Thiết kế trung tâm dữ liệu mô-đun

Các trung tâm dữ liệu mô-đun cung cấp thay đổi hoàn toàn nhanh chóng và chi phí dự án rõ ràng. Cũng giống như các trung tâm dữ liệu truyền thống, chúng đòi hỏi cẩn thận thiết hệ thống điện và làm mát.
Khi mọi người trong ngành công nghiệp trung tâm dữ liệu nghe cụm từ “trung tâm dữ liệu mô-đun” (MDC), mỗi cá nhân sẽ có một ấn tượng khác nhau về những gì một MDC thực sự là. Việc sử dụng các MDCs đang gia tăng: IDC báo cáo rằng trong số 74% của tất cả những người trả lời nói rằng họ đã tiến hành xây dựng lại lớn, khoảng 87% đã triển khai mô đun, các thành phần trung tâm đúc sẵn, hoặc dữ liệu chứa trong 18 mo qua. Nhưng điều này không làm dịu bớt các thực tế rằng hầu hết các trung tâm dữ liệu ngành công nghiệp-cho dù tập trung vào CNTT hoặc các cơ sở-vẫn không có một sự hiểu biết nhất quán của các loại khác nhau của các trung tâm dữ liệu mô-đun.
Các tác giả thích sử dụng thuật ngữ “cơ sở linh hoạt” bởi vì không phải tất cả các cơ sở có thực sự modular, nhưng vẫn cung cấp nhiều lợi thế của mô-đun hóa. Các cơ sở dữ liệu trung tâm đến ở dạng container (nằm trong nhà và ngoài trời), công nghiệp hoặc đúc sẵn, và các tòa nhà gạch-và-vữa. Có, tòa nhà gạch-và-vữa có thể được coi là một cơ sở linh hoạt nếu chúng được thiết kế bằng cách sử dụng khả năng mở rộng và tính linh hoạt khái niệm giống như một trung tâm dữ liệu đúc sẵn hoặc container. Với mục đích của bài viết này, chúng tôi sẽ tập trung vào ba loại chính của các cơ sở linh hoạt: các giải pháp container, các trung tâm dữ liệu công nghiệp hoặc đúc sẵn, và doanh nghiệp trung tâm dữ liệu gạch-và-vữa.
Làm rõ mô đun, khả năng mở rộng và tính linh hoạt
Có nhiều thuật ngữ ngành công nghiệp được sử dụng rộng rãi cho MDCs, và tất cả trong số họ có những định nghĩa rộng. Những thuật ngữ như mô đun, khả năng mở rộng, tích hợp theo chiều dọc, tính linh hoạt, nhanh nhẹn, chế tạo sẵn, chất lượng lặp lại, và nhanh chóng tài liệu quảng cáo tiếp thị tiêu triển khai, ấn phẩm công nghiệp, và các cửa hàng khác trong ngành. Không phải để nói rằng việc sử dụng những thuật ngữ này là không chính xác, mà đúng hơn là các điều khoản phải được gắn liền với các sản phẩm thực tế và cách tiếp cận và làm thế nào họ có thể cải thiện hoạt động của các trung tâm dữ liệu và cuối cùng, hiệu quả kinh doanh. Như một ví dụ về cách thức này có thể được thực hiện, xem xét các dữ liệu IDC sau trên những lý do đó là một sự phát triển ngày càng cao của MDCs:
Quay vòng nhanh chóng kể từ ngày ký hợp đồng để đi trực tiếp, cho phép các doanh nghiệp để nhanh chóng mở rộng quy mô tính toán các giải pháp khi họ cần chúng
Rõ ràng hơn vào chi phí dự án, cho phép các doanh nghiệp có quyền kiểm soát nhiều hơn đối ngân sách và các ước tính về lợi nhuận liên quan đến đầu tư
Một khả năng triển khai các giải pháp rất nhanh chóng và hầu như bất cứ nơi nào trên thế giới, liệu các doanh nghiệp cần bổ sung năng lực trung tâm dữ liệu trong một tòa nhà hiện có hoặc tại một địa điểm từ xa, chẳng hạn như để dự phòng hoặc hỗ trợ một vị trí vệ tinh.
Trong những tình huống này, những ý tưởng của mô đun, khả năng mở rộng, tính linh hoạt và trở thành cụ thể hơn.
