云计算火了,新时代数据中心
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如何迎接新时代数据中心设施运维的新挑战?,新时代数据中心

新时代的数据中心

数据中心在国内兴起只有10多年的时间,但明显经历了几个阶段:第一阶段(-2005)是普通机房阶段,有UPS供电,有空调制冷,放上IT设备就算一个数据中心了;第二阶段(2005-10),随单机柜IT设备功率增加,强调了气流组织、地板下送风,双路UPS供电;第三阶段(2010-15),进一步优化气流组织,冷/热通道封闭、模块化机房、Tier 3/4等级安全性;第四阶段(2015-),互联网应用剧增、大数据、AI、云服务,导致数据中心规模迅速扩大和集中,数万机柜的超大型数据中心成为主流,能效的追求和创新应用发展到极致,自然冷、风墙、水下数据中心、液冷服务器等新技术不断被创造和应用。

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当前数据中心呈现如下特征:

  • 规模超大,5000机柜以上,有的规划已经超过10万机柜;以前的万平米数据中心都不好意思再说自己是大数据中心了。
  • 用电量超大,单个110/220KV变电站已经不能满足供电容量,需从多个变电站供电。并且供电电压提升,10KV供电直接到机楼。一个数据中心园区有多个变电站。
  • 美高梅4858官方网站 ,用水量大,冷水机组的应用,导致冷却水蒸发量大,有的每月耗水量超过30万吨。建筑物内外管网密布。
  • 设施层面的新技术应用多,自然冷、风墙、液冷、山洞、水下、集装箱…

运维新挑战

针对上述新时代数据中心的特征,设施运维管理面临的挑战有:

  •  规模超大带来的人员、组织和效率的变化。以前万平米以内的数据中心,人工巡检一次2-4小时,现在数十万平米,人工巡检一次一整天都不够,势必需要划分更小的责任区域。需要更多的运维人员,组织的庞大增加了管理的难度,效率的下降。由于运维人员分布在不同的区域,互相交流减少、易闭塞,情绪变坏。
  • 电压等级提高,安全风险增加。以往运维人员接触的是低压(低于1000V),现在供电设备、发电机、冷机都是高压供电,维护安全要求提升,但人员的安全意识、工作习惯、个人保护、安全教育未必全跟上。
  • 新应用多,技术能力不足。各种层出不穷的新技术和新应用,对运维人员的培训相对较少,实际操作和维护实践不足,技术积累不够,都会影响发生问题时的处置效果。
  •  运维人才供应不足,面对迅速膨胀的超大数据中心,动辄数百人的运维人员需求,市场根本无法提供和满足。但基于上述的原因,运维人才的培训和成长周期比较长,以致大家互相挖角,争抢有限的优秀运维人才,导致运维成本增加。
  • 规模的集中,导致风险集中,事故影响增加。前些天亚马逊的数据中心事故,导致了全球大面积的服务和应用中断,损失惨重。因此运维管理的压力超前。

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上个月,北京亦庄某数据中心柴油机起火事故再次为数据中心运维管理敲响了警钟!

中国电信佛山华南数据中心

新时代大背景下的数据中心

人云亦“云”的时代,数据中心作为重要基础设施发挥着必不可缺的重要作用,而随着数据中心建设规模的不断扩大,新技术的层出不穷,数据中心的运维难度也“更上一层楼”。尤其是当面临“突发事故”,更是考验一个数据中心的运维能力。

1月16日,中国电信佛山华南数据中心项目一期工程顺利封顶。该数据中心于2017年7月11日宣布开工,今年10月份A栋数据中心一期全部完工并投入运营。此项目是中国电信、佛山电建集团及广东开普勒通讯科技三方联手,共同打造的中国电信超五星级别的数据中心,该数据中心位于广东第一批省级大数据产业园-广东福能大数据产业园区内,占地面积5.1万平方米,总投资近10亿元,将分A/B两栋建设,A栋第一期投运1375个机架,总建设规模约6000个机架。

柜式机房是顺应IT行业发展趋势和潮流,设计、生产的新一代适合需求变化的IT设备物理基础设施,在IT 应用整合趋势背景下,出现了两类融合机房各系统技术潮流新推出的创新型中小型模块化机房产品,即一体化机柜和模块化机房。其产品整合了配电、防雷、UPS、蓄电池、空调、门禁、PDU、环境监测、消防气流组织、线缆管理等多功能模块。为服务器等IT 核心设备营造一个可靠的运行环境,并可根据用户业务拓展需求,实现系统的弹性部署。所有部件工厂预制、预装、预调试、现场安装简单易行,一天内可实现快速部署。自带远程web界面监控功能,可实现单个网点远程运维。机柜配置多样化,适用于金融、政府、教育、医疗、公安、中小企业等机房需求。

