如何优质高效地建设新一代数据中心

　　当前，许多企业或机构都迫切要求改造原有数据中心和建设新一代数据中心。但是，并不是每一个企业和机构都能够取得成功。实践经验表明，数据中心规划与建设是一个复杂的系统工程，其成败的关键往往不仅与采用的具体技术有关，而更重要的是依赖于最初的规划和设计原则。因此，我们将从规划和设计出发、环绕机房环境、计算、安全和管理等四个基础设施构建模块，概要讨论如何优质高效地建设新一代数据中心(进一步信息参阅[1])。

　　数据中心的规划

　　数据中心的建设目标

　　制订数据中心改造或建设规划要有的放矢，首先需要确定建设目标，包括：扩展能力、容灾与高可用性、灵活性和管理自动化等方面要实现的目标。例如，要求数据中心满足多少年的企业业务需要、达到的可用性级别等。

　　   数据中心规划的步骤

　　基于特定的建设目标，结合企业的业务应用架构与发展规划，在制订数据中心建设规划时才能有针对性，一般来说，数据中心的规划工作主要遵循以下步骤：

　　• 分析现状 — 使用数据中心成熟度模型或其他工具，分析当前IT基础设施和运行现状，评估当前环境在业务运营连续性、技术系统/应用程序和数据中心设施方面的情况，确定哪些方面需要改变，才能满足业务目标和建设新一代数据中心的驱动因素;

　　• 系统设计 — 提出满足需求的新一代数据中心设计，包括数据中心基础设施、关键技术、运行和支持管理系统;

　　• 实施转换 — 形成从当前IT基础设施转换到新一代数据中心的实施步骤;

　　   制订改造和建设数据中心规划要考虑的因素

　　企业或机构在制定改造现有数据中心建设规划时，首先需要对现有的数据中心的建筑平面图、电源、散热系统、活动地板等进行全面的审核与评估，以消除任何可能导致IT系统故障的隐患。然后进行规划设计，以便与未来可能的数据中心扩展进行平衡。如果需要新建数据中心，则考虑的因素相对更复杂些。其规划范围将包括数据中心选址，数据中心可用性定级，数据中心内部的各种基础设施规划，数据中心运营管理与IT治理，以及投资核算等方面的要求，下面将介绍在新一代数据中心规划中需要掌握的几个重点。

　　   数据中心场地选择

　　数据中心环境及设备的运行和安全管理与场地的选择有很大关系，有许多因素是必须考虑的，其中包括：地理环境、通讯条件、电力供应、水资源、地理位置、生态环境、人力资源(要考察的具体内容，参阅[1])。

　　   数据中心可用性等级标准

　　由美国通信工业协会(TIA)2005年4月发布的第一个比较全面的、以数据中心基础设施为对象的标准--TIA-942《数据中心的通信基础设施标准》，专供数据中心设计人员在构建开发流程初期时使用。主要涵盖数据中心空间与布局、布线基础架构、可用性等级和环境因素等技术指南。标准中提出的适用于大多数数据中心的设计各种要素(详见[1])包含数据中心可用性等级划分：

　　• 一级：单路径的电源和散热分配，无冗余组件， 99.671 %的可用性;

　　• 二级：单路径的电源和散热分配，冗余组件， 99.741 %的可用性;

　　• 三级：多个电源和散热分配路径，只有单路工作，冗余组件，可同时维护， 99.982 %的可用性;

　　• 四级：多个工作状态电源和散热分配路径，组件冗余，容错， 99.995 %的可用性;

　　在实践中，应当根据可用性等级要求，来规划数据中心的电源、散热设备等机房基础设施以及它们的冗余度，从而实现可用性与投资的最佳平衡(详见[1])。

　　   数据中心组成部分的规划

　　数据中心构建模块由机房环境关键设施、计算基础设施、管理基础设施、安全基础设施四个基本部分组成，而贯穿其中的是与实现新一代数据中心特性密切相关的各种技术、流程、人员和服务。参考[1]中详细介绍这4个基本部件的内部子系统及其规划要点和必须考虑的环境、电源和散热等重要因素。感兴趣的读者可以参阅[1]中有关内容。

　　新一代数据中心设计

　　在数据中心设计过程中，涉及众多子系统的设计、配置与布局。如楼宇与机房、供电与散热、网络与综合布线、服务器与存储设施、物理安全与信息安全等，甚至还包括室内装修与环保工程。因此，为确保新一代数据中心建设的成功，在统一的设计原则和实施方案指导下分步执行就变得尤为重要。

　　新一代数据中心设计原则

　　在新一代数据中心的设计阶段中，应该遵循以下几个原则。

　　坚持标准化与简易化

　　标准化是指严格地按照工业标准和规范设计数据中心的每一组成部分，使它们具有一致性。标准及规范应是中性的、中立的，与制造商无关的。同样功能的标准部件虽然可由不同厂商生产，但期望可以互相替换。标准化对用户的最大的好处是使用户有更多的供应商可供选择，减少对生产厂商的依赖。

