模塊化數(shù)據(jù)中心提供了快速的周轉(zhuǎn)和明確的項(xiàng)目成本。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心一樣，它們需要精心設(shè)計(jì)的電氣和冷卻系統(tǒng)。

當(dāng)數(shù)據(jù)中心業(yè)界的人們聽(tīng)到“模塊化數(shù)據(jù)中心”(MDC)這個(gè)術(shù)語(yǔ)時(shí)，其實(shí)每個(gè)人對(duì)于MDC的真正感覺(jué)印象都是不同的。MDC的采用已經(jīng)呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)：根據(jù)IDC的調(diào)研報(bào)告顯示，表示在過(guò)去18個(gè)月中，已經(jīng)對(duì)其數(shù)據(jù)中心進(jìn)行了重大改造的74%的受訪者，約有87%的受訪者表示，他們所在的數(shù)據(jù)中心部署了模塊化，預(yù)制或容器集裝箱式的數(shù)據(jù)中心組件。但這一現(xiàn)狀并沒(méi)有減輕數(shù)據(jù)中心行業(yè)的大多數(shù)人(無(wú)論其是關(guān)注于IT還是基礎(chǔ)設(shè)施)對(duì)于不同類型的模塊化數(shù)據(jù)中心缺乏一致性的理解。

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而相關(guān)作者們則更傾向于使用“靈活的基礎(chǔ)設(shè)施”這一術(shù)語(yǔ)，因?yàn)椴⒉皇撬械脑O(shè)施都是真正模塊化的，盡管起仍然提供了模塊化的許多優(yōu)勢(shì)。這些數(shù)據(jù)中心設(shè)施的形式有容器集裝箱式(位于室內(nèi)和室外)，工業(yè)化或預(yù)制的以及實(shí)體建筑。的確，如果其設(shè)計(jì)采用了與預(yù)制或容器集裝箱式數(shù)據(jù)中心相同的可擴(kuò)展性和靈活性的概念，那么，實(shí)體建筑數(shù)據(jù)中心可以被視為一處?kù)`活的設(shè)施。而在本文中，我們將關(guān)注三種主要類型的靈活設(shè)施：容器集裝箱式解決方案、工業(yè)化或預(yù)制數(shù)據(jù)中心、以及企業(yè)實(shí)體數(shù)據(jù)中心。

流行術(shù)語(yǔ)的解讀：明確的模塊化、可擴(kuò)展性和靈活性

關(guān)于MDC的采用，整個(gè)數(shù)據(jù)中心業(yè)界有著許多廣泛使用的流行術(shù)語(yǔ)，而這些流行術(shù)語(yǔ)都具有廣泛的定義。諸如模塊化、可擴(kuò)展性、垂直整合、靈活性、敏捷性、預(yù)制、可重復(fù)的質(zhì)量和快速部署營(yíng)銷手冊(cè)、行業(yè)出版物等等術(shù)語(yǔ)。我們先不提這些術(shù)語(yǔ)的使用其實(shí)是不準(zhǔn)確的，這些術(shù)語(yǔ)必須要附加到現(xiàn)實(shí)世界的產(chǎn)品和方法上，它們要如何能夠改進(jìn)數(shù)據(jù)中心的操作運(yùn)營(yíng)，并最終對(duì)企業(yè)的業(yè)務(wù)績(jī)效產(chǎn)生積極影響。作為如何實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的一個(gè)示例，請(qǐng)參考以下來(lái)自IDC的數(shù)據(jù)，相信有助于您理解MDC的采用日益激增的原因了：