Khái niệm cơ bản của các cơ sở linh hoạt
Khi trung tâm dữ liệu container bắt đầu để đạt được tầm nhìn lớn hơn và bắt đầu được sử dụng trong nhiều ứng dụng kinh doanh chủ đạo, những tiến bộ trong thiết kế và kỹ thuật kích hoạt tích hợp CNTT và các cơ sở chặt chẽ, cả hai từ một vị trí địa lý và một cách tiếp cận hoạt động. Thay vì sử dụng các thành phần tạo ra cho một trung tâm dữ liệu doanh nghiệp và lắp chúng vào một không gian nhỏ hơn nhiều, các cơ sở linh hoạt ngày nay được thiết kế khác nhau bằng cách sử dụng nhà máy lắp ráp và thử nghiệm IT, điện, và các thành phần làm mát được thiết kế đặc biệt cho các loại bao vây.
Có một niềm tin cơ bản quan trọng liên quan đến các cơ sở linh hoạt: cơ sở được xây dựng xung quanh IT so với thiết kế IT xung quanh cơ sở, sau này là các mô hình điển hình trong ngành công nghiệp trung tâm dữ liệu. Hoạt động CNTT năng động đòi hỏi một cơ sở mà có thể đáp ứng và thích nghi với nhu cầu thay đổi mà không cần chi phí đáng kể và thời gian chết. Ngoài ra, có khả năng cho năng động mở rộng quy mô và giảm thời gian để thị trường cung cấp một lợi thế quan trọng cho hoạt động CNTT. Điều này quy mô-up (hoặc co-out) được kích hoạt bằng cách không chỉ các khía cạnh mô-đun của cơ sở nhưng, cho là quan trọng hơn, sự tích hợp chặt chẽ của các cài đặt thiết bị CNTT và thiết kế của công trình.
Khác quan trọng, mặc dù không được biết đến rộng rãi, các khía cạnh của một cơ sở linh hoạt có để làm với chế tạo và trên trang web suối công trình xây dựng. Tăng hiệu quả thu được từ việc phân bổ lại lao động lĩnh vực và tập trung nó vào chế tạo sẵn các module cơ khí và điện. Trong mô hình này, quản lý chuỗi cung ứng sẽ trở thành một trong những hoạt động chính để đảm bảo thời gian giao hàng đúng tiến độ và cài đặt.
Thật là một cơ sở linh hoạt không phải là
Các khái niệm về việc đạt được một trung tâm dữ liệu trong một khoảng thời gian ngắn, với chi phí thấp hơn đáng kể, và không bao giờ có thể trở nên lỗi thời, có thể có vẻ giống như tưởng tượng, nhưng các cơ sở linh hoạt vẫn là cơ sở và phải tuân theo các quy trình theo phong tục và tuân thủ các quy tắc xây dựng của địa phương và quy định. Niềm tin rằng các cơ sở linh hoạt được chỉ đơn giản là bỏ vào vị trí, cắm vào, và các hoạt động IT có thể bắt đầu ngay lập tức là, không may, chỉ đơn giản là không thể. Chắc chắn có những cơ sở (hoặc các bộ phận của công trình) theo sản xuất trong khi trang web đang được chuẩn bị đón, hội họp với các cơ quan có thẩm quyền, và làm việc với các tiện ích điện tại địa phương sẽ cạo một lượng đáng kể thời gian từ lịch trình.
Nhưng electron và nước sẽ chảy theo cùng một cách phân biệt các loại của trung tâm dữ liệu, cơ sở linh hoạt, hoặc gạch-và-vữa trung tâm dữ liệu doanh nghiệp truyền thống. Ngoài ra, trừ khi các cơ sở linh hoạt mới sẽ được kết nối chặt chẽ với một cơ sở hiện có, rất nhiều ống dẫn ngầm và làm mát ống dẫn nước phải được cài đặt. Truy cập trang web, đường giao thông, bãi đỗ xe, các lưu vực lưu giữ, hệ thống cống rãnh, và các yếu tố khác có thể sẽ được cần thiết. Chắc chắn, mỗi dự án sẽ có những yêu cầu khác nhau, nhưng ý tưởng là nhiều hơn được yêu cầu trong những cơ sở linh hoạt chính nó. Và bởi vì nhiều người trong số những trung tâm dữ liệu đang được triển khai tại các địa điểm từ xa, nó là điều cần thiết để có các hoạt động địa phương và các đội bảo dưỡng tại chỗ để cung cấp bảo trì theo lịch trình và nhanh chóng đáp ứng với các cuộc gọi rắc rối.
