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一、智能時代,數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的新需求
隨著各行各業(yè)數(shù)字化變革的不斷深入,人類社會正加速邁向智能化。作為智能世界和數(shù)字經(jīng)濟(jì)的堅實底座,數(shù)據(jù)中心也迎來了蓬勃發(fā)展。面對ICT技術(shù)快速演進(jìn)、建設(shè)需求激增以及綠色低碳要求,對數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也提出了更高要求,具體表現(xiàn)在以下幾個方面:
1.安全可靠,數(shù)據(jù)中心的核心需求
2022年-2023年期間,香港、新加坡、澳大利亞等地發(fā)生過大規(guī)模數(shù)據(jù)中心因基礎(chǔ)設(shè)施故障導(dǎo)致的宕機(jī)事件,引起了業(yè)界高度關(guān)注。事實上,隨著數(shù)字化的發(fā)展,整個社會的運(yùn)轉(zhuǎn)對數(shù)據(jù)的依賴程度越來越高,IT服務(wù)一旦中斷,就會給生產(chǎn)生活帶來不便,造成巨大經(jīng)濟(jì)損失,嚴(yán)重影響企業(yè)的聲譽(yù)。盡管數(shù)據(jù)中心IT設(shè)施的虛擬化能力、業(yè)務(wù)遷移能力逐漸提升,但數(shù)據(jù)中心對基礎(chǔ)設(shè)施安全可靠的要求并沒有絲毫放松。隨著政治產(chǎn)業(yè)環(huán)境日益復(fù)雜,引發(fā)事故的風(fēng)險種類發(fā)生了一些變化,但安全可靠始終是數(shù)據(jù)中心最核心的需求,針對新興的風(fēng)險因素,要做好防范策略。
2.高效節(jié)能,雙碳背景下的新目標(biāo)
碳中和是全球的共識和使命,綠色低碳已經(jīng)成為世界新的主題。隨著數(shù)字化、智能化的發(fā)展,數(shù)據(jù)中心的規(guī)模在不斷擴(kuò)大,用于支持?jǐn)?shù)據(jù)中心運(yùn)行的能耗也在快速增加。世界各國各地紛紛出臺各種政策或指導(dǎo)意見,牽引數(shù)據(jù)中心走向高效節(jié)能,綠色低碳。過去,大多數(shù)企業(yè)僅從經(jīng)濟(jì)效益來評判節(jié)能措施?，F(xiàn)在,節(jié)能已經(jīng)成為是否合規(guī)的重要考核指標(biāo),直接代表了企業(yè)的社會責(zé)任和形象。
3.經(jīng)濟(jì)適用,確保投資效益最大化
在數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)模較小的年代,數(shù)據(jù)中心在企業(yè)總資產(chǎn)中占比不高,企業(yè)對數(shù)據(jù)中心投資的經(jīng)濟(jì)性不是特別敏感。隨著數(shù)字化的發(fā)展,數(shù)據(jù)中心建設(shè)的規(guī)模在增加,投資額急劇增加,其投資的經(jīng)濟(jì)性變得越來越重要。在數(shù)據(jù)中心建設(shè)過程中,既需要考慮整體TCO,還需要考慮分期部署和快速建設(shè),力爭快速形成收入,嚴(yán)格控制折舊等營運(yùn)成本,確保投資效益的最大化。
4.智能運(yùn)維,達(dá)成規(guī)劃指標(biāo)的最強(qiáng)助力
智能化是數(shù)據(jù)中心發(fā)展的必然趨勢,只有智能化才能讓操作更及時、更準(zhǔn)確、更可靠、更經(jīng)濟(jì),全面提升運(yùn)行效率,確保達(dá)成規(guī)劃指標(biāo)。智能化還能減少人的干預(yù)，減少誤操作，提升可靠性。此外，AI技術(shù)在智能化領(lǐng)域的應(yīng)用，能夠幫助數(shù)據(jù)中心進(jìn)一步調(diào)優(yōu)，提升運(yùn)營效率。
二、創(chuàng)新的數(shù)據(jù)中心供電制冷解決方案
針對數(shù)據(jù)中心的這些發(fā)展和變化,以供電和制冷為主的數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵設(shè)施的解決方案,也有了新的創(chuàng)新。
1.電力模塊成為數(shù)據(jù)中心供配電首選解決方案
電力模塊由變壓器、進(jìn)線母聯(lián)柜、SVG柜、UPS、維修旁路柜、饋線柜組成,通過柜頂工廠預(yù)制銅排連接。電力模塊內(nèi)部集成一體化監(jiān)控系統(tǒng),可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置并實時監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)、參數(shù)等。電力模塊設(shè)備如圖1所示。
