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您现在的位置 首页 -- 双层融合、PUE突破1.0,第四代数据中心发展趋势
发布时间:2013-6-5
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   沈卫东:双层融合、PUE突破1.0,第四代数据中心发展趋势 来源:现代数据中心 作者:eastnet

    云计算时代的到来,全球性能源危机,这两方面因素正在深刻影响着数据中心的建设理念的改变,从而将引发一场数据中心技术的更朝换代的革命,引领数据中心建设进入“云”时代。数据中心技术研究所所长沈卫东先生提出的“第四代数据中心”的理念,给了我们耳目一新的感觉。

  沈卫东现任中科曙光国家高性能计算机工程技术中心数据中心技术研究所所长,从事数据中心技术研究多年。数据中心技术研究所的使命是,通过对国内外数据中心的前沿技术的研究,提高国内技术数据中心的行业技术水平,带动国内整个数据中心产业链的发展。

  释放云价值 第四代数据中心应运而生

  我们先来回顾数据中心的发展历程。1960年代的第一代数据中心,是大型计算机机房时代,主要应用是科学计算。1990年代的第二代数据中心,是塔式服务器和小型机机房时代,主要应用是商务计算。2000年前后,随着因特网及其相关应用产业的发展,数据中心建设进入第三代时期,其特点是以机架式设备为服务对象、以机柜为表现形式、以“机柜IT微环境”为设计目标的数据中心。

  沈卫东提出的“第四代数据中心”,与微软提出的集装箱式的“第四代数据中心”从理论层面上完全不同。沈卫东表示,在云计算行业需求的驱动下,产生的具有?榛、绿色化、智能化、双层融合以及双层分离这五个特点的新一代数据中心才是第四代数据中心,而集装箱数据中心,只是第四代数据中心的一个发展分支。

  

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  根据沈卫东所说,第四代数据中心的驱动力是云计算,那么,是不是云计算应用之外的数据中心就不会发展到第四代了呢?也不是,沈卫东解释道,就像是第三代数据中心,它的机架式的服务器是随着互联网应用应运而生的,但是现在这种机架式结构的物理模式已经被大家认可,进而应用到了各种场合,包括商务计算、办公计算以及科学计算。所以说,第四代数据中心只是由云计算所带动的,应用了这种数据中心建设的技术来搭建,将来也会被其它领域所应用,第四代数据中心将是未来发展的一个趋势。

    第四代数据中心的革命性标志:PUE值突破1.0

  随着数据中心技术的发展,如何让数据中心更加绿色,已经成为整个行业共同在讨论的话题。沈卫东表示,绿色化将成为第四代数据中心的一个重要发展方向。

  说起绿色化就不能不提PUE,PUE值是目前国内外普遍接受和采用的衡量一个数据中心基础设施能效的指标。它是数据中心总耗电量与IT设备耗电量之比。PUE值越接近于1,表示一个数据中心的绿色化程度越高。

  据统计,欧美新建的数据中心的PUE值可以达到1.6以下,而我们国家的PUE平均值则在2.0以上。由于绿色节能的推动,国内外的各大研究中心都在努力将数据中心都的PUE值做的更低,我们已经看到有些数据中心已经通过自然冷却的技术将PUE值突破了1.3,甚至使用风自然冷却的数据中心的PUE号称已达到了1.03。但是这样就已经是最低了吗?

  “PUE值1.3的标准只不过是第三代数据中心的水平,第四代数据中心应该可以把PUE值做的更低!鄙蛭蓝硎,“我认为第四代典型特点是采用余热发电技术,从而理论值可以突破1.0,不能说只有PUE小于1.0才可以算是第四代数据中心,因为PUE受地理气候环境影响严重,但在第四代数据中心年代,PUE突破1.0必然趋势。数据中心技术研究所正在做这方面的研究,已经取得了一些进展!

  

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  PUE值突破1.0是个什么概念呢?我们来举个例子,如果数据中心的服务器设施的总耗电是100kW,而输入到数据中心的总供电功率则小于 100kW,这样才可以使PUE值小于1.0。但是这个理论上好像行不通,能量应该是守恒的,而这之间有个差值,这个差值怎样来弥补呢?它并不是通过外接能源来实现,而是通过数据中心自己本身发电所产生提供的。

  我们先来看看数据中心最大的能耗去了哪里。数据中心的能耗主要用来驱动服务器设备发热。目前,我们把这些热能当垃圾处理,不但没有利用,还要通过空调设备来把它转移出去,而转移过程反而消耗更多的能量。一些研究人员为了降低能耗,已经开始研究自然冷却技术,通过低能耗的自然冷却系统来代替高能耗的空调设备来把热能排出,从而降低总能耗。但是这种技术的思路,仍是把服务器产生的热能当做废热来处理。服务器排出的热能能不能拿来利用,是问题的关键。理论上讲,利用所谓的余热发电技术,是可以将热能转化为电能,从而重新利用的。

  数据中心在使用中将电能全变成热能,以前数据中心的思路是把这部分热能输送出去,进一步的思路是通过自然冷却技术让它自己流走。而第四代数据中心的思路将是把热能收集起来发电,发电之后再来给自己使用。让这部分的电能和自身的供电并网,目前,交流电的并网的技术已经很成熟,完全可以实现。这部分的电能没有依靠任何的外部能量,完全是通过数据中心自身所产生的电能转化而来,这就是PUE可以低于1.0的原因。这就是沈卫东给我带来的全新的节能策略。

