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模块化在数据中心建设中工程化落地的实现

2014-03-13 11:02:46   作者:   来源:网界网   评论:0  点击:


  设备本身由模块化部件组成,例如500kW SYPX UPS 由20个25kW电源模块组成 。数据中心的很多设备已经逐渐实现模块化,如服务器、存储、网络设备等都实现了模块化,不过,这并不代表数据中心就是模块化架构的。

  数据中心的功能块(子系统)如UPS、机房空调和冷水机组等,可作为一个整体单元部署,也可作为多个设备(模块)部署,这些设备同时运行并分担负载。例如,要满足1MW UPS需求,可以使用1个1 MW UPS,也可使用4个250 kW UPS,或10个100 kW UPS,甚至1000个1 kW UPS。

  子系统模块化普遍存在于大型数据中心是因为PDU和CRAC等子系统通常都是由多个设备单元组成的。

  高容错性、易并行维护和易搬运是推动子系统模块化的三大要素。容错性,是指当某个模块发生故障时,子系统仍能运行且对负载无影响。并行维护,是指在不影响负载的情况下,对一个模块进行离线测试或维修。数据中心设施中移动设备得益于模块化,特别是当某个模块较小,能够通过客梯搬运、由卡车运输,并能顺利通过门廊。当设备需要在室内地板上移动时,易搬运特性更为重要。这些因素促使数据中心设计从庞大的单一子系统,向由多个模块构成的子系统转变。

  尽管对数据中心的许多设备类型来说子系统模块化很普遍,但这些子系统使用的很多设备并未实现理想的模块化“即插即用”式的安装。例如,在数据中心添加一个60kW 机房空调设备,仍需要开展大量的规划、设计、管道铺设、控制编程和试运行工作。这些产品的供应商将继续致力于改进产品,简化流程,以实现子系统“即插即用”式模块化架构的优势。

  和设备模块化一样,子系统模块化通常是模块化数据中心设计的重要元素,但只是子系统模块化并不意味着数据中心采用模块化架构。真正的模块化架构中,设计方案还必须定义不同子系统通过何种方式部署在一起。

  模块化层次体系

  随着数据中心建设的规模和涵盖内容不断扩大,其复杂性日益加剧,在定义模块化架构时,仅关注模块化、设备、子系统这三个方面是不够的,我们还必须说明将它们应用在架构的哪个层次。为了清晰地说明数据中心单元,我们定义了如图2所示的标准层次结构,不同模块化子系统可以部署在不同层次 。

  图2 各个模块化子系统的层次结构

  模块化关联

  我们定义了模块化类型和模块化层次体系,那么不同的模块在系统在不同的层次是如何组成有机的整体的,就需要定义模块化关联。一般来说,关联有两种:

  一是成套打包关联,即不同子系统的设备成套安装在一起,必须作为一个整体部署。例如,一个 IT Pod 模块(或集装箱)包含固定数量的机柜、空气处理单元、列头柜、以及环境监控设备,作为一个整体。

  另一种是基于规则的关联,即明确所允许的模块组合方式,例如每三个UPS 模块需配置一套发电机模块。

  理论上说,数据中心由多个相同的微型数据中心构成的架构是一种最纯粹的模块化架构,每个微型数据中心包括所需的一切要素,但这种理论上的最优在现实世界里不可行,关联通常会很复杂。

  在进行模块化关联时通常要注意遵循以下几点经验:

  · 每个模块都按照微型数据中心的容量做不现实。

  · 有些子系统在大容量上实施更加经济。

  · 在一组模块的基础上实现冗余比每个模块实现冗余要更经济。

  · 每个单独微型数据中心里的容量容易被浪费。

  · 模块的选择应尽可能小以达到灵活性,但有些设备在小容量规模下运行效率极其低下,如发电机。

  尽管让所有子系统集成为完整独立的数据中心模块是不太现实的作法,模块化数据中心架构必然存在某种方式将子系统进行分组,以便能够合理一致地部署子系统。先以设备机柜和机柜配电条的部署为例,两种设备可以按1:1比例部署。再以配电柜和机柜的部署为例,可以定义一条规则,即1个配电柜 支持20个机柜,继而继续定义集成关系,1个发电机支持500个机柜,1个机房空调单元支持40个机柜,以及1个数据采集系统支持200个机柜等。我们将这些部署规则称为各子系统间的模块关联。这些关联可以是简单的部署规则,也可由预先规划和生产的台架、集装箱或安装“工具包”实施。

  在传统数据中心设计中,关联关系模糊地包含在用以确定数据中心总容量,如冷水机组总容量、占地面积(建筑面积)、机房空调容量等整体设计中。现实中,我们往往一开始就制订完整的设计方案,数据中心通常不采用任何模块化架构,而是会按照最大设计参数建设。同时,在数据中心的早期运行阶段,为延迟投资,常常会忽略某些设备。例如,为5个柴油发电机组设计、采用 N+1配置的系统,可能部署了适用于5个柴油发电机组的开关设备、基础设施和台架,但在开始时仅安装3个柴油发电机组。可以说此数据中心发电机组子系统采用了模块化,获得了部分模块化优势,但因为各子系统间不具备任何正式关联,所以并非模块化数据中心架构。

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