傳統(tǒng)供配電系統(tǒng)設(shè)備來源多個供應(yīng)商,設(shè)備間的連接銅排需要設(shè)備就位后測量、訂貨,銅排、線纜均需要現(xiàn)場制作安裝,包括整體聯(lián)調(diào)、系統(tǒng)驗證,整個周期大于2個月。電力模塊具有融合高密、部件模塊化、工程產(chǎn)品化、產(chǎn)品預(yù)制化等特點,采用工廠組裝預(yù)制化,標(biāo)準(zhǔn)流水化作業(yè),出廠測試,安裝施工環(huán)節(jié)引入外部風(fēng)險小,相比傳統(tǒng)方案單套交付時間控制在2周以內(nèi),品質(zhì)可控,運(yùn)行可靠性更高。電力模塊方案采用了高密高效的UPS,并輔以配電柜結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,減小整體尺寸,通常能夠節(jié)約20-40%以上面積,提升機(jī)房IT機(jī)柜的出柜率2-5%。全鏈路效率提升1-3%。電力模塊內(nèi)部功率模塊、旁路模塊、SVG模塊、開關(guān)模塊等易損部件均采用模塊化熱插拔設(shè)計理念,當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后可以在線維護(hù),時間僅需要5min,大大的提高了系統(tǒng)可用性。
華為推出的超融合電力模塊解決方案,除具備上述電力模塊所有優(yōu)點外,在UPS架構(gòu)、結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)AI特性兩方面進(jìn)一步投入。超融合UPS內(nèi)部架構(gòu)融合UPS輸入、輸出開關(guān)和UPS主機(jī),采用隔離開關(guān)+熔斷器實現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換、電氣隔離和保護(hù)功能,從而大大減小了整體占地面積,節(jié)約占地面積在40%以上。另外,超融合UPS模塊化程度更高,整機(jī)內(nèi)除隔離開關(guān)外其余部件均可以實現(xiàn)在線維護(hù),做到真正的維護(hù)不斷電。電氣故障是影響全球數(shù)據(jù)中心安全運(yùn)行的主要原因,華為電力模塊具備獨(dú)有的AI診斷功能,對部件使用壽命進(jìn)行預(yù)測,提前發(fā)出告警,防患于未然,避免部件故障影響系統(tǒng)運(yùn)行。
總之,較傳統(tǒng)供配電產(chǎn)品和解決方案,電力模塊節(jié)地、節(jié)能、省時、省力,可以提升數(shù)據(jù)中心建設(shè)過程的靈活性和使用過程的可靠性,因此,已經(jīng)被廣大數(shù)據(jù)中心從業(yè)者普遍接受并廣泛應(yīng)用。
2.以間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)為首的分布式制冷越來越普及
近兩三年內(nèi),華為、騰訊、快手、萬國、秦淮、中行、農(nóng)行等涉及互聯(lián)網(wǎng)、金融、政府多個行業(yè)的新建或待建的數(shù)據(jù)中心,更多采用了間接蒸發(fā)冷卻的空調(diào)方案。海外眾多數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商在最近幾年的建設(shè)中,也在減少冷凍水方案的應(yīng)用,取而代之的則是間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)方案。
所謂間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)(AHU),就是將新風(fēng)蒸發(fā)冷卻后得到的濕空氣的冷量,通過非直接接觸式換熱器傳遞給機(jī)房的熱回風(fēng),再輔以必要的過濾、補(bǔ)冷等措施,為機(jī)房提供滿足要求的冷卻送風(fēng)。整個過程只有冷量的傳遞,沒有物質(zhì)的交換。間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。
間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)可以實現(xiàn)冷源與負(fù)荷中心近距離接觸,利用逼近濕球溫度的風(fēng)側(cè)自然冷卻,實現(xiàn)全年應(yīng)用自然冷卻。即使最炎熱的夏季,也只需要50%左右的機(jī)械制冷作為補(bǔ)冷,因此可以顯著減少數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)能耗。
除了節(jié)能,間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)還擁有很多傳統(tǒng)冷凍水不具備的優(yōu)點,AHU屬于分布式架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品,設(shè)計、施工、運(yùn)維相對簡單,故障率低,運(yùn)行效果與設(shè)計偏差小。AHU故障定位相對容易,設(shè)備運(yùn)行相對獨(dú)立,互相之間無關(guān)聯(lián),故障影響面小。AHU建設(shè)施工周期短,調(diào)試時間短,改擴(kuò)建不會影響已運(yùn)行的模塊,有利于分期投資。AHU無論是初投資,還是運(yùn)行費(fèi)用都低于傳統(tǒng)冷凍水。該設(shè)施還可以輔以AI,進(jìn)行自動調(diào)優(yōu)運(yùn)行。
華為最近推出的EHU設(shè)備,除了具備AHU的全部優(yōu)點之外,還對其電氣系統(tǒng)做了深度的優(yōu)化,其供電架構(gòu)如圖3所示。
