模块化在金融数据中心建设中的应用研究_数据中心

笔者就金融业数据中心机房建设中如何使用模块化理念和各类模块化机房新技术及产品在金融业机房建设中的应用等问题进行探讨，以期在新建、改造金融业数据中心机房时作为参考。

如今，在云计算和大数据应用促进下，银行数据中心建设迎来了一个新的建设高潮，面对如此巨大的市场，如何克服传统数据中心建设周期长、能效不高、架构复杂、灵活性和扩展性有限等种种弊端，合理利用集装箱式数据中心等新技术，构建高可靠、灵活扩展、高效的数据中心基础设施，是目前金融业普遍关注的问题。按照市场调研机构IDC数据中心趋势研究人员MichelleBailey的说法，“庞大的、整体的数据中心已经过时了”，而模块化的模式有望在未来5年内成为建造数据中心的“几乎默认的方法”。无论企业当前处于何种规模、哪个行业领域，都可以按照自己的需求定制模块化数据中心，并可伴随业务发展需求，逐步扩张数据中心规模，以应对更多IT需求。

一、金融业数据中心机房现在和问题

1．金融业数据中心分类

ICTresearch将中国金融领域数据中心按照面积划分为三类：小型数据中心、中型数据中心、大型数据中心。其中，小型数据中心主要指银行领域的分行、支行、营业网点机房等；保险行业的营业网点和省级数据中心；证券公司的营业网点和省级、地区级机房等。中型数据中心主要为小规模金融机构的总部或者大规模金融机构的地区性数据中心等。大型数据中心一般为金融机构的总部数据中心、灾备中心、后台中心等。

2．金融业数据中心机房建设中存在的问题

基于现有资料分析，商业银行主要是自主建设和管理数据中心。传统商业银行数据中心建设大多只注重安全性、可靠性，而对数据中心的能耗、环保及效率认识不足，或者没有对数据中心的节能、降耗和运营成本等进行综合考虑。传统银行业数据中心机房不绿色、不节能主要集中在以下两方面。

(1)过渡规划和生命周期成本问题

许多银行业机房面积、供电、制冷系统采用“一次到位”的方式进行设计，大型商业银行数据中心建筑面积动辄达十几万平方米，报装电力容量十几万KVA，最初装机运行时，设备的实际负载率仅为百分之几，五年预计负载率增加到设计容量的80％左右，而实际负载率只达到设计容量的30％左右，存在过渡规划和环境动力设备利用率低下问题。

(2)环境动力设施自身效率低下问题

传统银行业为了确保机房运行安全，普遍参照“电子信息系统机房设计规范(GB_50174_2008)”中A、B、C类机房进行建设，无论业务量大小、设备数量多少，基本按照行政区划或单一模式进行分类，按照统一标准进行机房规划和设计，造成机房建筑成本增加，机房使用率低下；同时采用常规意义下的可靠性较高的环境动力设备，但这些设备往往效率较低，对于传统的未刻意做节能设计的数据中心，整个供电系统的效率不足75％。

因此，金融业数据中心建设，既要使数据中心保持高可用性特点，高效地、安全地运营；又要使数据中心尽量降低能源消耗和运行成本，具备灵活的扩展能力，以应对多变的业务需求及未来的不确定因素。如何在“开源”与“节流”的平衡中把握好数据中心建设规划，需要开启一种全新的思维模式。模块化数据中心带来了全新的可管理性和效率，通过容量扩展可以满足传统数据中心的需求，因此模块化数据中心已经逐渐成为满足不断增长的业务需求的解决方案之一。

二、模块化数据中心定义和优势

1．模块化数据中心的定义

所谓模块化数据中心是指每个模块具有独立的功能、统一的输入输出接口，不同区域的模块可以互相备份，通过相关模块的排列组合形成一个完整的数据中心。模块化的形式有很多种，可以是设计方法和理念，也可以是产品。在模块化设计方法上，包括在空间布置上采用模块化设计，同时数据中心各功能系统上也采用模块化设计，在建造时可分模块、分楼层、分期建设。在产品形式上，数据中心模块化有几种形式：模块化产品、微模块(Micro Module)和集装箱式数据中心。其中，模块化产品以模块化UPS、模块化精密空调、模块化布线等为代表；微模块以机柜微环境为典型，指以若干机架为基本单位，包含制冷模块、供配电模块以及网络、布线、监控、消防在内的独立的运行单元，该模块全部组件可在工厂预制，并可灵活拆卸，快速组装；集装箱式数据中心可以认为是一种标准化的、工厂预制和预测试的大型模块化数据中心产品和解决方案。

2．模块化系统的优势

(1)模块化系统是可扩展的：模块化的基础设施可以根据当前的IT需求进行部署，并且能在以后根据需要添加更多组件。这将显著降低总拥有成本。

(2)模块化系统是可更改的：在系统中可通过模块的重新配置，为满足不断变化的IT需求提供极大的灵活性。

(3)模块化系统是可移植的：在安装、升级、重新配置或移动模块化时，独立组件、标准接口以及易于理解的结构既节省了时间又节约了资金。

(4)模块化组件是可替换的：发生故障的模块可以被很容易地换下，以便进行升级或修理，而且通常无需停止系统运行。

(5)模块化可提高故障修复的质量：模块的可移植和可插拔特性使得很多工作可以在工厂进行，既包括交货之前(如配电设备的预先布线)，也包括交货之后(如电源模块的修理)。从统计学角度上分析，同样的工作在工厂内完成相比在现场操作，在性能降低、降容使用和再故障率等方面要低得多，例如，与在现场修复的UPS电源模块相比，在工厂修复的模块在引起断电、发生新的故障或无法恢复到满负荷工作状态方面的概率要低上千倍。

