175v1-优化物理基础设施以应对数据中心整合

优化物理基础设施以应对 数据中心整合 版本 1 作者 Neil Rasmussen 第 175 号白皮书 将一个或多个数据中心整合至一个现有数据中心是一种 比较常见的需求。本白皮书通过示例介绍用于接纳经过 整合的数据中心的物理基础设施所应具备的标准架构。 这种方式耗时短、效率高，同时避免了整合项目中常见 的困难和复杂情况。 摘要 简介 2 部署高密度区域 （POD）的方法 2 满足容量需求 4 为整合最准备 5 结论 6 资源 7 目录 点击内容即可跳转至具体章节 施耐德电气旗下 的白皮书现收录于施耐德电气白皮书资料库 由施耐德电气数据中心科研中心数据中心科研中心发表， DCSCSchneider-E 优化物理基础设施以应对数据中心整合 施耐德电气 数据中心科研中心 第 175 号白皮书 版本 1 2 许多数据中心整合项目都是将两个或几个数据中心整合成一个新的数据中。而利用现有数据中心 进行整合通常被认为欠缺可行性，其原因是通常认为现有物理基础设施与当前需求无法兼容，或 者不能接受对现有数据中心造成中断的风险。但是，通过采用本白皮书介绍的有效方法，越来越 多利用现有数据中心的整合项目已经取得了成功。 整合至现有数据中心会产生的问题如下： 在整合项目期间现有数据中心需保持运行 为不中断现有运行而避免进行大规模的设备安装、管道连接和接线 现有基础设施的容量密度较低，通常每个机柜为 3 kW（100 W / 平方英尺），而多数新设 备按每个机柜为 8-16 kW 部署 为使现有制冷系统支持更高的密度，会导致出现过热点和过冷点，进而导致整体效率低下 （PUE 为 2.2 或更高） 现有高架地板通常过短且受导线和管路堵塞，难以达到所需空气流量 凌乱而无计划的整合方式，即试图逐渐将向现有数据中心拼塞更多设备的做法，通常会导致可靠 性、热点、效率低等问题。然而然而，许多数据中心运营商，许多数据中心运营商可以可以通过采用本通过采用本文文介绍的介绍的 部署高密度部署高密度区区 域域（POD）的方法的方法解决解决所有这些问题所有这些问题。 采用部署高密度区域这种数据中心升级方法是基于独立式“Pod”或数据中心基础设施单元模块 的理念。高密度区域（Pod) 是一种预先设计的、集成 IT 机柜、配电装置、专用制冷分配装置的 系统。这些装置整体作为一个单元模块部署，基本都由两排机柜构成，如图图 1 所示： 采用高密度部署方式时，通过在现有数据中心加入高密度区域（Pod）来提高效率、容量和密度。 高密度区域将逐渐增加，并最终取代现有基础设施。最终整个数据中心全部由高密度区域组成， 同时获得与全新数据中心几乎一样的优良性能。每个高密度区域如同一个独立的微型数据中心， 有自己的供电和制冷分配装置及气流遏制技术，因而对其所嵌入的供电和制冷环境的影响降至最 低。例如，由于新的高密度区域有独立的制冷装置，因而不需要通过现有高架地板提供冷却空气。 简介 图 1 美国布利斯堡 (Fort Bliss) 军事基地的高密度 Pod 设施 部署高密度区 域（POD）的 方法 优化物理基础设施以应对数据中心整合 施耐德电气 数据中心科研中心 第 175 号白皮书 版本 1 3 新高密度区域产生的所有热量都在其内部捕获和冷却，因此不会带来更多热点或对现有空调产生 额外要求。 图图 2 所示是一个新数据中心采用基于高密度区域的方式，将 152 个数据中心整合为 14 个数据中 心的庞大整合项目。该项目建成后的 PUE 小于 1.3。采用高密度区域的方式简化了设计，加快 了项目进程，仅用 12 个月就完成了项目。 高密度部署方式在整合项目过程中非常实用和有效。客户通常会发现，每个增加的高密度区域的 地面空间利用效率比整合到高密度区域的数据中心设备高 5-10 倍。因此，快速部署高密度区域 可以释放出更多地面空间，进而用来安装更多高密度区域。在前几个高密度区域部署后，释放出 的地面空间将使后面的高密度区域更容易部署。转换完成后，最终释放出的地面空间可提高数据 中心的总体容量，或者将空间改作他用。在图图 2 的整合示例中，项目释放出的净空间为 18 万平 方米。 采用高密度区域部署方式的一个明显优势是：由于高密度区域是独立的，且具有可以直接应用的 设计，因而不需要根据安装设备的每个建筑物或数据中心的具体限制进行定制或处理。 尽管高密度区域采用标准设计，但经以下调整即可轻松适应各种应用： 可调整高密度区域中 IT 机柜的数量，使高密度区域更加适合现有空间的形状特点。 虽然高密度区域中的 IT 机柜通常带有机架外壳，但是存储设备等采用定制外壳的高密度区 域设备也能够轻松地容下。 通常每个机柜的功率密度为 8 kW，但是每个机柜可支持功率高达 30 kW。 高密度区域的电源冗余通常采用双路径，制冷冗余通常为 N+1，但也可以采用其它选择。 一套装置中可随意组合不同容量、密度或冗余性的高密度区域。 