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一、智能時代,數據中心基礎設施的新需求
隨著各行各業(yè)數字化變革的不斷深入,人類社會正加速邁向智能化。作為智能世界和數字經濟的堅實底座,數據中心也迎來了蓬勃發(fā)展。面對ICT技術快速演進、建設需求激增以及綠色低碳要求,對數據中心基礎設施的建設也提出了更高要求,具體表現在以下幾個方面:
1.安全可靠,數據中心的核心需求
2022年-2023年期間,香港、新加坡、澳大利亞等地發(fā)生過大規(guī)模數據中心因基礎設施故障導致的宕機事件,引起了業(yè)界高度關注。事實上,隨著數字化的發(fā)展,整個社會的運轉對數據的依賴程度越來越高,IT服務一旦中斷,就會給生產生活帶來不便,造成巨大經濟損失,嚴重影響企業(yè)的聲譽。盡管數據中心IT設施的虛擬化能力、業(yè)務遷移能力逐漸提升,但數據中心對基礎設施安全可靠的要求并沒有絲毫放松。隨著政治產業(yè)環(huán)境日益復雜,引發(fā)事故的風險種類發(fā)生了一些變化,但安全可靠始終是數據中心最核心的需求,針對新興的風險因素,要做好防范策略。
2.高效節(jié)能,雙碳背景下的新目標
碳中和是全球的共識和使命,綠色低碳已經成為世界新的主題。隨著數字化、智能化的發(fā)展,數據中心的規(guī)模在不斷擴大,用于支持數據中心運行的能耗也在快速增加。世界各國各地紛紛出臺各種政策或指導意見,牽引數據中心走向高效節(jié)能,綠色低碳。過去,大多數企業(yè)僅從經濟效益來評判節(jié)能措施?，F在,節(jié)能已經成為是否合規(guī)的重要考核指標,直接代表了企業(yè)的社會責任和形象。
3.經濟適用,確保投資效益最大化
在數據中心建設規(guī)模較小的年代,數據中心在企業(yè)總資產中占比不高,企業(yè)對數據中心投資的經濟性不是特別敏感。隨著數字化的發(fā)展,數據中心建設的規(guī)模在增加,投資額急劇增加,其投資的經濟性變得越來越重要。在數據中心建設過程中,既需要考慮整體TCO,還需要考慮分期部署和快速建設,力爭快速形成收入,嚴格控制折舊等營運成本,確保投資效益的最大化。
4.智能運維,達成規(guī)劃指標的最強助力
智能化是數據中心發(fā)展的必然趨勢,只有智能化才能讓操作更及時、更準確、更可靠、更經濟,全面提升運行效率,確保達成規(guī)劃指標。智能化還能減少人的干預，減少誤操作，提升可靠性。此外，AI技術在智能化領域的應用，能夠幫助數據中心進一步調優(yōu)，提升運營效率。
二、創(chuàng)新的數據中心供電制冷解決方案
針對數據中心的這些發(fā)展和變化,以供電和制冷為主的數據中心關鍵設施的解決方案,也有了新的創(chuàng)新。
1.電力模塊成為數據中心供配電首選解決方案
電力模塊由變壓器、進線母聯柜、SVG柜、UPS、維修旁路柜、饋線柜組成,通過柜頂工廠預制銅排連接。電力模塊內部集成一體化監(jiān)控系統,可進行參數設置并實時監(jiān)測設備狀態(tài)、參數等。電力模塊設備如圖1所示。
傳統供配電系統設備來源多個供應商,設備間的連接銅排需要設備就位后測量、訂貨,銅排、線纜均需要現場制作安裝,包括整體聯調、系統驗證,整個周期大于2個月。電力模塊具有融合高密、部件模塊化、工程產品化、產品預制化等特點,采用工廠組裝預制化,標準流水化作業(yè),出廠測試,安裝施工環(huán)節(jié)引入外部風險小,相比傳統方案單套交付時間控制在2周以內,品質可控,運行可靠性更高。電力模塊方案采用了高密高效的UPS,并輔以配電柜結構優(yōu)化設計,減小整體尺寸,通常能夠節(jié)約20-40%以上面積,提升機房IT機柜的出柜率2-5%。全鏈路效率提升1-3%。電力模塊內部功率模塊、旁路模塊、SVG模塊、開關模塊等易損部件均采用模塊化熱插拔設計理念,當系統出現故障后可以在線維護,時間僅需要5min,大大的提高了系統可用性。
華為推出的超融合電力模塊解決方案,除具備上述電力模塊所有優(yōu)點外,在UPS架構、結構以及系統AI特性兩方面進一步投入。超融合UPS內部架構融合UPS輸入、輸出開關和UPS主機,采用隔離開關+熔斷器實現電源轉換、電氣隔離和保護功能,從而大大減小了整體占地面積,節(jié)約占地面積在40%以上。另外,超融合UPS模塊化程度更高,整機內除隔離開關外其余部件均可以實現在線維護,做到真正的維護不斷電。電氣故障是影響全球數據中心安全運行的主要原因,華為電力模塊具備獨有的AI診斷功能,對部件使用壽命進行預測,提前發(fā)出告警,防患于未然,避免部件故障影響系統運行。
總之,較傳統供配電產品和解決方案,電力模塊節(jié)地、節(jié)能、省時、省力,可以提升數據中心建設過程的靈活性和使用過程的可靠性,因此,已經被廣大數據中心從業(yè)者普遍接受并廣泛應用。
