知名咨詢公司高德納（Gartner）最近發布的多份報告顯示一個趨勢，就是 “前兩代數據中心設計已無法滿足當前和未來需求。新數據中心不應該再是靜態的結構，而是一個能夠隨著服務器和存儲基礎設施改變而不斷發展的動態有機體”。有鑒于此，高德納公司（Gartner）建議新數據中心應“采用靈活的、模塊化、虛擬化設計原則”。本文將對模塊化數據中心的意義及定義進行深入的分析。
一、現存模塊化定義的問題
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主要的數據中心設備供應商和整體解決方案供應商都在宣傳其模塊化解決方案的優勢。但目前對于“模塊化”的定義仍很模糊，它可以應用于UPS這樣的單一設備，也能應用于整棟數據中心建筑中。以集裝箱式數據中心為例，數據中心本身就可看作是一個模塊。
數據中心運營人員面臨著大量含混不清的，用于定義模塊化的術語，包括模塊（pods）、集裝箱（container）、集群（clusters）、分區（zones）、機柜行（rows）、機房（rooms）、機柜排（busses）等。然而，數據中心模塊化不是指某種特定的理想化設計方案，而是指一種方法，能夠形成多種類型的設計方案。此外，雖然我們說某些數據中心要比其它數據中心“更具模塊化”，但并沒有明確的范圍來界定數據中心的模塊化。
選擇了模塊化方法后，還必須考慮將數據中心按模塊化分割的程度，即顆粒度。數據中心的某個子系統是應該由三個模塊還是三十個模塊組成，模塊化的實施會產生一定成本，因此最大限度地全盤模塊化并不總是實現高效的最佳做法。權威調查咨詢機構Tier 1 Research最近的分析報確信模塊化為數據中心帶來優勢。但同時指出，只有當模塊進行產品化和標準化生產，從而降低成本、加快供應鏈流程時，模塊化對整個行業的影響才能最大化。
二、模塊化能夠解決的問題
模塊化對所有數據中心運營商都具有吸引力，這是因為它能同時解決一系列的問題。幾乎所有類型的數據中心，無論規模大小或可用性高低，都能夠從模塊化中獲益。模塊化可以解決如下九大問題：
解決投資成本利用率低下的問題：模塊化方法能實現基礎設施按需部署，而不是在前期一次性部署。
解決設計和安裝周期時間長的問題：模塊化數據中心采用預先設計和生產的系統，縮短了設計和安裝時間。
解決質量問題：采用預先設計和生產的設計，能夠減少缺陷。
解決功率密度設計錯誤問題：采用模塊化設計，可在部署時再進行功率密度決策，而不必提前數年就做出此類決策。
解決管理系統編程和配置復雜化問題：模塊化設計反復使用標準化管理工具，運用更多開箱即用功能，減少每次項目都進行編程。
解決容錯問題：模塊化設計一般包括N+1冗余，支持容錯和并行維護的能力。
解決標準要求問題：模塊化設計可預先驗證，遵從安全、能效、兼容性、安防等標準，無需逐個評估，避免出現不符合標準的意外情況。
解決運營人員培訓問題：標準化的數據中心設計方案可以簡化培訓。
解決能效低下問題：造成數據中心能效低下的首要原因就是容量設計過大?？蓴U展模塊化數據中心設計通過按需規劃容量，避免了這個問題。此外，采用預設計和標準組件，其它許多導致低效的問題也得以解決。
三、模塊化架構的三個組成元素
為了描述和明確數據中心的模塊化，很有必要了解模塊化是如何應用的。在本文中，我們用三個模塊化元素來描述數據中心架構：
設備模塊化：設備由模塊化組件構成。區分數據中心架構所采用的模塊化和數據中心設備所采用的模塊化是十分重要的。數據中心使用的所有設備采用模塊化設計的趨勢由來已久，包括服務器，存儲設備，網絡設備和UPS系統。最近，機房空調系統也開始采用模塊化。這些設備采用模塊化的優勢眾所周知，包括便于維護、可重復配置、部署迅速、便于容量擴展、采購周期短等。這些模塊化設備的使用，是模塊化數據中心架構的一個重要組成部分。但是，數據中心僅使用模塊化設備，并不意味著采用了我們將在本文中定義的模塊化架構。
子系統模塊化：一個功能塊，由多個同樣的設備或模塊構成。數據中心的功能塊（子系統），如UPS、機房空調和冷水機組等，可作為一個整體單元部署，也可作為多個設備（模塊）部署，這些設備同時運行并分擔負載。子系統模塊化普遍存在于大型數據中心是因為PDU和CRAC等子系統通常都是由多個設備單元組成的。容錯性、并行維護和搬運是推動子系統模塊化的三大要素。這些因素促使數據中心設計從龐大的單一子系統，向由多個模塊構成的子系統轉變，尤其適用于子系統在室內部署。
盡管對數據中心的許多設備類型來說子系統模塊化很普遍，但這些子系統使用的很多設備并未實現理想的模塊化“即插即用”式的安裝。和設備模塊化一樣，子系統模塊化通常是模塊化數據中心設計的重要元素，但其本身并不意味著數據中心采用模塊化架構。真正的模塊化架構中，設計方案還必須定義不同子系統通過何種方式部署在一起。
