為部署下一代高效數(shù)據(jù)中心加速：密度規(guī)劃有了新辦法

常用的辦法為提前規(guī)劃電源和制冷基礎(chǔ)設(shè)施，以便支持預(yù)先定義的功率密度。這樣做好處是，預(yù)先安裝設(shè)備可 確保在以后進(jìn)行 IT 部署時(shí)，不需要在已運(yùn)行的數(shù)據(jù)中心中再做主干電源的部署。但是，這個(gè)方法還存在多個(gè)不利的影響，包括：

當(dāng)以后的 IT 密度超過電源和制冷基礎(chǔ)設(shè)施的密度時(shí)，更改或進(jìn)行重新部署是很困難的

當(dāng)以后的 IT 密度低于電源和制冷基礎(chǔ)設(shè)施密度時(shí)，必然會(huì)造成主要基礎(chǔ)設(shè)施投資的浪費(fèi)

基礎(chǔ)設(shè)施從來沒有擴(kuò)展，或由于某些規(guī)定或其他商業(yè)問題而導(dǎo)致在另一個(gè)位置進(jìn)行了擴(kuò)展，因此造成主要基礎(chǔ)設(shè)施投資的浪費(fèi)

近期內(nèi)數(shù)據(jù)中心的負(fù)載遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電源和制冷基礎(chǔ)設(shè)施的額定容量，導(dǎo)致電氣效率的顯著降低和不必要的大量電費(fèi)花費(fèi)

提前安裝目前不需要的電源和制冷基礎(chǔ)設(shè)施，造成不必要的設(shè)備資金支出和維護(hù)合同成本

有效的密度指定模式可以通過將電源和制冷基礎(chǔ)設(shè)施定制為模塊化的大小可調(diào)的設(shè)計(jì)和實(shí)施方法來避免以上這 些問題。實(shí)施這種架構(gòu)時(shí)要求預(yù)先安裝主供電配電線路，如行或區(qū)域范圍內(nèi)使用的電源設(shè)備和制冷設(shè)備。昂貴 的電源和制冷基礎(chǔ)設(shè)施的安裝則需要延后，如 UPS 系統(tǒng)、PDU、機(jī)架、行內(nèi)的配電設(shè)備、空調(diào)及空氣分配設(shè)備。區(qū)域或行內(nèi)支持的具體密度將在延期后具體部署時(shí)確定，并且電源和制冷基礎(chǔ)設(shè)施將按行部署或以行為基 礎(chǔ)來部署。APC InfraStruXure 系統(tǒng)是此類結(jié)構(gòu)的實(shí)際示例。

這個(gè)討論引出了建議密度規(guī)范方法的另一個(gè)主要因素：需要在將來部署的數(shù)據(jù)中心行或區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，應(yīng) 充分考慮在最壞情況下的最大密度值，并要求主要的電線和管線應(yīng)當(dāng)預(yù)先安裝并支持此密度；但是對(duì)這些行 的實(shí)際電源和制冷設(shè)備的選擇應(yīng)當(dāng)延后到確定了部署密度和規(guī)劃之后再進(jìn)行。這樣，電源和制冷設(shè)施的主要 成本將控制在實(shí)際應(yīng)用的合理范圍內(nèi)，并且在需要的位置和時(shí)間進(jìn)行部署。這樣就可以大大減少資金投入和操 作成本，建造更具有能源效率的數(shù)據(jù)中心。

模式

現(xiàn)在可以建構(gòu)一種功率密度規(guī)范模式來滿足前面所述的要求，并解決實(shí)際操作中的約束和限制問題。

該模式包含下列關(guān)鍵因素：創(chuàng)建的數(shù)據(jù)中心物理布局以成行的機(jī)架或機(jī)柜為基礎(chǔ)

對(duì)于每一行，要求達(dá)到表 1 所示的數(shù)據(jù)