• 從合同簽署到實(shí)際運(yùn)行的快速周轉(zhuǎn)，使企業(yè)客戶能夠在需要時(shí)快速擴(kuò)展計(jì)算解決方案。
• 更清楚地說(shuō)明項(xiàng)目成本，使企業(yè)客戶們能夠更好地控制預(yù)算，并對(duì)相關(guān)投資回報(bào)進(jìn)行估計(jì)
• 能夠在世界上的任何地方快速部署該解決方案，無(wú)論企業(yè)客戶是需要在其現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心建筑還是在遠(yuǎn)程的位置添加額外的數(shù)據(jù)中心容量。例如，支持冗余或衛(wèi)星定位。
• 在這些情況下，模塊化、可擴(kuò)展性和靈活性的理念變得更加具體。

靈活設(shè)施的基礎(chǔ)

當(dāng)容器集裝箱式數(shù)據(jù)中心開(kāi)始獲得更大的可視化，并開(kāi)始在更多主流業(yè)務(wù)應(yīng)用中使用時(shí)，設(shè)計(jì)和工程的進(jìn)步使得IT和設(shè)施的緊密集成(包括物理位置和操作方法)成為了可能。不必使用為企業(yè)數(shù)據(jù)中心創(chuàng)建的組件，并將其安裝到更小的空間中，今天的靈活設(shè)施使用工廠組裝和測(cè)試IT，電源和專為該類型的機(jī)箱設(shè)計(jì)的冷卻組件，具有不同的設(shè)計(jì)。

關(guān)于靈活的數(shù)據(jù)中心設(shè)施，有一個(gè)重要的基礎(chǔ)性信念：設(shè)施圍繞著IT建造vs.IT圍繞著設(shè)施設(shè)計(jì)，后者是數(shù)據(jù)中心行業(yè)的典型模型。動(dòng)態(tài)IT操作需要一套能夠響應(yīng)和適應(yīng)不斷變化的需求，而同時(shí)又不會(huì)對(duì)成本和停機(jī)中斷帶來(lái)顯著影響的設(shè)施(見(jiàn)上圖1)。此外，其所具備的動(dòng)態(tài)縱向擴(kuò)展和縮短上市時(shí)間的能力為IT操作提供了重要的優(yōu)勢(shì)。這種縱向擴(kuò)展(或橫向擴(kuò)展)不僅通過(guò)設(shè)施的模塊化得以實(shí)現(xiàn)，而且更重要的是，實(shí)現(xiàn)了IT設(shè)備安裝和設(shè)施設(shè)計(jì)的緊密集成。

關(guān)于靈活的數(shù)據(jù)中心設(shè)施的其他重要的，但卻并非廣為人知的方面與制造和現(xiàn)場(chǎng)施工工作流有關(guān)。通過(guò)重新分配現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)力，并將這些勞動(dòng)力集中于機(jī)械和電氣模塊的預(yù)制來(lái)獲得效率增益。在這個(gè)模型中，供應(yīng)鏈管理成為確保準(zhǔn)時(shí)交付和安裝的主要活動(dòng)之一。

什么是靈活的數(shù)據(jù)中心設(shè)施

在短時(shí)間內(nèi)以顯著更低的成本實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心，并且該數(shù)據(jù)中心永遠(yuǎn)都不會(huì)過(guò)時(shí)的概念看起來(lái)像是一個(gè)幻想，但靈活的設(shè)施仍然是設(shè)施，必須遵循傳統(tǒng)的流程 ，遵守?cái)?shù)據(jù)中心選址當(dāng)?shù)氐慕ㄖㄒ?guī)的監(jiān)管。那種認(rèn)為靈活的設(shè)施能夠被簡(jiǎn)單地放置、插入，然后就可以讓IT操作人員馬上開(kāi)始操作運(yùn)營(yíng)的信念是根本不可能的。當(dāng)然，在數(shù)據(jù)中心現(xiàn)場(chǎng)正在準(zhǔn)備的同時(shí)，制造相關(guān)的設(shè)施(或設(shè)施的部分)，滿足數(shù)據(jù)中心選址當(dāng)?shù)氐墓茌牂C(jī)構(gòu)相關(guān)監(jiān)管要求，并在與當(dāng)?shù)仉娏竞献鞯那闆r下，將有助于節(jié)省原本計(jì)劃中的相當(dāng)多的時(shí)間。