2.以間接蒸發(fā)冷卻空調系統為首的分布式制冷越來越普及
近兩三年內,華為、騰訊、快手、萬國、秦淮、中行、農行等涉及互聯網、金融、政府多個行業(yè)的新建或待建的數據中心,更多采用了間接蒸發(fā)冷卻的空調方案。海外眾多數據中心運營商在最近幾年的建設中,也在減少冷凍水方案的應用,取而代之的則是間接蒸發(fā)冷卻空調方案。
所謂間接蒸發(fā)冷卻空調系統(AHU),就是將新風蒸發(fā)冷卻后得到的濕空氣的冷量,通過非直接接觸式換熱器傳遞給機房的熱回風,再輔以必要的過濾、補冷等措施,為機房提供滿足要求的冷卻送風。整個過程只有冷量的傳遞,沒有物質的交換。間接蒸發(fā)冷卻機組的內部結構如圖2所示。
間接蒸發(fā)冷卻空調系統可以實現冷源與負荷中心近距離接觸,利用逼近濕球溫度的風側自然冷卻,實現全年應用自然冷卻。即使最炎熱的夏季,也只需要50%左右的機械制冷作為補冷,因此可以顯著減少數據中心空調系統能耗。
除了節(jié)能,間接蒸發(fā)冷卻空調系統還擁有很多傳統冷凍水不具備的優(yōu)點,AHU屬于分布式架構的標準化產品,設計、施工、運維相對簡單,故障率低,運行效果與設計偏差小。AHU故障定位相對容易,設備運行相對獨立,互相之間無關聯,故障影響面小。AHU建設施工周期短,調試時間短,改擴建不會影響已運行的模塊,有利于分期投資。AHU無論是初投資,還是運行費用都低于傳統冷凍水。該設施還可以輔以AI,進行自動調優(yōu)運行。
華為最近推出的EHU設備,除了具備AHU的全部優(yōu)點之外,還對其電氣系統做了深度的優(yōu)化,其供電架構如圖3所示。
新型的EHU,電源側無需配備UPS主機,主備路電源切換過程可以通過電池供電,實現制冷無中斷,機房溫度零波動。電池供電負載可以通過控制軟件靈活調整,自由選擇風機、壓縮機、水泵分別或組合由電池供電。只要電池容量配置得當,未來還可根據需要調整,大大提升靈活性。機組內置諧波治理裝置,THDi<5%;具備校正功率因數功能,輸入功率因數低至0.99,減小輸入開關和輸入電纜規(guī)格,提升項目的經濟性。
總之,自然冷卻利用率更高,系統更節(jié)能,分布式架構更可靠,TCO更優(yōu),運維管理更簡單、更智能,這些優(yōu)勢完全匹配了數據中心的發(fā)展趨勢,這是近年來數據中心普遍采用這種制冷方式的原因。
三、智能時代,數據中心建設面臨的新挑戰(zhàn)
數據中心可靠性的標準包括“數據中心設計規(guī)范(GB0174)”,“Telecommunications infrastructure standard for datacenters（ANSI/TIA-942-B）等,對數據中心的級別和冗余能力進行了細致規(guī)范,可以防范的故障種類主要包括地震、洪澇等環(huán)境災害,市政停電停水、產品或系統正常運行中的故障等,基本沒有針對惡意因素導致的故障。隨著政治經濟形式的變化,引發(fā)數據中心故障的原因也有所變化,比如網絡安全和供應鏈安全。
1.網絡安全已經成為數據中心的潛在風險
網絡攻擊具備檢測難、防護難、恢復難的特點,對數據中心的危害極大。過去,因為發(fā)生概率低,很多數據中心并沒有制定對應的防范措施。當前,數據中心的基礎設施系統已經演進為復雜的智慧生命體,智能化這把雙刃劍,在提升可靠性和效率的同時,也帶來了網絡安全的威脅,對于數據中心,其設備端、通信網絡端、管理平臺端都存在被攻擊的可能性,不論是IT設施,還是機電設施,受到攻擊,都會影響數據中心上層業(yè)務的連續(xù)性。我們需要在數據中心基礎設施領域引入更多的網絡安全相關的標準、認證,適時制定針對數據中心基礎設施的網絡安全標準,建設以網絡安全為底線的軟硬件一體化的防御體系,對抗網絡攻擊和威脅。
2.供應鏈安全正成為數據中心關注的新焦點
習近平總書記在黨的二十大報告中指出,“著力提升產業(yè)鏈供應鏈韌性和安全水平”。供應鏈的韌性和安全水平反映企業(yè)抵抗風險能力的大小,對企業(yè)經濟體系運行具有重要影響。針對產品的研發(fā)、采購、生產、供應,企業(yè)有必要采用多元化方案,避免獨家供應或單一地區(qū)供應帶來的風險,保障產品的可供應性。制造能力和運輸能力也需要備份,確保突發(fā)事件下可啟用備份運輸路線,保障物流運輸業(yè)務的連續(xù)性。 近十年來,華為成功應對了許多重大自然災害、政治、經濟、貿易、網絡病毒災害等風險事件,充分表明華為建立的供應連續(xù)性管理體系和管理機制是完全有效的,能夠保障供應連續(xù)性和產品以及客戶服務的及時交付。
四、結束語
對于數據中心來說,安全可靠是發(fā)展的前提,綠色低碳是可持續(xù)發(fā)展的保證,相信同行會一起努力、一起踐行,確保智能時代數據中心的高質量建設,高效率運營。