表 1 — 機(jī)架范圍內(nèi)要求的數(shù)據(jù)

對(duì)于要在以后部署的行，應(yīng)當(dāng)指定最有可能出現(xiàn)的平均和最高機(jī)架功率，在實(shí)際部署之前降低這些值只會(huì)對(duì)規(guī)模過大的主要電源布線和管線系統(tǒng)產(chǎn)生非常小的影響

從上述信息中，可以計(jì)算出表 2 所示的數(shù)據(jù)

表 2 — 計(jì)算得到的密度數(shù)據(jù)

使用這個(gè)方法來定義密度的最復(fù)雜的問題就是機(jī)架位置的確定，這是部署電源和制冷基礎(chǔ)設(shè)施必須要解決的問題，如不確定則會(huì)產(chǎn)生 IT 設(shè)備無法使用的情況。1 個(gè)機(jī)架位置被電源和制冷基礎(chǔ)設(shè)施所占用，合理的密度估 算參考值為每個(gè) IT 負(fù)載 15 kW。根據(jù)從現(xiàn)有的 1N 和 2N 數(shù)據(jù)中心安裝中得到的經(jīng)驗(yàn)，這個(gè)參考值的得出包括了電源和制冷設(shè)備和相應(yīng)的空間要求。精確值將取決于選擇的電源和制冷基礎(chǔ)設(shè)施、機(jī)房限制和系統(tǒng)供應(yīng)商提供的指導(dǎo)原則。以 APC InfraStruXure 數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)為例，可以使用 APC 提供的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具，對(duì)每個(gè)房間設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算。

使用操作指南

使用已說明的模式來指定密度規(guī)范并不能保證得到最佳的機(jī)房設(shè)計(jì)。用戶對(duì)機(jī)房布局的選擇、對(duì)機(jī)房本身的設(shè)計(jì)以及用戶對(duì)密度要求的估計(jì)都可能影響最終安裝的效果。但是，使用這種模式可得到很多的好處，包括：

和其他一般用過的規(guī)范方法相比，它可提供更完全和更精確的數(shù)據(jù)中心密度說明

按照此規(guī)范建造數(shù)據(jù)中心具有更多可預(yù)見的性能

該模式非常具體，因而各種成本（包括資金投入和操作成本）都可以快速估算，進(jìn)而可以加快設(shè)計(jì)周期并對(duì)替換情況進(jìn)行分析

支持調(diào)整數(shù)據(jù)中心部署規(guī)模的模塊化系統(tǒng)，由此可顯著提高電氣效率并降低 TCO 。

對(duì)于所說明的密度規(guī)范方法的實(shí)際應(yīng)用還包括：

比較替換數(shù)據(jù)中心地點(diǎn)或機(jī)房位置的 TCO

估算在規(guī)劃中或現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心中增加密度的成本

提供可讓 IT 用戶易于理解的可清楚確定密度預(yù)期要求的規(guī)范，以便 IT 用戶、數(shù)據(jù)中心操作員以及數(shù)據(jù)中心供應(yīng)商可以確定相同的預(yù)期要求

在計(jì)算機(jī)輔助數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)工具中實(shí)施密度規(guī)范方法可以加速自動(dòng)化規(guī)范和設(shè)計(jì)的流程。

數(shù)據(jù)中心規(guī)范示例

下面以示例說明如何使用規(guī)范模式來設(shè)計(jì)實(shí)際的數(shù)據(jù)中心。在這個(gè)示例中，首先必須提供一個(gè)機(jī)房，必須在機(jī) 房中確定所有 UPS、配電和冷卻系統(tǒng)的位，由于凈空限制，沒有高架地板。將要部署的各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括刀片式服務(wù)器、機(jī)架安裝式服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。將刀片式服務(wù)器放置在一起，不要分散擺放。根據(jù)估算，當(dāng)前的要求是填滿機(jī)房空間的一半。機(jī)房保留的剩余空間的部署密度將超過目前部署密度的 20%，其容 量至少可以支持 3 個(gè)刀片式服務(wù)器機(jī)架，據(jù)估測(cè)每個(gè)機(jī)架的功率為 25 kW?？捎眯砸笾饕槍?duì)非冗余電源 和制冷系統(tǒng)。