Cuối cùng, một trong những khu vực lớn nhất của sự đổi mới trong một cơ sở linh hoạt là điều khiển tích hợp và hoạt động của hệ thống làm mát và CNTT. Tùy theo thiết kế của các trung tâm dữ liệu, các thiết bị làm mát sẽ được kết hợp chặt chẽ với các thiết bị IT và sẽ phản ứng sớm hơn để thay đổi trạng thái năng lượng của các thiết bị CNTT, giảm sử dụng năng lượng tổng thể của hệ thống làm mát. Mặc dù mô tả đây là một sự đơn giản của các chiến lược hoạt động thực tế, nó minh họa một khu vực mà phải được hiểu trước khi cơ sở được giao lại cho chủ sở hữu: các chiến lược kiểm soát tinh vi và khớp nối chặt chẽ vật lý của CNTT và hệ thống làm mát đòi hỏi dự phòng bổ sung để tránh nhiệt tình trạng quá tải tại các sự kiện của một thiết bị thất bại. Khái niệm thất bại của bảo trì đồng thời hoặc khả năng chịu lỗi là chắc chắn không phải là mới trong việc thiết kế trung tâm dữ liệu. Nhưng trong lĩnh vực cơ sở linh hoạt, trong đó cung cấp một mức độ cao của tối ưu hóa bao gồm cả không gian, kịch bản thất bại bổ sung phải được khám phá.
Làm mát hệ thống mô đun và linh hoạt
Loại cơ sở linh hoạt khác nhau có thể được trang bị với các loại khác nhau của các hệ thống làm mát. Các loại mà cuối cùng được lựa chọn phụ thuộc vào nhiều yếu tố: loại cơ sở, chủ sở hữu quen thuộc, vị trí, chi phí đầu tiên, chi phí năng lượng và bảo trì liên tục, độ tin cậy và khả năng bảo trì.
Giải pháp container: Ví dụ, một trung tâm dữ liệu trong container có thể sử dụng trực tiếp mở rộng (DX) làm mát, kiệm khí ngoài trời với DX làm mát, làm mát bằng bay hơi trực tiếp (có hoặc không có DX làm mát), nước làm mát cho máy tính làm mát bằng nước, và những người khác. Các giải pháp làm mát, khác hơn so với bất kỳ nguồn nước làm mát, là không thể thiếu để chứa chính nó. Nếu giải pháp sử dụng nước lạnh được sử dụng, các thiết bị bên ngoài hơn là cần thiết. Để giữ cho các cơ sở như mô-đun có thể, các thiết bị bên ngoài có thể được thiết kế, chế tạo, lắp đặt và sử dụng phương pháp tương tự như các trung tâm dữ liệu. Vì vậy, một số tiền nhất định của việc ra quyết định là cần thiết để xác định cấu hình cuối cùng của các trung tâm dữ liệu trong container. Tùy thuộc vào kích thước và mức độ tin cậy, các loại của các cơ sở này sẽ nằm trong khoảng từ 400 kW đến 2 MW.
Các trung tâm dữ liệu công nghiệp hoặc đúc sẵn: Đây là loại hình cơ sở cung cấp một mức độ cao hơn của sự tự do trong việc lựa chọn một hệ thống làm mát. Thông thường, các cơ sở này sẽ có các đơn vị xử lý không khí ngoài trời, nằm mà sử dụng trực tiếp kiệm ngoài trời không khí, bay hơi trực tiếp, hoặc gián tiếp làm mát bay hơi. Ở các vị trí địa lý nhất định, làm mát cơ học là không cần thiết, đặc biệt là sử dụng nhiệt độ đầu vào máy chủ cao. Đây là loại thiết bị tương tự một tòa nhà truyền thống và sử dụng không gian vật lý nhiều hơn cho các phòng không được bao gồm trong các container, chẳng hạn như kiểm soát và trung tâm chỉ huy, lưu trữ, và khu vực thiết bị bốc dỡ. Các mô-đun lớn hơn nhưng trong cùng một dãy container, và có thể được mở rộng cho đến khi khu vực trang web và điện năng chạy ra ngoài.