　　简易化是指通过大规模的 IT 整合降低数据中心的复杂性。而复杂性既减弱系统对业务变化的应变能力，又会极大地增大了运营成本。整合后的数据中心体系结构将是标准的和得到大幅度简化的。整合使得数据中心组成类型和种类更少更简单、向机构选择的标准化方向靠拢，从而方便管理和加速应变、降低运营成本。

　　实现模块化与集成化

　　模块化是指转化为基于模块的服务模式;以面向服务的体系结构为基础，使基础设施模块化成为预先确定功能的必要组成构件。集成化是指系统和自动化工具集成使适合于统一管理各种服务(包括基础设施、应用、信息等服务)。模块化和集成化是新一代数据中心必须遵循的设计原则。使用标准化的构建模块来规划与设计数据中心，已经成为数据中心技术的发展方向。模块化的设计方法可以用在数据中心机房内所有方面，包括系统、机架、各种设备，以及机房之外的基础设施，包括冷却塔、冷却设备、循环加热系统、馈电、电源调节等。这种模块化设计，加上自动化的管理工具集成，不仅能够在资金、空间和设备利用率、人力资源等方面取得巨大效益，为提高冗余能力和扩展容量提供方便。

　　 重视节能与节省空间

　　采取重视节能与节省空间的战略、建设绿色数据中心不仅仅是节省成本和充分利用空间的考虑，更是一种环保责任，并将成为众多企业或机构的重要竞争优势。另外，纵观未来科技的创新与发展，节能与环保技术已成为关注重点，创建绿色数据中心势在必行。然而，没有一种单一的“良药”能完全解决当前数据中心的能耗与空间问题，只有通过综合数据中心设计才能收到丰厚的成效(从芯片到服务器到机架到机房到冷却器)。绿色数据中心综合解决方案主要涉及三方面：采用高效系统与布局使散热功率消耗最小(如创新的散热和配电系统);通过灵活的设计使功率密度最高(如虚拟化和电源管理);利用智能节能技术使功率利用优化(如节能服务器、刀片化和IT整合)。

　　 确保高可靠性与高可用性

　　为保证数据中心能提供连续不间断的7×24小时服务，中心内的所有基础设施必须要求具备高可靠性。可靠性是可用性的基础，它由平均无故障工作时间(MTBF)、平均修理时间(MTTR)、可用度(A)、可靠性(R)和时间(Time)等5个相互关联的因素组成(它们的确切定义，参阅[1])，在设计之时必须正确理解和确定这些指标。特别是，考虑高可用性与容错设计，杜绝单点故障的存在。例如，由市电到机柜及服务器的整个供电系统可用性不得少于99.999%;为机房各系统配备足够的备份能力，以保证机房具有较高的可靠性;各个基础部件(主机，存储，网络)的安全与高可用性设计，将减少系统宕机概率;系统配置应采用成熟技术的产品，回避使用短期过渡性技术的产品。

　　数据中心各组成部分的设计

　　具体说来，数据中心的设计将包括数据中心楼宇和机房、环境与安保监控系统、供配电系统、散热系统、网络与综合布线、服务器与存储基础设施、安全系统等多数据中心组成部分的设计。

　　其中，设计机房环境保障基础设施是数据中心设计中的重中之重。如电力供应由电网或现场发电机提供，经过现场变电后再输送到机房;又如中央冷却器为计算机机房空调设备提供不间断冷却水。事实上，输送到计算设备的所有电力都在机房内转化为热量，然后由散热系统带走(散热系统通常为空气调节器或风扇提供循环气流)。除了网络交换机外，还需要网络布线，以实现数据中心数据的高速传输。

　　为使数据中心内各子系统彼此有序分工、协调工作，我们特别强调各子系统设计的一致性，即配电系统容量、空调系统制冷量与综合布线系统的位点计算都需要与系统容量及设备布局协调一致，不要出现个别子系统过高配置而整个数据中心容量出现瓶颈的情况。在设计和建设的过程中，不仅要考虑到机房环境、系统集成、系统监控和安全管理等技术因素，更重要的是必须同时配合未来数据中心的管理与运营模式，只有这样，才能充分发挥新一代数据中心的作用。

　　参考[1] 中详细介绍了如何在设计数据中心各组成部分的过程中贯彻上述的原则，深入阐述了各组成部分的在数据中心整体中的作用、内部模块和子系统组成以及功能划分、应遵循的主要标准、具体的实施方法和重要的注意事项、以及如何在实践中综合考虑投资、性能、可靠性等因素，实现既提高数据中心项目的投资回报(RoIT)又要确保数据中心的基础设施和系统体系结构能够适应当前和未来业务需求。[1]中的许多内容是惠普公司在国内外实施大量数据中心建设项目的经验总结。实践的结果表明，按照惠普的设计方法可以在确保工程质量和进度的基础上降低15-20%的投资费用。