数据中心在国内突飞猛进只有十多年的时间,却已从只有UPS、空调和IT设备的普通机房时代,进入到囊括互联网、大数据、AI、云服务等全方位服务、动辄拥有数万机柜,自然冷、风墙、水下数据中心、液冷服务器等新技术不断被创造和应用的新时代。这样一来,运维管理面临更大的挑战。

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首先,规模超大带来的人员、组织和效率的变化。以前万平米以内的数据中心,人工巡检一次2-4小时,现在数十万平米,需要更多的运维人员分布在不同的责任区,增加了管理的难度和成本。其次,电压等级提高,安全风险增加。以往运维人员接触的是低压,现在供电设备、发电机、冷机都是高压供电,维护安全要求提升。此外,规模集中,导致风险集中,事故影响更大。例如之前亚马逊的数据中心事故,导致了全球大面积的服务和应用中断,损失惨重,因此运维管理的压力超前。

数据中心的规划建设按照T3+标准进行设计,充分运用高科技、信息化、绿色环保技术打造新一代五星级电信数据中心。目前1到3层己经陆续投入运营,4到7层将会根据客户的不同需要提供数据中心的定制化服务。

一体化机柜

为了保障新时代数据中心的安全,在实际运维过程中,运营商不仅需要对数据中心里面的温湿度、电能、水流及风量等进行全面实时的监控,以期发现潜在问题,通过预警机制及相应的流程做到防患于未然,还要科学运用这些数据来为应急措施及节能措施提供可靠的指导依据。

数据中心有着超高规格的电力保障:市电由三个不同区域的高等级变电站,分别引入四路10千伏电力专线;正规的三线接入,与广深同等级出口,直接163骨干网络;PC端+移动APP智能巡检系统,打造智能化运维,提供个性化服务,开普勒将打造成华南地区乃至全国的高端数据中心标杆。

一体化系列产品对比于传统的数据中心方案,是一套完整的数据中心解决方案,集机柜、配电、制冷、监控、综合布线、消防等系统于一体,实现了供电、制冷和管理组件的无缝集成。使模块化数据中心实现智能、高效的运行,让客户花费最少的投资,获得更多的收益,从而降低运营费用。除了本身融合各种系统为一体外,在对设备的保护上,还可从以下两方面考虑加以考虑:

其实,采用智能化的管理手段,可以轻松满足这些需要。以电源管理为例,领先的智能电源管理解决方案供应商力登提供了一整套以智能PDU为核心的机柜内部微环境和供配电监控管理以及整个数据中心平台管理方案:通过智能PDU进行实时远程电源监控,能够对相关参数包括对电流、电压、功率(单位:kVA、kW)和能耗达到±1%计费级准确度,甚至可以单独对每个电源插座的上述相关参数进行监控。除了高效、可靠地分配电源之外,新的iPDU还凭借更多计算和存储功能,可支持新的应用并收集和分析IT设备的用电数据、数据中心内可用电源容量以及机柜环境健康状况;并且提供更多的传感功能与基础架构数据收集点(特别是独特的力登电子门锁)。此外,还能通过Power IQ电能管理软件对设备所处微环境的温度、湿度、气压等状况进行监控,更重要的是这些计量后的数据会被收集整理,从而为管理者提供决策参考。

长沙云数据中心

第一是高温自动弹开门装置。可设定自定弹开系统温度,在极端情况下,如柜内空调损坏,柜内温度超过设定温度时,自动弹开机柜前后门,从而为保护设备,更换空调争取到宝贵的时间。

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7月30日,位于长沙市高新区的中国联通云数据中心正式投入运营,该中心占地145亩,总建筑面积为13万平方米,可运营服务器数量多达18万台,是中国联通在中南地区规模最大的云数据中心。目前,中国联通长沙云数据中心一期IDC已建成并投入使用。

第二则是柜顶的自动灭火装置,内装有专门提供为IT设备灭火的七氟丙烷,在火灾发生的一瞬间,就会在柜内均匀喷洒七氟丙烷,以达到灭火的目的。

长沙云数据中心属于中国联通十二大云数据中心之一,项目按照国际T3标准、电子信息系统机房A级标准及绿色数据中心理念进行设计和建造,分三期建设。项目一期建设一栋IDC机房、一栋综合通信枢纽楼和两栋动力中心,安装2000架标准IDC机柜;二期建设两栋IDC机房和两栋动力中心,安装4000架标准IDC机柜;三期建设三栋IDC机房和三栋动力中心,安装6000架标准IDC机柜。三期建设完工后,机柜总数达到12000架。