Doanh nghiệp trung tâm dữ liệu gạch-và-vữa: Trong khi thông thường không được tính đến trong lĩnh vực MDC, các trung tâm dữ liệu doanh nghiệp lớn có thể cung cấp sự linh hoạt và độ tin cậy tương tự như các loại khác của các cơ sở linh hoạt. Có rất nhiều lý do mà loại này của cơ sở sẽ được chọn thông qua một trung tâm dữ liệu đúc sẵn hoặc container, và nếu đúng kế hoạch, cơ sở này có thể thích ứng động cho các hệ thống IT và mở rộng trong tương lai có thể được thực hiện mà không có mối đe dọa cho các hoạt động CNTT. Các cơ sở này có thể có kích thước bất kỳ, và kích thước mô-đun thông thường sẽ tương ứng với quyền lực và thiết bị làm mát kích thước và nhu cầu kinh doanh. Thiết bị nhà máy trung tâm cũng có thể được thiết kế sử dụng một phương pháp tiếp cận mô-đun để tạo thuận lợi cho việc mở rộng và cấu hình lại tương lai.
Làm thế nào để hiệu quả cơ sở phục vụ linh hoạt?
Câu hỏi này có thể được trả lời bằng nhiều cách. Có lập luận rằng bản thân không gian có thể được định hình lại hoặc thêm thắt như chiến lược và phần cứng CNTT tiếp tục phát triển. Khiếu nại khác về hiệu quả của việc mua sắm và xây dựng quy trình kỹ thuật sử dụng chế tạo sẵn và tạo mẫu. Chắc chắn, những điều này và nhiều lý do khác cung cấp các tùy chọn chủ trung tâm dữ liệu và tính mềm dẻo để đảm bảo một cơ sở dữ liệu trung tâm tối ưu. Một hệ thống các trung tâm dữ liệu mô-đun đó là một đại diện tốt trong những lợi thế của các cơ sở linh hoạt là hệ thống làm mát. Gắn liền với hầu hết các hệ thống làm mát thương mại lớn là họ thường được thiết kế và chế tạo bằng phương pháp module. Thách thức là luôn luôn quyết định một mô-đun logic hoặc khối đó là chi phí hiệu quả, tiết kiệm năng lượng, và có thể dễ dàng mở rộng. Điều này thường được nói dễ hơn làm. Nhưng quá trình ra quyết định này là dễ dàng hơn cho một trung tâm dữ liệu vì tải làm mát (thiết bị CNTT) được xác định trước và có một sự hiểu biết về cách thức các thiết bị sẽ hoạt động và những gì các tải làm mát cụ thể sẽ được.
Nói chung, hệ thống làm mát cho một cơ sở linh hoạt sẽ được của việc xây dựng giống như một trung tâm dữ liệu truyền thống, nhưng sẽ được in rõ ràng, mô-đun rời rạc mà có một sự tương ứng một-một với một hội trường dữ liệu. Triết lý này áp dụng cho tất cả các loại chiến lược làm mát (mở rộng trực tiếp, không khí ngoài trời trực tiếp, nước lạnh, làm mát bay hơi, và những người khác) và cho phép một số kinh phí nhiều hơn, ngay cả vốn hiểu biết các kế hoạch cụ thể cho việc mở rộng cũng đi trước điểm bắt đầu xây dựng.
Ngoài chi phí đầu tiên và lợi thế năng xây dựng, thiết bị linh hoạt, bởi bản chất của mô đun của họ, có thể cung cấp những lợi ích hiệu quả sử dụng năng lượng riêng biệt. Để minh họa cho ví dụ này, một mô hình năng lượng đơn giản được sử dụng để xác định việc sử dụng năng lượng tích lũy của động cơ quạt trong các đơn vị xử lý không khí phục vụ các trung tâm dữ liệu. Các mô hình cho các trung tâm dữ liệu truyền thống sử dụng các đơn vị xử lý không khí lớn hơn trong một N + 1 cấu hình, cho tổng cộng ba. Các mô hình cơ sở linh hoạt sử dụng tất cả các thông số tương tự ngoại trừ sử dụng nhỏ hơn, nhiều đơn vị, một xử lý không khí modular tổng số năm trong một N + 1 cấu hình. Để đáp ứng một N + 1 yêu cầu, các đơn vị xử lý không khí lớn hơn yêu cầu công suất quạt cao hơn vì N là lớn hơn so với N trong ví dụ cơ sở linh hoạt. Các phân tích mô phỏng một khoảng thời gian 4 năm, chạy ở mức 25% trong năm đầu tiên, 50% năm thứ hai, 75% năm thứ ba, và 100% năm thứ tư.