新型的EHU,電源側(cè)無需配備UPS主機(jī),主備路電源切換過程可以通過電池供電,實現(xiàn)制冷無中斷,機(jī)房溫度零波動。電池供電負(fù)載可以通過控制軟件靈活調(diào)整,自由選擇風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、水泵分別或組合由電池供電。只要電池容量配置得當(dāng),未來還可根據(jù)需要調(diào)整,大大提升靈活性。機(jī)組內(nèi)置諧波治理裝置,THDi<5%;具備校正功率因數(shù)功能,輸入功率因數(shù)低至0.99,減小輸入開關(guān)和輸入電纜規(guī)格,提升項目的經(jīng)濟(jì)性。
總之,自然冷卻利用率更高,系統(tǒng)更節(jié)能,分布式架構(gòu)更可靠,TCO更優(yōu),運(yùn)維管理更簡單、更智能,這些優(yōu)勢完全匹配了數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢,這是近年來數(shù)據(jù)中心普遍采用這種制冷方式的原因。
三、智能時代,數(shù)據(jù)中心建設(shè)面臨的新挑戰(zhàn)
數(shù)據(jù)中心可靠性的標(biāo)準(zhǔn)包括“數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范(GB0174)”,“Telecommunications infrastructure standard for datacenters（ANSI/TIA-942-B）等,對數(shù)據(jù)中心的級別和冗余能力進(jìn)行了細(xì)致規(guī)范,可以防范的故障種類主要包括地震、洪澇等環(huán)境災(zāi)害,市政停電停水、產(chǎn)品或系統(tǒng)正常運(yùn)行中的故障等,基本沒有針對惡意因素導(dǎo)致的故障。隨著政治經(jīng)濟(jì)形式的變化,引發(fā)數(shù)據(jù)中心故障的原因也有所變化,比如網(wǎng)絡(luò)安全和供應(yīng)鏈安全。
1.網(wǎng)絡(luò)安全已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心的潛在風(fēng)險
網(wǎng)絡(luò)攻擊具備檢測難、防護(hù)難、恢復(fù)難的特點,對數(shù)據(jù)中心的危害極大。過去,因為發(fā)生概率低,很多數(shù)據(jù)中心并沒有制定對應(yīng)的防范措施。當(dāng)前,數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)已經(jīng)演進(jìn)為復(fù)雜的智慧生命體,智能化這把雙刃劍,在提升可靠性和效率的同時,也帶來了網(wǎng)絡(luò)安全的威脅,對于數(shù)據(jù)中心,其設(shè)備端、通信網(wǎng)絡(luò)端、管理平臺端都存在被攻擊的可能性,不論是IT設(shè)施,還是機(jī)電設(shè)施,受到攻擊,都會影響數(shù)據(jù)中心上層業(yè)務(wù)的連續(xù)性。我們需要在數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域引入更多的網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、認(rèn)證,適時制定針對數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn),建設(shè)以網(wǎng)絡(luò)安全為底線的軟硬件一體化的防御體系,對抗網(wǎng)絡(luò)攻擊和威脅。
2.供應(yīng)鏈安全正成為數(shù)據(jù)中心關(guān)注的新焦點
習(xí)近平總書記在黨的二十大報告中指出,“著力提升產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈韌性和安全水平”。供應(yīng)鏈的韌性和安全水平反映企業(yè)抵抗風(fēng)險能力的大小,對企業(yè)經(jīng)濟(jì)體系運(yùn)行具有重要影響。針對產(chǎn)品的研發(fā)、采購、生產(chǎn)、供應(yīng),企業(yè)有必要采用多元化方案,避免獨(dú)家供應(yīng)或單一地區(qū)供應(yīng)帶來的風(fēng)險,保障產(chǎn)品的可供應(yīng)性。制造能力和運(yùn)輸能力也需要備份,確保突發(fā)事件下可啟用備份運(yùn)輸路線,保障物流運(yùn)輸業(yè)務(wù)的連續(xù)性。 近十年來,華為成功應(yīng)對了許多重大自然災(zāi)害、政治、經(jīng)濟(jì)、貿(mào)易、網(wǎng)絡(luò)病毒災(zāi)害等風(fēng)險事件,充分表明華為建立的供應(yīng)連續(xù)性管理體系和管理機(jī)制是完全有效的,能夠保障供應(yīng)連續(xù)性和產(chǎn)品以及客戶服務(wù)的及時交付。
四、結(jié)束語
對于數(shù)據(jù)中心來說,安全可靠是發(fā)展的前提,綠色低碳是可持續(xù)發(fā)展的保證,相信同行會一起努力、一起踐行,確保智能時代數(shù)據(jù)中心的高質(zhì)量建設(shè),高效率運(yùn)營。