圖3 顯示機(jī)房的大致輪廓，其中包含建議的機(jī)架布局，整個(gè)機(jī)房共有 41 個(gè)機(jī)架位置。根據(jù)說明，第 1、2 和3 行將會(huì)立即完成部署，而第 4、5、6 和 7 行將在以后進(jìn)行部署。對(duì)目前規(guī)劃的部署進(jìn)行審視可以指定行中 諸如電力設(shè)備等的位置以減少行內(nèi)的峰值/均值比，并分配位置以便按照要求在第 2 行將刀片式服務(wù)器擺放在 一起。第 1、2、3 行機(jī)架范圍的規(guī)范已經(jīng)寫入表 4。

圖 3 — 建議的數(shù)據(jù)中心平面圖布局，含建議的機(jī)架布局
（APC InfraStruXure Build-Out Tool 軟件中的圖像）

表 4 — 建議的數(shù)據(jù)中心行密度數(shù)據(jù)

從這些信息可以計(jì)算出第一次部署的平均密度為，每機(jī)架 (2×7+ 5×7+ 3×7) / 21 = 3.3 kW。如果其他行的規(guī)劃密度超出 20%（尚未指定這些行的詳細(xì)部署），則可計(jì)算出整體數(shù)據(jù)中心平均密度為，每機(jī)架 (2×7+ 5×7+3×7+ 4×5+ 4×5 + 4×5+ 4×5) / 41 = 3.7 kW。給以后未定的行指定較高的峰值密度 15 kW，將在以后對(duì)這些行 進(jìn)行設(shè)計(jì)和變更時(shí)享受極大的靈活性。表 4 說明第 4、5、6 和 7 行的未來規(guī)范。在以后的行中應(yīng)用較高峰值 的唯一結(jié)果是限制主要制冷和電源設(shè)備的規(guī)模。

使用圖 1 對(duì)電源和制冷設(shè)備最后占用空間的首次估算為，機(jī)架密度為 3.7 kW 時(shí)保留 30%，相當(dāng)于 13 個(gè)機(jī)架（30% × 41 機(jī)架）。從這一點(diǎn)來看，根據(jù)密度規(guī)范，最終可用的 IT 機(jī)架為 70%，即 28 個(gè)機(jī)架。

建議的服務(wù)器的密度規(guī)范在表 4 中表述，表 5 顯示了計(jì)算值。

表 5 — 建議的數(shù)據(jù)中心機(jī)房范圍計(jì)算值

接下來的步驟是根據(jù)設(shè)備和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性質(zhì)，建立電源和制冷設(shè)備的實(shí)際位置。這個(gè)過程由具體設(shè)備的復(fù)雜算 法模式、優(yōu)化規(guī)則和客戶的偏好習(xí)慣而定。針對(duì)不同的電源和制冷設(shè)備供應(yīng)商，這個(gè)過程也各不相同，因此這 里不再詳述。理想狀況下，在最初的部署中，只設(shè)計(jì)必需的電源和制冷設(shè)備，但在實(shí)際安裝中卻需要包含和實(shí) 施在將來規(guī)劃的電源和制冷設(shè)備，以部分滿足指定的將來部署規(guī)劃。例如，在部署的第一階段確保主要電源布 線和冷卻管線已預(yù)裝在將來的機(jī)架中。請(qǐng)注意，盡管目前為以后的行指定了機(jī)架密度的平均值和峰值，但是這 些值可以在將來實(shí)際進(jìn)行部署之前隨時(shí)更改，只要整個(gè)區(qū)域的總功率不超過目前規(guī)劃的值。