Các kết quả cho thấy sự giảm lượng điện cho quạt sử dụng phương pháp tiếp cận cơ sở linh hoạt bằng 30% đến 50% tùy thuộc vào thời gian đó đã được nghiên cứu. Phân tích này, mặc dù rất đơn giản, thể hiện tiềm năng cho một cách tiếp cận mô-đun để giảm sử dụng năng lượng và có thể cải thiện bảo trì và hoạt động của kích thước thiết bị và các hệ thống dựa trên các thiết bị CNTT, làm giảm khả năng cỡ thừa và thiếu hiệu quả.
Cái gì tiếp theo?
Dựa trên nhu cầu tăng lên đối với MDCs, các cơ sở linh hoạt sẽ tiếp tục phát triển và trưởng thành. Internet của sự vật hiện tượng, mà ngày càng nhiều các mặt hàng sử dụng trong cuộc sống hàng ngày của chúng tôi (đồng hồ, tủ lạnh, hệ thống an ninh, và những thứ khác mà chúng tôi đã thậm chí không nghĩ đến) được kết nối với Internet, liên tục tải lên và tải dữ liệu, truy cập cơ sở dữ liệu, và lưu trữ các tập dữ liệu, đòi hỏi phải triển khai nhanh chóng hơn, các trung tâm dữ liệu chi phí thấp. Sử dụng một cơ sở linh hoạt chắc chắn sẽ là một phần không thể thiếu trong chiến lược mở rộng này, đem lại cho công ty sự nhanh nhẹn cần thiết để xây dựng các sản phẩm và dịch vụ dựa trên Internet mạnh mẽ.
Thành phần mô-đun điện
Như với làm mát, các thành phần điện trung tâm dữ liệu mô-đun hoặc container có thể được chia thành một số thành phần có thể từ một quan điểm năng lượng điện. Các thành phần này bao gồm các thiết bị dữ liệu, làm mát cơ khí, các thiết bị phân phối điện chính, và các nguồn điện dự phòng.
Các thùng chứa dữ liệu thông thường sẽ bao gồm giá đỡ thiết bị dữ liệu và bảng phân phối, và cũng có thể bao gồm UPS địa phương, đơn vị làm mát, phát hiện lửa hoặc đàn áp, và ánh sáng.
Hệ thống làm mát khí cũng có thể được đặt trong các thùng chứa mô-đun riêng của họ bên ngoài hoặc gắn trực tiếp vào thùng chứa dữ liệu. Điều này có thể đòi hỏi một nguồn cấp dữ liệu điện riêng biệt cho các hệ thống cơ khí, hoặc họ có thể được cung cấp từ cùng một nguồn cho các hệ thống chứa tùy thuộc vào yêu cầu thiết kế và xếp loại.
Thiết bị năng lượng chính trên trang web, chẳng hạn như thiết bị chuyển mạch chính, có thể được chỉ định và cấu hình trong một số cách để cung cấp điện cho các hình thức trung tâm dữ liệu mô-đun. Một cấu hình có thể chỉ đơn giản là một bao vây đánh ngoài trời, mà có thể hoặc không có thể là một loại walk-in. Những loại bánh ngoài trời là phổ biến trong nhiều loại công trình từ các trung tâm dữ liệu để công nghiệp.
Ngoài ra, các thiết bị điện phân phối có thể được cung cấp trong một thùng chứa tương tự như các thiết bị dữ liệu. Lợi ích của phương pháp này bao gồm kiểm soát chất lượng nguồn duy nhất và tích hợp với các thành phần khác.
