別封裝到不同的微模塊中，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心IT基礎(chǔ)設(shè)施的模塊化封裝、模塊化部署與應(yīng)用。微模塊內(nèi)各子單元的標準化，可以根據(jù)微模塊的類型靈活組合，按需配置，并結(jié)合自身的管控系統(tǒng)實現(xiàn)模塊化運營。

這種模式為室內(nèi)型模塊化，最大特點是以機柜等為單元，現(xiàn)場組裝，較適合于市區(qū)機房或者多層建筑，無法進行倉儲式大開間的工廠化吊裝部署，只能通過電梯運輸條件下，現(xiàn)場拼裝。通過工廠預(yù)制標準化組件，通過電梯運送，可在室內(nèi)現(xiàn)場快速拼裝，并做靈活配置以滿足不同體積、不同類型的業(yè)務(wù)需求。

由于集裝箱式數(shù)據(jù)中心對建筑的承重、層高有很高的要求，現(xiàn)有的場地往往很難滿足集裝箱對場地和運輸?shù)囊?，因此這種更小體積重量，方便拆裝運輸?shù)氖覂?nèi)模塊化解決方案更為實用。采取室內(nèi)微模塊可以做到優(yōu)化供電結(jié)構(gòu)、空調(diào)氣流組織、提升管理水平和運營體驗，邊成長邊投資，顆粒度小且靈活。

簡化數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)環(huán)境建設(shè)，可以是退役廠房，也可以是大體量的倉儲式建筑，簡單裝修，建設(shè)好基礎(chǔ)的電氣接入系統(tǒng)和水系統(tǒng)及管路?；A(chǔ)環(huán)境建好后，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部則由N個集合了機柜、空調(diào)及末端配電系統(tǒng)的相對獨立的微模塊組成，這些微模塊可以像服務(wù)器一樣，按需下單，靈活堆疊。微模塊的組件達到標準化、工業(yè)化要求，大部分可在工廠預(yù)制，從下單開始到現(xiàn)場組裝完成，整個周期在3個月以內(nèi)完成。邊成長邊投資，減少前期投資成本。

集裝箱(室外模塊)

我們通常說的集裝箱實際上是室外型模塊化最普遍的一種，以集裝箱或預(yù)制建筑為基本單元，直接部署?？梢杂胁癜l(fā)、供電、制冷、IT，或者一體化等各種類型的集裝箱。對于郊區(qū)和低層倉儲式大開間的工廠化建筑，可以用集裝箱運輸車和吊車快速交付，可以一體化交付。滿足野外、應(yīng)急的臨時性需求，或遷移性較強的業(yè)務(wù)類型，或土地審批周期冗長的情況。如果安裝在建筑頂部，則對建筑的樓板承重、樓間高度要求較高，并且需要拆墻以滿足集裝箱的吊裝。

特點及與傳統(tǒng)IDC對比

· 多 采用高密度設(shè)計，計算容量5倍于同面積傳統(tǒng)機房

· 快 可按需、分步、快速部署，及時應(yīng)對動態(tài)業(yè)務(wù)需求

· 省 一是指省能耗，集裝箱的PUE值可降至1.5，能耗節(jié)約可達30%，二是指省空間，節(jié)省75%空間，降低TCO。三是省精力，集裝箱即插即用的功能模塊組成，讓IDC從工程變?yōu)榧从卯a(chǎn)品;

使用集裝箱數(shù)據(jù)中心必須具備以下基礎(chǔ)條件：安裝場地、電力供應(yīng)、空調(diào)供水、網(wǎng)絡(luò)。

由于集裝箱數(shù)據(jù)中心的特性，決定了其適用對象是設(shè)備較統(tǒng)一，自用為主的企業(yè)。從目前只有谷歌和微軟大規(guī)模使用，其他大多是嘗試性應(yīng)用也得到了證明。

除了大家熟知的集裝箱，室外模塊還有一種預(yù)制建筑的形式。多根據(jù)特殊需求定制，體積較集裝箱稍大，對運輸有特殊要求，現(xiàn)場快速安裝，一般不頻繁搬遷

集裝箱

● 標準尺寸

● 易于運輸(鐵路，公路)

● 內(nèi)部空間緊湊

● 外部入口

預(yù)制建筑

● 相比集裝箱更高，更寬

● 更多維護空間

● 內(nèi)部工作，不受天氣影響

● 組合模塊以構(gòu)成建筑