但是電力資源和水資源都將以相同的方式消耗，而不管數(shù)據(jù)中心是何種類型，靈活的設(shè)施或傳統(tǒng)的實(shí)體企業(yè)數(shù)據(jù)中心。此外，除非新的靈活設(shè)施能夠緊密連接到現(xiàn)有設(shè)施，否則必須安裝大量地下管道和冷卻水管道。最有可能需要的是站點(diǎn)訪問(wèn)、道路、停車場(chǎng)、保留水池、下水道和其他元素。當(dāng)然，每個(gè)項(xiàng)目都有其不同的要求，但該想法理念是，除了靈活的設(shè)施本身之外，還需要更多。由于許多這些數(shù)據(jù)中心都部署在遠(yuǎn)程位置，因此必須有本地運(yùn)營(yíng)和維護(hù)團(tuán)隊(duì)來(lái)提供定期實(shí)施維護(hù)，并快速響應(yīng)故障呼叫是必不可少的。

***，靈活的數(shù)據(jù)中心設(shè)施中***的創(chuàng)新領(lǐng)域之一是冷卻和IT系統(tǒng)的集成控制和操作。根據(jù)數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)，冷卻設(shè)備將與IT設(shè)備緊密耦合，并且將對(duì)IT設(shè)備的功率狀態(tài)的變化做出更快的反應(yīng)，從而降低冷卻系統(tǒng)的總體能量消耗。雖然此描述對(duì)于實(shí)際操作策略有些過(guò)度簡(jiǎn)化，但它說(shuō)明了當(dāng)數(shù)據(jù)中心設(shè)施轉(zhuǎn)交給數(shù)據(jù)中心業(yè)主之前必須了解的一個(gè)領(lǐng)域：IT和冷卻系統(tǒng)的復(fù)雜控制策略和物理緊密耦合需要額外的偶然事件，以避免在設(shè)備故障的情況下發(fā)生熱過(guò)載。并發(fā)可維護(hù)性或容錯(cuò)的故障概念在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心時(shí)肯定不是新的。但在提供高度優(yōu)化(包括空間)的靈活設(shè)施領(lǐng)域中，則必須探索額外的故障情況。

冷卻系統(tǒng)的模塊化和靈活性

不同的靈活設(shè)施類型可以安裝不同類型的冷卻系統(tǒng)。而數(shù)據(jù)中心最終所選擇的類型則取決于許多因素，包括：設(shè)施類型、數(shù)據(jù)中心業(yè)主對(duì)設(shè)施的熟悉程度、數(shù)據(jù)中心的地理位置、***成本、持續(xù)的能量和維護(hù)成本、可靠性和可維護(hù)性。

容器集裝箱式解決方案：例如，容器集裝箱式數(shù)據(jù)中心可以使用直接蒸發(fā)(DX)冷卻、具備DX冷卻的室外空氣節(jié)約器、直接蒸發(fā)冷卻(具備或不具備DX冷卻均可)，用于水冷計(jì)算機(jī)的冷卻水等。除了任何冷卻水源之外，這些冷卻解決方案與容器本身是一體的。如果使用冷凍水的解決方案，則需要更多的外部設(shè)備。為了使設(shè)施盡可能模塊化，可以使用與數(shù)據(jù)中心相同的方法來(lái)設(shè)計(jì)、制造和安裝外部設(shè)備。因此，需要一定量的決策來(lái)確定容器集裝箱化數(shù)據(jù)中心的最終配置。根據(jù)規(guī)模和可靠性水平的不同，這些類型的設(shè)施將從400 kW到2 MW不等。