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腾讯怀来数据中心

一体化机柜的配置

8月22日,腾讯与张家口市怀来县正式签约,宣布将投资300亿元建设腾讯华北信息技术产业总部基地,入驻环首都新一代信息技术示范区。怀来数据中心将是腾讯华北最大数据中心基地,腾讯在张家口市怀来县将投资三个数据中心基地,每个占地350亩,合计1050亩,预计2022年全部建成后将上架服务器约100万台。

一体化系列模块化机柜产品一般常规有单柜,双柜,三柜共3种基本配置可选,其容量有3KW,6KW,10KW,20KW四种组合配置,基本可以满足各种分支机构的机房基础设备需求,其精密空调的安装方式主要以模块化为主。当然也可以使用行间精密空调的冷却形式,机柜的数量也可根据需求增加并柜数量,但通常不会超过8台;

从建设模式上看,腾讯怀来数据中心是云数据中心典型的一地三中心布局,或将承载腾讯云的大部分业务。用腾讯的话说,这将是“腾讯公司发展历史上最大规模、最高等级且位于非核心都市的云计算综合产业基地。”

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京东云华东数据中心

模块化数据机房

8月24日,京东云“华东数据中心”于2015年投建,截至2018年,园区内4大模块全部正式投入运营。整个园区占地13万平方米,总机量超过5000架,由4个规模相当的云数据中心模块和1栋综合大楼组成,总建筑面积55328平方米,每个模块建筑面积12332平方米。此外,园区还建设有110KV专属变电站,晓店和湖滨变电站双路63MW用电接入,并配备双路UPS、柴油发电机,实现三重供电保障。

模块化数据机房则是为了应对云计算、云边缘计算、虚拟化、集中化、高密化等服务器的变化,为了提高数据中心的运营效率,降低能耗,实现快速扩容且互不影响而推出的快速预装式模块化数据中心。

作为第一个自建自营数据中心,京东云华东宿迁数据中心内四大模块机房将于今年年内全部投入运营。该数据中心的二期工程将迎来众多“黑科技”,包括液体浸没式的制冷技术和热管式技术等。另外,机房内感应温湿度的智能机器人预计将于四季度投入运营。目前,京东云华东宿迁数据中心的最大PUE( 数据中心总设备能耗/IT设备能耗)<1.4,达到国内一流水平。

模块化数据机房具有多个具有独立功能、统一输入输出接口的微模块、不同区域的微模块可以备份,通过相关微模块排列组合形成一个完整的数据中心。与一体化机柜系统不同的是,模块化数据中心是将单体模块化的UPS、配电模块、精密空调放置在了一起,使其成为一个整体。配电模块组合成为PDF,机架式空调也改成了列间空调。使其成为一个整体的存在。所以模块化数据中心是一个整合的、标准的、最优的、智能的、具备很高适应性的基础设施环境和高可用计算环境。

世纪互联上海数据中心

模块化数据中心单个模块一般可支持8—32个机柜的部署,支持单机柜功率密度为3kW~20kW。可提供独立的工作空间和维护空间,可解决机房局部的热点问题,实现机房的节能改造。同时,单个模块化数据中心还可以组合堆叠,组成大型的数据中心机房。从下图中我们也可以看出模块化数据机房的一系列优势。

10月15日,世纪互联集团在上海外高桥保税区开通运营了一个新的数据中心。这座四层楼的数据中心机房约6000平方米(65000平方英尺),IT机房面积超过2000平方米。一楼设有数据室、电源和其他配套室和管理室,二楼到四楼是机房。底层有2000个支撑设施,三层建筑中拥有可以部署1000多个机架的IT空间。其设计和制造符合中国国家数据中心标准,带有密封的冷热通道。

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世纪互联在上海新开通的数据中心采用2N冗余UPS配置,其中包括两组蓄电池,每个蓄电池可在满载情况下为数据中心供电15分钟以上。为了应对长时间停电,其备用电源部署了五台柴油发电机,带有独立的埋地油箱,可以在满负荷下为数据中心供电超过8小时。如果停电持续时间更长,柴油供应将在2小时内到达。