(6)在能耗方面，模块化数据中心可以通过集中管理来控制能耗，并提高设备的利用率，由此减少资源消耗。同时，由于优化了冷热通道封闭机架内电源线与数据线缆路径、服务器部署安装、模块内气流组织等机构，模块化数据中心的PUE值也得到了极大的降低。

下面对典型的模块化产品进行介绍。

三、模块化UPS

由于UPS行业多逆变并联技术得到高速发展，技术手段克服了高频半桥逆变器的直流分量输出，大幅度提升了逆变器的并联数量，从而使模块化UPS获得了市场普及的机会。

模块化UPS有着在线扩容、提供冗余、在线维修维护等优势，能采用N+X并机模式获得冗余，可节约投资成本，节约维护成本，占地面积小，无论从哪种角度考虑，模块化UPS都比传统UPS更安全，有更好的性价比。模块化UPS结构如图1所示。

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四、一体化柜式机房解决方案（微模块机房）

微模块以机柜微环境为典型，以1个19寸标准机柜或若干机架为基本单位，包含制冷模块、供配电模块以及网络、布线、监控、消防在内的独立的运行单元，该模块全部组件可在工厂预制，并可灵活拆卸，快速组装。

微模块机房以“机柜就是数据中心机房”为理念，一体化柜式机房解决方案以机柜为基本单元，将供配电系统、散热系统、制冷系统、布线系统以及监控管理系统等各个管理单元制定独立的模块，集成到机柜平台之上，为信息平台建设提供了完整的基础架构解决方案。一体化柜式机房可满足lkVA～20kVA IT设备用电需要。

对于具有几个服务器或网络机柜的使用场合，可以将动力配电、模块化UPS、行级精密空调和监控系统、消防系统、漏水检测等整合为一体化机房产品。

一体化柜式机房具有防尘、节能、省空间、减噪、屏蔽电磁辐射、人工智能等优点。传统解决方案和一体化柜式机房解决方案比较如表1所示。

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五、集装箱式数据中心

1．定义

集装箱式数据中心是指将机架、制冷系统、配电柜、灭火系统、安防和监控，甚至UPS、发电机等数据中心基础设施部分或全部集成到一个标准货运集装箱(20英尺或40英尺)内，从而构建一个高度集成、多功能用途的数据中心。

2．集装箱式数据中心发展状况

2006年SUN公司在全球推出了第一个集装箱式数据中心——“黑盒(BlackBox)”，构建了一个高度集成可移动的数据中心，引起业内普遍关注。2008年之后，IBM、HP、Cisco、Oracle、Dell、SGI等国外厂商、华为、云立方、天地云箱、中金富捷、浪潮、中兴、世纪互联等国内厂商相继推出涵盖全部集装箱模块的整体解决方案；施耐德、艾默生推出了电源动力箱、制冷系统箱等专业产品。

2010年以来，微软的芝加哥数据中心(拥有150个集装箱)、Google在比利时的数据中心、Facebook位于俄勒冈的数据中心等都采用集装箱模块进行建设，2011年3月，一家总部位于美国凤凰城的IDC运营企业i／O Data Center，在新泽西州采用自产的集装箱式模块构建了世界上最大的模块化数据中心(超过8万平方米)。

由于集装箱式数据中心具有快速部署、运营成本低、支持滚动式扩容、应用范围广等特点，业界应用越来越多。

3．一体化(All—in—one式)集装箱

一体化集装箱即一个标准集装箱内集成所有的基础设施，如机架、配电柜、UPS、蓄电池、空调、消防、安防和监控系统，甚至包括备用发电机。一体化箱就是一个完整的风冷式的数据中心，用户只要将其接入市电，连通运营商的宽度网络，就可以投入使用。

一体化集装箱受空间尺寸限制，容量密度都不会太高(一般可以安装lO多台服务器机柜，放置l00kw左右服务器设备)，最突出的优势：一是“快”，从生产到安装调测完成，不超过8周时间；二是“简单”，运输、安装、维护过程简单可靠；三是高移动性，其为标准海运集装箱，适合野外勘探、军事演习等移动场景。

4．集群式集装箱

集群式集装箱即由不同的箱体形成制冷、供配电、设备安装等功能模块，进行灵活组合应用。

5．集装箱式数据中心模块组成

集装箱式数据中心其实是由不同的基础设施子系统组成的，这与传统的数据中心并没有本质上的区别，目前一个成规模的集装箱式数据中心可以由4种集装箱式设施模块组成。

(1)集装箱式IT设施模块。包括采用冷热通道布局的机柜系统、机柜配电、机房空调或机房空气处理单元(风机盘管)、用于采集机房温湿度和压力的数据传感器、照明和消防系统等。集装箱式IT设施模块通常采用ISO标准货柜，一个40英尺的普通集装箱能够提供800～1000U的机柜空间。以此计算每个集装箱的IT容量可以达到150kw～400kw，在使用刀片服务器时功率可能更高。

(2)集装箱式电源基础设施模块。包括市电和柴油发电机接入的开关柜、UPS系统、蓄电池组、配电柜以及为供电系统制冷的空调。

(3)集装箱式制冷基础设施模块。包括排热设备、热交换器、水泵和控制系统。集装箱式制冷模块多采用带自然冷却功能的风冷冷机，因为风冷冷机的尺寸和功率段比较适合用于集装箱装备和模块化部署，其能效也较优。

与风冷空调相比，采用风冷式冷水机组+水冷空调方式具有更高制冷效率，可以支持更高的机架功率密度，是比较理想的选择。

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