工業(yè)化或預(yù)制的數(shù)據(jù)中心：這種類型的設(shè)施在選擇冷卻系統(tǒng)時(shí)提供了更大的自由度。通常，這些設(shè)施將具有室外定位的空氣處理單元，其直接使用室外空氣的節(jié)約、直接蒸發(fā)或間接蒸發(fā)冷卻。在某些地理位置，不需要機(jī)械冷卻，特別是使用高架服務(wù)器的入口溫度。這種類型的設(shè)施更類似于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建筑，并且為不包括在容器中的房間(例如控制和指揮中心，存儲(chǔ)和設(shè)備裝載區(qū))使用更多的物理空間。模塊較大，但在與容器相同的范圍內(nèi)，并且可以擴(kuò)展，直到占地面積和電功率耗盡。

企業(yè)實(shí)體數(shù)據(jù)中心：雖然在MDC領(lǐng)域通常沒(méi)有被考慮，但大型企業(yè)數(shù)據(jù)中心可以提供與其他類型的靈活設(shè)施類似的靈活性和可靠性。較之預(yù)制或集裝箱化的數(shù)據(jù)中心，選擇這種類型的設(shè)施的原因有很多，而如果經(jīng)過(guò)恰當(dāng)?shù)囊?guī)劃，設(shè)施可以動(dòng)態(tài)地適應(yīng)IT系統(tǒng)，并且可以在不對(duì)IT操作造成威脅的情況下完成未來(lái)的擴(kuò)展。這些設(shè)施可以是任何規(guī)模尺寸，并且模塊尺寸通常對(duì)應(yīng)于電力和冷卻設(shè)備的尺寸和業(yè)務(wù)需求。中央工廠設(shè)備也可以使用模塊化方法設(shè)計(jì)，以便于將來(lái)的擴(kuò)展和重新配置。

一款靈活的設(shè)施如何提供效率?

這個(gè)問(wèn)題可以從許多方面回答。有觀點(diǎn)認(rèn)為，隨著IT戰(zhàn)略和硬件的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)中心空間本身可以重塑或重新定位。也有其它的觀點(diǎn)聲明了在采購(gòu)和施工過(guò)程中，使用預(yù)制技術(shù)和原型的有效性。當(dāng)然，這些原因以及許多其他原因?yàn)閿?shù)據(jù)中心業(yè)主們提供了選擇和可延展性，以確保實(shí)現(xiàn)***的數(shù)據(jù)中心設(shè)施。

最能體現(xiàn)一處模塊化數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)是靈活設(shè)施的優(yōu)點(diǎn)的便是其冷卻系統(tǒng)。大多數(shù)大型商用冷卻系統(tǒng)的固有特點(diǎn)是，它們通常是使用模塊化方法來(lái)設(shè)計(jì)和構(gòu)建的。挑戰(zhàn)總是關(guān)于決定一個(gè)具有成本效益，能源效率并且可以輕松擴(kuò)展的邏輯模塊或塊。這通常是說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難。但是這種決策過(guò)程對(duì)于數(shù)據(jù)中心更容易，因?yàn)槔鋮s負(fù)載(IT設(shè)備)是預(yù)先確定的，并且對(duì)于設(shè)備將如何操作，以及具體的冷卻負(fù)載將是什么是有了解的。

一般來(lái)說(shuō)，用于靈活設(shè)施的冷卻系統(tǒng)將具有與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心相同的結(jié)構(gòu)，但是將是在與數(shù)據(jù)大廳一一對(duì)應(yīng)的、清晰的分立模塊中(參見(jiàn)上圖2)。這一理念適用于所有類型的冷卻策略(直接蒸發(fā)、直接室外空氣、冷凍水、蒸發(fā)冷卻等)，并且在知道具體擴(kuò)張計(jì)劃開(kāi)始建設(shè)之前，允許更多的資本支出。