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天津赞普数据中心

模块化数据中心内含有许多系统,下面小编就供配电系统、智能管理系统,能源管理系统给大家一一道来。

10月25日,赞普数据中心在天津高新区渤龙湖科技园建成投入使用,并与京东云、天津联通、中经云数据中心等11家企业签署战略合作协议。赞普数据中心填补了天津大型、高等级数据中心的空白,将为大中型互联网企业,金融、证券、政务、智慧城市等各行业的大数据应用提供高品质的基础设施支撑环境。此次建成的赞普数据中心大厦总建筑面积2万多平方米,地上四层,配备24个机房模块,设计容量3700标准机柜,可容纳4万至7万台服务器。中心按照国际标准设计和建造,是天津首家也是唯一一家获得国标A级认证的数据中心。

供配电系统

华为云廊坊数据中心

机房的配电系统成为模块化数据中心一个关注点,微模块内部集成了UPS或者240V直流以及蓄电池不间断电源系统。不同的微模块可以由不同的电源系统供电,实现了同一房间内多种电源形式混用。最开始,UPS仅被视为一种备用电源。后来,由于电压浪涌、电压尖峰、电压瞬变、电压跌落、持续过压或者欠压甚至电压中断等电网质量问题,使计算机等设备的电子系统受到干扰,造成敏感元件受损、信息丢失、磁盘程序被冲掉等严重后果,引起巨大的经济损失。因此,UPS日益受到重视,并逐渐发展成一种具备稳压、稳频、滤波、抗电磁和射频干扰、防电压浪涌等功能的电力保护系统机柜配电设备。如今,UPS供配电系统的标准化、模块化开始被大量采用,降低了MTTR、提高了可用性、扩展性、设备安装的施工质量,并降低了生产和销售成本。

华为廊坊数据中心建筑面积54000平方米,地上建筑2层,其中1层9米,设置冷冻站、电力设施支撑区、展厅、大厅、开闭站等区域;2层6米,部署53U8KW机柜及控制中心、办公室、库房等。每机柜8KW的供电能力,在国内的云数据中心里已处于一流水平。

根据电路结构的不同,按照国际电工委员会标准IEC62040-3:19991,UPS分为三种类型,即:后备式、互动式(Line-interactive)、双变换式(Double-conversion)

廊坊云数据中心,华为将AI技术应用到数据中心的日常管理中,利用AI技术,华为将服务器、存储等设备中故障率最高的硬盘、内存数据进行处理,提前预测硬盘、内存的故障趋势和发生时间,实现了从预防性维护到预测性运维的跨越;通过iCooling技术,智能协同IT与制冷系统,调节制冷系统运行在最佳状态,年均节能超过5%,每年节省电费近千万。实现运营可视化、运维自动化、服务自助化服务。

我们以最常用的双变换式为例,向大家进行讲解其中的组成部分,下图为双变换式UPS组成的图例

百度首个自建超大型数据中心

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百度云计算中心,园区占地约360亩地,总建筑面积约12万平方米,包括8个高标准模组,PUE是数据中心领域衡量能源效率的权威指标,阳泉数据中心凭借着是电气架构的改变和空调末端的改变,另外配合高温服务器和调优等措施使PUE低至1.1。百度阳泉数据中心是国内首个应用光伏发电的数据中心,还大量采用了风电清洁能源。除此之外阳泉数据中心还采用了高温服务器及新型的气流组织结合的零功耗的新型空调末端,充分利用了天然的冷源,全年免费冷却能达到96%。

UPS组成部分

百度把AI技术引入到数据中心,冷水机组三种模式的运行通过AI自动判断,根据室外天气湿度、温度和负荷,切换制冷模式、预冷模式和节约模式,除此之外,AI还能实现智能预警,通过负载预判设备运行情况,给出维护策略。

整流器功能:

本文已标注来源和出处,版权归原作者所有,如有侵权,请联系我们。

①完成交流转换为直流的电路;

②实现功率因数校正及升压功能;

③降低对电网的污染;

逆变模块功能:

①完成直流转换为交流的电路;

②转换电池中直流的能量;

③通过开关管的高速动作,输出纯净的交流;

旁路模块功能:

①内部旁路当UPS主变换器出现故障或异常时,自动转内部旁路供电;

②维护旁路为了维护期间安全和保持负载电力连续性而用来允许隔UPS。

充电器功能:

①在交流输入正常的情况下,为电池提供充电能量;

UPS系统配置

其对应的共有5种工作模式,分别为市电逆变模式、 电池模式、旁路模式、ECO(Economy Control Operation)模式、维护模式,在此处就不多做解释。