Điện dự phòng có thể bao gồm các máy phát điện dự phòng, UPS, quay, hoặc các nguồn hệ thống khác. Do dung sai chặt chẽ của họ và điều kiện môi trường, UPS là lý tưởng để được đặt trong các đơn vị container hoặc mô-đun với việc làm mát không thể thiếu. Thùng máy phát điện ngoài trời được áp dụng phổ biến trên nhiều dự án và có thể bao gồm đi bộ trong và không đi bộ trong thùng loa. Như với tổng đài, máy phát điện có thể được cung cấp với thùng container và được tích hợp như một phần của một giải pháp trung tâm dữ liệu mô-đun từ một nhà cung cấp một nguồn duy nhất.
Nó không phải là không phổ biến mà các hệ thống điện trung tâm, bao gồm cả thiết bị bảng điện và UPS, có thể được xác định trước thời hạn, và nằm trong một tòa nhà tiện ích trước khi sản xuất có hoặc không có tường thành, với các container trung tâm dữ liệu đang ngồi ngay bên ngoài hoặc một phần bên trong cấu trúc tiện ích này . Phương pháp lai này cung cấp bảo trì và hoạt động của nhân viên với một tiện ích trung tâm thông thường xây dựng (thay vì sử dụng xây dựng trung tâm dữ liệu) bằng cách sử dụng các thùng chứa dữ liệu.
Cấu hình điện
Như với các trung tâm dữ liệu thông thường, các hệ thống điện cho các trung tâm dữ liệu mô-đun có thể được thiết kế xung quanh các cấp điện áp khác nhau, trong đó có 120/208, 480/277, và 400 V. Một điểm chung nữa là các thùng chứa mô-đun có thể được cấu hình hoặc được chỉ định để thực hiện theo một tổng giá hệ thống cấp. Xếp loại theo quy định của Viện Uptime xác định bốn loại xếp loại (tầng I, II, III, và IV) cho topo cơ sở hạ tầng điện. Những tầng xác định kết quả hoạt động cho cơ sở hạ tầng chuyên dụng, thành phần dư thừa, bảo trì đồng thời, và dung sai lỗi. Trong module dữ liệu thực tế hoặc container, điều này thường đi xuống đến các quyết định về việc liệu dự phòng A / B cấp dữ liệu và phân phối nội bộ sẽ được cung cấp cho các kệ.
Bên ngoài, các kết nối điện vào thùng chứa dữ liệu có thể có nhiều dạng. Một kết nối hữu tuyến, bằng cách sử dụng một ống dẫn, cáp và thiết bị ngắt kết nối truyền thống, có sẵn tương tự như một kết nối xử lý không khí đóng gói. Ngoài ra, các thùng chứa mô-đun có thể sử dụng các kết nối plug-loại linh hoạt hơn.
Một sự khác biệt điện chính cho các module dữ liệu nhất là sức mạnh tối đa có sẵn khi sử dụng một cách tiếp cận trung tâm dữ liệu trong container. Thông thường, một module dữ liệu container duy nhất sẽ có một giới hạn sức mạnh của khoảng 1 MW cho các thiết bị xử lý dữ liệu. Dựa trên nhu cầu máy tính của khách hàng, giới hạn 1 MW này sẽ thúc đẩy số lượng container cá nhân cần thiết. Sự hạn chế này không áp dụng đối với các loại mô-đun các trung tâm dữ liệu linh hoạt.
Tiếp đất và chống sét
Thùng chứa dữ liệu Modular đòi hỏi nền tảng tương tự như bất kỳ trung tâm dữ liệu. Mỗi container sẽ đi kèm với hệ thống nối đất nội bộ để các kệ và các thành phần bên trong container. Tuy nhiên, các kỹ sư sẽ cần phải thiết kế một hệ thống nối đất cho các trang web hỗ trợ các container trung tâm dữ liệu mô-đun khác nhau và hệ thống điện. Điều này sẽ có kết quả trong một mạng lưới nối đất bằng cách sử dụng nhẫn undergrounding và nền tảng thanh kết nối tất cả các container và hệ thống thành một hệ thống trở kháng thấp.
Cùng với hệ thống mặt đất này, một hệ thống chống sét thường xuyên nhất sẽ được thiết kế, đặt thiết bị đầu cuối không khí trên đỉnh của thùng chứa, cấu trúc mô-đun, máy phát điện và các thiết bị khác trên trang web.