除了首要成本和可施工性的優(yōu)點(diǎn)之外，靈活的設(shè)施由于其模塊化的性質(zhì)，可以帶來(lái)獨(dú)特的能源利用效率方面的好處。為了說(shuō)明這個(gè)例子，我們使用一個(gè)簡(jiǎn)單的能量模型來(lái)確定服務(wù)于數(shù)據(jù)中心的空氣處理單元中的風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)的累積能量使用情況。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的模型在N + 1配置中使用較大的空氣處理單元，總共三個(gè)。靈活的設(shè)施模型使用所有相同的參數(shù)，除了使用更小、更模塊化的空氣處理單元——總共五個(gè)N + 1配置。為了滿足N + 1要求，較大的空氣處理單元需要較高的風(fēng)扇功率，因?yàn)? N要大于靈活的設(shè)施示例中的N。該分析模擬了4年時(shí)間段內(nèi)的情況，***年為25%，第二年為50%，第三年為75%和第四年為100%。

結(jié)果表明，使用靈活設(shè)施的方法將風(fēng)扇功率降低30%至50%，取決于研究所持續(xù)的時(shí)間。這種分析雖然非常簡(jiǎn)單，但其證明了通過(guò)調(diào)整基于IT設(shè)備的設(shè)備和系統(tǒng)來(lái)減少能源使用，并可能改進(jìn)維護(hù)和操作的可能性，減少可能的過(guò)度配置和低效率(見(jiàn)上圖3)。

下一步是什么?

鑒于對(duì)MDC需求的增加，靈活的設(shè)施將進(jìn)一步發(fā)展和成熟。物聯(lián)網(wǎng)的興起，意味著在我們的日常生活中所使用的越來(lái)越多的事物(手表，冰箱，安全系統(tǒng)和其他我們甚至沒(méi)有想到的東西)都將連接到互聯(lián)網(wǎng)，不斷上傳和下載數(shù)據(jù)，訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)集，這將推動(dòng)更快速、低成本的數(shù)據(jù)中心的部署。使用靈活的設(shè)施肯定會(huì)成為這一擴(kuò)展戰(zhàn)略的一個(gè)組成部分，以便為企業(yè)組織提供必要的靈活性，進(jìn)而建立強(qiáng)大的、基于互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品和服務(wù)。

電氣模塊化組件

與冷卻一樣，模塊化或容器集裝箱化的數(shù)據(jù)中心的電源組件可從電力角度分解成幾個(gè)可能的組件。這些組件包括數(shù)據(jù)設(shè)備、機(jī)械冷卻、主電源分配設(shè)備和備用電源。

數(shù)據(jù)容器通常由數(shù)據(jù)設(shè)備和配電板的機(jī)架組成，也可以包括本地UPS、冷卻單元、火災(zāi)探測(cè)或抑制、以及照明(見(jiàn)上圖4)。

機(jī)械冷卻系統(tǒng)也可以位于其自己的模塊化容器外部或直接附接到數(shù)據(jù)容器。這可能需要對(duì)這些機(jī)械系統(tǒng)單獨(dú)供應(yīng)電力，或者它們可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求和層級(jí)別從相同的電源供應(yīng)到容器系統(tǒng)。

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主要的現(xiàn)場(chǎng)電力設(shè)備，如主開(kāi)關(guān)柜，可以通過(guò)多種方式指定和配置，以便為模塊化的數(shù)據(jù)中心形式提供電源。一種可能的配置是一個(gè)簡(jiǎn)單的戶外額定外殼，其可能是也可能不是一個(gè)步入式機(jī)柜(walk-in type)。這些類型的戶外設(shè)備在許多類型的項(xiàng)目中是常見(jiàn)的，從數(shù)據(jù)中心到工業(yè)園區(qū)(見(jiàn)上圖5)。

或者，可以在類似于數(shù)據(jù)設(shè)備的容器中提供配電設(shè)備。這種方法的好處包括單源質(zhì)量控制和與其他組件的集成(見(jiàn)下圖6)。