图 2 Sun Microsystems 公司 整合项目中的高密度区 域（POD） 部署 （由 SUN 动态数据中心 提供，2008 年 7 月） 优化物理基础设施以应对数据中心整合 施耐德电气 数据中心科研中心 第 175 号白皮书 版本 1 4 许多整合项目都希望能够提高数据中心基础设施的最终 IT 容量。例如，如果计划要整合到某个 现有的 1 MW 数据中心，目标是将该数据中心的容量扩大到 2 MW，以满足全部整合要求。再者， 由于虚拟化和其它因素的不确定性，要预计 1 MW、2 MW 或其他某个容量是否真正满足需要可 能非常困难。在这种情况下，所需要的是能够随时根据需要对数据中心进行扩展。如前所述，实 际整合项目获得的密度增加非常之大，能够释放出足够的地面空间，几乎永远不会超出接收数据 中心的容量限制。受限制的始终是供电和制冷容量。 高密度区域部署还可以通过以下方式进行容量扩展： 新的高密度区域可以使用现有的冷水机组、检修口和开关柜容量，直至它们用完为止。 当现有容量用尽时，可以在不中断或不更换现有机组的情况下，在设施中增加新的模块化 电源和制冷系统来支持新的高密度区域。 图图 3 所示是在一个现有数据中心增加制冷和供电机组（也称为设施模块）类型的例子。第 163 号白皮书集装箱式数据中心供电和制冷模块对这些机组有详细介绍。 现有设施采用高密度区域部署方式整合时，可通过以下方式进行准备： 对接收数据中心进行评估，以确定现有物理基础设施的容量和能力（请参见第 177 号白皮 书在整合数据中心时确定供电、制冷和空间容量 制定一个扩展规划，以确立数据中心最终的可扩展容量 建立一个 IT 成长规划，并使该规划与扩展规划一致（请参见第 143 号白皮书数据中心 项目：成长模型） 选择合适的高密度区域设计方案 从现有数据中心“划分”出一块区域用以安装第一个高密度区域 将现有负载整合到该高密度区域以便在必要时释放出更多空间 逐渐增加高密度区域并将现有负载和其它数据负载整合到高密度区域 按需增加供电和制冷机组容量以支持成长规划 图图 4 所示是一个真实现有数据中心的“划分”区域示例，该区域用来安放第一个高密度区域。 数据中心项目： 成长模型 资源链接 第 143 号白皮书 图 3 500 kW 制冷和供电机组 模块，可接入现有数据 中心实现容量扩展 在整合数据中心时确定供 电、制冷和空间容量 资源链接 第 177 号白皮书 满足容量需求 为整合做准备 集装箱式数据中心供电和 制冷模块 资源链接 第 163 号白皮书 优化物理基础设施以应对数据中心整合 施耐德电气 数据中心科研中心 第 175 号白皮书 版本 1 5 图 4 一个现有数据中心的 “划分”区域，用来部 署第一个高密度 区域 优化物理基础设施以应对数据中心整合 施耐德电气 数据中心科研中心 第 175 号白皮书 版本 1 6 运行中的数据中心可有效地作为数据中心整合项目的接收数据中心。但是，“简单随意地增加设 备”的习惯方式常常导致热点、可靠性、效率低和空间不足等问题的发生。通过在项目整合过程 中采用部署高密度区域的方式，可以将现有旧数据中心转换为高密度、高效率的数据中心。 采用部署高密度区域的方式后，数据中心在满负载时的年平均 PUE 有望达到 1.35 左右。虽然这 个值尚未达到为新用途而建的数据中心的 PUE = 1.2 的水平，但远远优于部署高密度区域前常见 的 PUE = 2.0 水平。 高密度区域的独立性意味着在任何现有环境中安放高密度区域时所需的规划、设计或工程量极低， 允许实现高度的标准化并缩短部署周期。 高密度区域部署方式已在数百个商业整合项目中获得成功应用。这种方法既适用于新设施的建设， 也适用于在整合中将现有旧数据中心在不中断运行的情况下改造成合适的接收数据中心。 结论 Neil Rasmussen 是施耐德电气创新部门的高级副总裁。Neil 负责为全球在关键网络供电、制冷 和机架基础设施方面的最高研发预算制定技术发展方向。 Neil 拥有与高效、高密度数据中心供电和制冷基础设施相关的 19 项专利，并且出版了供电和制 冷系统方面的 50 多份白皮书，其中很多白皮书均以十几种语言印刷出版，近期出版的白皮书所 关注的重点是如何提高能效。他是全球高效数据中心领域闻名遐迩的专家。Neil 目前正投身于推 动高效、高密度、可扩展数据中心基础设施解决方案的发展，同时还担任 APC InfraStruXure 系 统的首席设计师。 1981 年创建 APC 前，Neil 在麻省理工学院 (MIT) 获得学士和硕士学位，并完成关于 200MW 功率托克马克聚变反应堆的论文。1979 年至 1981 年，他就职于麻省理工学院林肯实验室， 从事飞轮能量储备系统和太阳能电力系统方面的研究。 关于作者 优化物理基础设施以应对数据中心整合 施耐德电气 数据中心科研中心 第 175 号白皮书 版本 1 7 在低密度数据中心中部署高密度区域 第 134 号白皮书 数据中心项目：成长模型 第 143 号白皮书 集装箱式数据中心电源和制冷模