    第四代数据中心的重要标志:双层融合

  在第三代数据中心中,机房设施与IT设施是分离的,它们分属于不同的行业,各自制定各自的工业标准。机房设施行业技术发展的滞后,严重影响了IT技术的发展。

  例如,服务器的设计工作温度,目前的标准是20-25摄氏度?盏魃枋┳魑衿魑露裙ぷ骰肪车奶峁、支持设备,必须按照此标准进行设计。但是,从空调系统节能角度考虑,设计温度越高越有利。但是,空调行业在关于修改服务器设计温度的问题上,是丝毫没有发言权的。由于行业分割,服务器设计工程师和空调系统设计工程师之间,没有任何技术方面的沟通机会。

  所以在第四代数据中心时代,服务器设施和基础设施这两个层必须要融合,在设计服务器的时候就必须要考虑到基础设施的供电、供冷等能力问题。从长远的角度和行业发展的角度来看,机房设施层和IT设施层这两个层面的融合要从设计开始,也就是说要求机房设施与IT设施统一设计,从而形成行业融合、技术融合、产品融合以及结构的融合。

  

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  只有让机房设施与IT设施融合后,才能解决各个设备之间的通讯、供配电、制冷和散热的问题。这就是沈卫东提出的双层融合概念,也是未来数据中心发展的另一个趋势。

  目前,数据中心技术研究所正联合芯片厂商、服务器厂商和空调厂商,讨论研究开发“高温服务器”的技术可行性以及设计标准。初步测算,如果服务器的工作温度设计标准提高5摄氏度,则所有数据中心的服务器总能耗均能至少降低15%,甚至个别地区的数据中心的空调系统,有可能不再采用压缩制冷设备而全部采用自然冷却设备。

    第四代数据中心的第三个特点:双层分离

  现在数据中心建设过程中最常见到的问题就是,在设计时由于UPS、空调机、配电柜、线缆桥架等设备,需要依靠建筑基础设施来进行部署,会受到不同现场的建筑结构的限制,难以标准化。也就是说,机房基础设施层与建筑基础设施层是嵌套在一起的,无法分离。这种现状,导致机房建设严重依赖建筑物本身,机房设计难以标准化,机房建设周期长、不确定性因素多。所以提出了双层分离的需求。

  

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  所谓双层分离指的是机房设施层与建筑设施层的分离。分离之后,机房设施设备形成与机房建筑结构无关的标准化设备,机房设施可以被简单地、孤立地“放置”在任何一个经过处理的建筑物空间内,而无须考虑机房设施与建筑物之间的机械结构的连接与约束。这种分离,实际上目前已有应用,只不过没有提高到理论高度去分析而已。

  例如,集装箱式数据中心,就是双层分离的一个实际例子;国外某些厂商提供的“冷通道封闭”式一体化机房设施解决方案产品,也是双层分离的一个例子。国内一些厂商的产品,如中科曙光的CloudBASE系列解决方案产品,则是另一个基于机柜排级的实施案例。上述的三种产品的设计,就是把所有的以前需要安装在建筑物围护结构上的各子系统,都和集装箱壳体、机柜双排或机柜排设计在一起,从而与建筑设施层分离。

  沈卫东表示,无论是集装箱级、双排(冷池或热池)级、机柜排级,第四代数据中心都会抛弃机柜-机房的架构,机柜不再作为一个单元使用,而被机柜排、冷式或热池所取代。   

    第四代数据中心的其它两个特点:智能化和?榛

  当解决了双层融合的问题后,数据中心各个设备之间就能完全统一,从而进行更高的智能化管理。全盘的智能化正是第四代数据中心的一个特点。

  所谓的智能化其实就是对数据中心内部的控制自动化。沈卫东指出,现在数据中心的各种设备,像空调和UPS的自动化程度都不高,都没有达到真正的自动化控制,包括监控,现在的监控系统只能“监”,不能“控”,这些都显示了现有的数据中心智能化不足。

  在第四代数据中心,提高智能化,要求机房设施的全自动化,是首要解决的问题,最终要完成所有机房设备中的执行机构由一个机房级的控制系统统一控制,这才符合第四代数据中心的理念。

  

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  脱离机房的维护层也就是意味着不在受到布局的限制,可以随意的放置,从而实现更高级别的?榛,从而增加生长型或可扩展性。所以,第四代数据中心的第五个特点就是?榛。

  根据调查显示,?榛葜行目梢愿俚氖奔、更低的成本在几乎任何工作环境中构建企业数据中心,并带来稳定可靠的动力、冷却、安全性及监控。当今使用标准化的构建?榻惺葜行牡墓婊杓,已经成为了数据中心建设过程中的重要方法,从发展上来看,?榛哪J浇晌ㄔ焓葜行牡摹凹负跄系姆椒ā。而第四代数据中心将会在设计、生产、实施方面全面实现?榛。

  

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  沈卫东介绍到:“我们从事第四代数据中心的研究已有三、四年。目前来看,第四代数据中心的时代刚刚到来,?榛、智能化、双层分离都已部分实现,但总的来讲,离成熟还很遥远。从未来来的发展上看,第四代数据中心的成熟有两个里程碑。第一个是双层融合,第二个是数据中心的PUE突破1.0。这两个指标标志着第四代数据中心成熟期的到来,具体时间,我个人认为要到2015年前后!

  我们可以看到,数据中心已经经历了三代,从大型计算机的科学计算时代到塔式服务器的商务计算时代,再到机架式的互联网计算时代,每个时代都需要经历一段时期,慢慢的进入成熟,最后又被新的一代所取代,这需要一个过程。第四代数据中心以云计算为标志,云计算来了,这个时代就来了,只不过这个时代还不成熟。我们可以看到第四代数据中心的五个趋势,绿色化,现在所有数据中心都已经开始绿色化了,自然冷却,实际只是一个过度。?榛,双层分离现在已经做到了,双层融合其实也有,但是没有推广开来。所以说第四代数据中心时代其实已经开始了。

 
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