另外UPS的系统配置也可分为三种:N系统、并联冗余N+1系统、双总线系统

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优点:

1、设计概念简单,硬件配置成本低廉;

2、UPS 工作在设计满负荷条件下,效率最高;

3、具备高于市电的可用性;

4、可进行并机扩展增容(并联多个额定值相同的 UPS 模块);

缺点:

1、可用性有限,UPS 模块出现故障,负载转到旁路供电,处于无保护电源

2、在 UPS、电池或下游设备维护期间,负载处于无保护电源下;

3、缺乏冗余,限制了在UPS发生故障时对负载的保护能力;

4、存在多个单故障点,这意味着系统的可靠性由其最薄弱的环节决定。

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(并联冗余N+1系统结构图)

优点:

1、可用性要高于N配置;

2、可根据电力需求的增长进行扩展。在同一装置中可以同时配置多个单元模块;

3、硬件的布置不仅设计概念简单,而且成本低廉;

缺点:

1、两个模块必须采用相同的设计、相同的制造商、相同的额定值以及相同的技术与配置;

2、UPS 系统的上游与下游仍存在单故障点;

3、在UPS、电池或下游设备维护期间,负载处于无保护电源下;

4、由于各个UPS设备的利用率均低于额定用量,因此运营效率较低;

5、所并各台需要一个逻辑控制总线,以保证各台同幅、同频、统相,并完成冗余并机功能,因而存在单路径故障点;

5、并机台数增多时,需要外部静态开关和并机控制柜;

6、系统仍需要一个公共的外部维修旁路

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(双总线系统系统结构图)

优点:

1、两条独立的供电线路,无单路径故障点,容错性极强;

2、该配置为从电力入口到关键负载的所有线路提供了完方位的冗余;

3、不存在两个总线中的UPS同频、同相和均分负载问题,也没有环流问题,两个UPS 完全独立运行,相互隔离,可靠性大幅度提高;

4、无需将负载转换到旁路模式,即可对UPS、开关装置和其他配电设备进行维护;

缺点:

1、冗余组件数量多,成本高;

2、由于未达到满负荷工作状态,供电设备容量利用率低,工作效率低;

3、一般的建筑物不太适合可用性极高的双总线系统,

4、因为这种系统需要对冗余组件进行分开放置

智能监控系统

智能监控系统具有集中管理功能,同时支持对监控系统的远程管理与维护,远程操作界面与本地操作界面保持一致。监控系统主要针对模块化数据中心基础设施层各组成系统,如配电、制冷、安防及环境等系统,系统内各组成设备或部件的运行状态进行实时监控。监控系统采用分层式架构,主要分为数据采集层、数据运算及信息处理层、智能管理平台层。监控系统通过对模块化数据中心基础设施层内的各设备、部件、环境运行参数及相关信息的实时采集分析、运算与处理,实现对数据机房运维及业务等全方位的智能化管理,以充分实现模块化数据中心的可用性、开放性与可扩展性,并确保数据中心的安全性。模块化数据中心的监控量做为集中监控系统中的一个组成部分,通过交换机,将信号统一上传至中心机房的服务器上。模块化数据中心的监控架构如图所示。

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能源管理系统

能源管理包括电源系统监控和机房能效管理。是通过下列方式进行对能源的管理。

1、电源系统监控:系统通过PDF列头配电柜将所有配电模块集中放置在列头柜、ATS是市电与油机电切换、双路由电源切换必不可少的设备、UPS不间断电源当停电时能够紧急取代市电,供应电力给设备及蓄电池上的智能仪表标配的RS485接口,对机房供电系统各类电参数信息进行采集、分析,并通过人机交互界面进行实时显示。电源系统监控架构如图所示。

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2、机房能效管理:能效管理是通过对机房总用电情况及机房IT设备用电量进行实时监测,以清晰反映出机房整体及机房IT设备电量消耗分布情况。并通过这些数据进行统计分析,计算出机房PUE值。传统数据机房的PUE值都高达2,而模块化数据机房可将数值降至1.5以下。

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小结

国家工信部、国家机关事务管理局、国家能源局在2019年2月份联合发布的《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》中明确指出,新建的数据中心机房的PUE值应当在1.4以下, 模块化机房是传统机房的一大进步,模块化数据中心将极大满足传统数据中心机房的局部高密部署和中小型机房的快速建设,其具有快速部署、安全可靠、灵活扩展和绿色节能等特点,已在数据中心的建设中发挥越来越大的作用。​​​

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