備用電源可以包括備用發(fā)電機(jī)、UPS、旋轉(zhuǎn)或其他系統(tǒng)源。由于其嚴(yán)格的公差要求和環(huán)境條件，UPS非常適合放置在集成式冷卻的集裝箱或模塊化單元中。戶外發(fā)電機(jī)外殼通常應(yīng)用于許多項(xiàng)目，并且可以包括步入式和非步入式外殼。與配電板一樣，發(fā)電機(jī)可以配備集裝箱式機(jī)箱，并作為單一來(lái)源供應(yīng)商的模塊化數(shù)據(jù)中心解決方案的一部分進(jìn)行集成。

通常，中央電力系統(tǒng)，包括配電板、UPS，可以提前指定，且位于預(yù)生產(chǎn)的實(shí)體建筑或無(wú)墻的數(shù)據(jù)中心，而數(shù)據(jù)中心容器位于外面或部分位于該實(shí)體結(jié)構(gòu)內(nèi)并非罕見(jiàn)。這種混合的方法通過(guò)使用數(shù)據(jù)容器，為維護(hù)和運(yùn)營(yíng)的工作人員提供了一個(gè)更傳統(tǒng)的中央建筑(而不是使用數(shù)據(jù)中心建筑)。

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電源配置

與常規(guī)數(shù)據(jù)中心一樣，用于模塊化數(shù)據(jù)中心的電氣系統(tǒng)可以圍繞各種電壓電平設(shè)計(jì)，包括120 / 208、480 / 277和400V。另一種相似性是，模塊化容器可以被配置或指定為符合整體系統(tǒng)層級(jí)。規(guī)定層級(jí)評(píng)定的Uptime Institute為電氣基礎(chǔ)設(shè)施拓?fù)涠x了四種類型的層級(jí)(層級(jí)I，II，III和IV)。這些層為專用基礎(chǔ)架構(gòu)、冗余組件、并發(fā)可維護(hù)性和故障容差定義了性能輸出。在實(shí)際的數(shù)據(jù)模塊或容器中，這往往歸結(jié)于是否向機(jī)架提供冗余A / B供電和內(nèi)部分配的決定。

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在外部，數(shù)據(jù)容器的電源連接可以采取幾種形式。使用傳統(tǒng)的導(dǎo)管、電纜和斷開(kāi)裝置的硬連線連接類似于封裝的空氣處理器連接?；蛘?，模塊化容器可以使用更靈活的插塞式連接(參見(jiàn)上圖7)。

大多數(shù)數(shù)據(jù)模塊的主要電源差異是使用集裝箱式數(shù)據(jù)中心方法時(shí)可用的***功率。通常，單個(gè)集裝箱化數(shù)據(jù)模塊對(duì)于數(shù)據(jù)處理設(shè)備將具有大約1MW的功率限制。基于客戶的計(jì)算需求，這個(gè)1 MW的限制將推動(dòng)所需的單個(gè)容器的數(shù)量。此限制不適用于其他類型的模塊化的靈活的數(shù)據(jù)中心。

接地和防雷

模塊化數(shù)據(jù)容器需要的接地要求類似于任何數(shù)據(jù)中心。每個(gè)容器將帶有內(nèi)部接地系統(tǒng)到機(jī)架和容器內(nèi)的組件。然而，工程師將需要為支持各種模塊化數(shù)據(jù)中心容器和電源系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)(見(jiàn)上圖8)。這通常將導(dǎo)致使用地下環(huán)和接地棒的接地網(wǎng)，所述接地棒將所有容器和系統(tǒng)互連到一個(gè)低阻抗的系統(tǒng)中。

除了這種接地系統(tǒng)，通常還要設(shè)計(jì)防雷系統(tǒng)，將空氣終端放置在數(shù)據(jù)中心現(xiàn)場(chǎng)的集裝箱、模塊化結(jié)構(gòu)、發(fā)電機(jī)和其他設(shè)備的頂部。