模塊關聯：所部署的各子系統模塊之間的關系，確定冗余，容量和功率以何種方式實現和擴展。當部署一個IT單元，需要綜合考慮物理空間、電源、制冷、網絡、消防和照明。因此，數據中心跨子系統的模塊關聯，是模塊化數據中心架構的一個重要概念。原則上，一整套平衡、集成的子系統能作為一個標準的模塊化數據中心而部署。很明顯，這就構成了模塊化數據中心架構。所有相互關聯的數據中心子系統都將集成到一個模塊。能夠在現場部署完整的微型數據中心，并隨時添加。這可以稱得上是最 “純粹” 的模塊化數據中心架構。但這僅僅還是一個理念，由于以下原因目前還無法付諸實施：
1. 將每個數據中心模塊作為一個獨立數據中心管理，還不太現實
2. 某些子系統在大規模部署時比模塊化部署要來得更為經濟高效
3. 在多個模塊上部署冗余比在單個模塊中部署冗余成本更低、更高效
4. 單個數據中心模塊都采用隔離的電源和制冷容量，會因擱淺容量造成浪費
5. 模塊越小靈活性越高，但發電機和冷水機組等許多設備型號越小，效率就越低
盡管將所有子系統集成為完整獨立的數據中心模塊是不太現實的作法，但模塊化數據中心架構必然存在某種方式將子系統進行分組，以便能夠合理和一致地部署子系統。模塊關聯是數據中心架構的一個屬性，定義了各子系統之間是如何相互關聯的。
三、模塊化架構的定義
一個高效的模塊化數據中心架構應具有以下特性：
- 定義一系列模塊，作為部署數據中心的基礎。
- 定義模塊由相互關聯的子系統組成，以便盡量降低部署復雜度。
- 由規則、工具和設備組成，定義模塊未來按數據中心成長計劃的部署方式。
- 系統經過工程設計，最大限度地減少了部署模塊所需的規劃、安裝、配置和編程工作。
- 提前定義了容量、效率、密度、重量等所部署系統的特性，無需進一步分析。
- 在權衡簡潔性、成本和合理規模之后，確定模塊大小。
- 能夠出色支持在未來升級或變更可用性（冗余性）和功率密度等屬性。
- 作為一個開放架構，能夠支持跨廠商的基礎設施產品和設備。
需要重點強調的是，以上提到的模塊化數據中心架構不僅是一個部件清單，而是需要大量的系統規劃與測試工作。雖然可為特定數據中心開發和定義模塊化架構，但如果行業范圍內定義標準的架構，則會更實用、更高效。如果數據中心采用已有標準架構，那么就能大幅節省設計、定義、規劃和測試成本（及時間）。隨著越來越多的數據中心使用標準架構，整個行業都將降低成本、提高質量。
盡管數據中心容量單元的概念聽起來簡單，但這些單元實際上可部署于多個層次。舉個極端的例子，我們可考慮為每個IT設備部署一個獨立數據中心容量單元，或微型獨立數據中心。與之相反的極端情況是，完全預制40 MW IT容量的數據中心大樓作為一個單元。在定義模塊化架構時，僅以模塊化、設備、子系統這三個方面，并將它們按前面所述相連，還是不夠的；我們還必須說明將它們應用在架構的哪個層次。為了清晰地說明數據中心單元，我們定義了以下標準層次結構：
根據這一數據中心定義，可以認為IT容量單元可以部署在這五個層次中的任何一個。采用模塊化架構的數據中心能在IT設備、IT機柜、IT模塊、IT機房乃至整個數據中心設施層面，部署模塊化數據中心容量單元（關聯的模塊化子系統）。模塊化應用的例子存在于任何一個真實數據中心的各層面之中。
上述層次結構使用了傳統數據中心的術語，但也可以有效描述非傳統的設計方案。比如“設施”這一術語可以用來代表擺放集裝箱式數據中心模塊開放場地，“機房”這一術語可以代表集裝箱或互聯的集裝箱組等。
很明顯，存在無限多種方式定義模塊化數據中心架構。事實上，世界上每個數據中心都采用模塊化架構，且互不相同，這點是可以實現的，但這肯定無法達到最佳效果，因為只有當大量數據中心的模塊化架構實現標準化后，其大多數重要優勢才會發揮出來。
基于對上述多種可能性的了解，再通過思考來分析造成數據中心運營人員需要不同模塊化架構的問題所在，以及是否有可能通過少量標準化架構來滿足大多數需求。然后，可以定義一種描述模塊化數據中心的標準方法。同時，為如何更好地應用模塊化提供一些基本指導準則。
五、結論
模塊化架構的優勢正在得到廣泛認可。本文只是簡要總結了這些優勢。 向模塊化數據中心的變革勢在必行，這是因為模塊化能夠在大幅提高性能的同時降低總體擁有成本。模塊化在很多行業已經非常普及，如汽車制造行業和IT設備行業等。對于數據中心來說，唯一的問題是這場變革將采取什么形式，以多快的速度進行。
文章摘自施耐德電氣信息技術
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