看得見的未來：2019數(shù)據(jù)中心五大新趨勢

 新趨勢之一：邊緣計算將與云計算協(xié)同發(fā)展　　

    作為數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和服務(wù)領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者，施耐德電氣基于深刻的行業(yè)洞察和實踐經(jīng)驗，敏銳把握市場變革趨勢和客戶需求，以不斷創(chuàng)新的物理基礎(chǔ)設(shè)施、軟件和數(shù)字化解決方案以及全生命周期服務(wù)為高可用數(shù)字基石的構(gòu)建和運維提供保障。展望2019年，施耐德電氣認(rèn)為數(shù)據(jù)中心將迎來以下五大新趨勢以及五大技術(shù)解決方案：

　　過去的一年，我們看到了很多關(guān)于邊緣計算的炒作，比如：“云中心已死，邊緣計算上位？”，“邊緣計算將改變互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的未來”，“邊緣計算將引領(lǐng)下一次IT變革”等等。但我們認(rèn)為云計算不會消亡，邊緣計算也不會取代云計算，而是邊緣計算與云計算將協(xié)同發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)、AI、5G的快速發(fā)展，人們對延遲和寬帶的要求也越來越高。邊緣計算就是專門為這種“速度及帶寬的需求”而設(shè)計的。

　　施耐德電氣認(rèn)為未來IT架構(gòu)將是一種混合的IT架構(gòu)，將由三種類型的數(shù)據(jù)中心所組成，分別由位于偏遠(yuǎn)地區(qū)用于超大規(guī)模計算與存儲的中央云數(shù)據(jù)中心，位于市區(qū)或市中心的靠近用戶用于大規(guī)模計算和存儲的區(qū)域邊緣數(shù)據(jù)中心，以及位于本地靠近數(shù)據(jù)產(chǎn)生和使用地點的邊緣數(shù)據(jù)中心。邊緣數(shù)據(jù)中心將在本地解決計算的快速響應(yīng)問題，云計算將為邊緣計算提供強大的后臺計算支持和數(shù)據(jù)存儲能力。同時，我們還認(rèn)為邊緣計算數(shù)據(jù)中心會首先在零售行業(yè)和網(wǎng)絡(luò)運營商兩大領(lǐng)域快速發(fā)展，以滿足人們對低延時和高帶寬的需求。

　　新趨勢之二：液冷時代即將來臨

　　風(fēng)冷IT在數(shù)據(jù)中心占據(jù)非常重要的地位，時至今日，數(shù)據(jù)中心依然以風(fēng)冷IT為主。但是，人工智能的應(yīng)用對數(shù)據(jù)中心的處理能力提出了巨大的要求。人工智能開始跨越式發(fā)展，已經(jīng)從實驗室研究發(fā)展到真正的商業(yè)和消費應(yīng)用領(lǐng)域。這些應(yīng)用程序的計算量巨大，以至于許多IT硬件架構(gòu)師開始使用GPU作為核心處理器或輔助處理器。許多基于GPU的服務(wù)器，也就是我們所說的總設(shè)計功率(TDP – Total Design Power)發(fā)熱量通常為300瓦特左右，而傳統(tǒng)的服務(wù)器為130瓦特到150瓦特?；贕PU的服務(wù)器發(fā)熱量是傳統(tǒng)服務(wù)器的兩倍，這是液冷興起的主要驅(qū)動因素之一。

　　據(jù)調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心當(dāng)前機(jī)柜的功率密度在7個千瓦左右，但是，未來每個機(jī)柜的功率密度可能高達(dá)幾十個千瓦。我們認(rèn)為如果機(jī)柜功率密度在20千瓦以內(nèi)時，傳統(tǒng)的制冷系統(tǒng)非常具有性價比。但當(dāng)機(jī)柜功率密度超過20千瓦時，傳統(tǒng)的風(fēng)冷技術(shù)將面臨風(fēng)量、功耗、噪音等方面的挑戰(zhàn)，這時就需要采用液冷技術(shù)。

　　尤其目前在一線城市(如北京、上海)，政府管理部門對數(shù)據(jù)中心單位產(chǎn)值能耗和排放水平要求越來越嚴(yán)格。2018年9月26日《北京市新增產(chǎn)業(yè)的限制和禁止目錄2018年版》要求在中心城區(qū)和北京市副中心禁止新建和擴(kuò)建互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)/信息處理和存儲支持服務(wù)的數(shù)據(jù)中心，非中心城區(qū)允許新建PUE在1.4以下的云計算數(shù)據(jù)中心。2018年10月29日上海市經(jīng)信委發(fā)布《上海市推進(jìn)新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)助力提升城市能級和核心競爭力三年行動計劃(2018-2020年)》， 提出新建數(shù)據(jù)中心PUE必須低于1.3，存量改造數(shù)據(jù)中心PUE不高于1.4，且新增至少50%面向AI。這時，傳統(tǒng)的風(fēng)冷方式很難實現(xiàn)這些PUE的要求， 這也將成為推動液冷興起的重要驅(qū)動因素。

新趨勢之三：鋰電池將在數(shù)據(jù)中心具有更多的應(yīng)用

　　在二十多年前我們就開始在數(shù)碼DV中使用鋰電池，但為什么沒有在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域普及呢？主要原因在于鋰電池?zé)o法為UPS供應(yīng)商提供價格、能量密度、安全性和可靠性方面的平衡。但是，近年來，電動汽車和新能源的快速發(fā)展推動了鋰電池技術(shù)的進(jìn)步和價格的降低，今天的鋰電池成本已經(jīng)比5年前下降了70%，同時，鋰電池化學(xué)成本和技術(shù)的改進(jìn)也為供應(yīng)商提供了現(xiàn)實方案。

　　與傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池相比較，鋰電池憑借其出色的特性，包括較高的能量密度 (70-260 kWh/kg vs. 15-50 kWh/kg)、較長的生命周期 (10-15 年 vs. 4-6 年) ，快速充電(1/2–1 小時 vs. 6-12 小時)，占地節(jié)省50-80%，重量減輕 60-80%，充放電次數(shù) >1000 循環(huán) vs. <400 循環(huán)等，會逐漸取代傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池成為數(shù)據(jù)中心UPS首選的備用電池。根據(jù)Uptime在2017年所做的全球數(shù)據(jù)中心調(diào)研顯示，有10%的數(shù)據(jù)中心已經(jīng)采用鋰電池作為后備能源。

　　由于微電網(wǎng)、智能電網(wǎng)、新能源以及儲能成本的降低，同時，很多國家和地區(qū)對數(shù)據(jù)中心的可持續(xù)性發(fā)展有了更高的要求，所以，越來越多的數(shù)據(jù)中心所有者開始考慮通過鋰電池儲能來降低成本和實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的可持續(xù)性發(fā)展的目標(biāo)。中國作為全球最大的鋰電池生產(chǎn)國，過剩的鋰電池產(chǎn)能也需要開拓新的應(yīng)用增長點，諸如風(fēng)光儲能、電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰、通信電源等。因此，我們認(rèn)為鋰電池在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用將越來越多。

　　新趨勢之四：數(shù)據(jù)中心管理即服務(wù)(DMaaS)在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃，建設(shè)及運營中的價值愈加凸顯

　　數(shù)據(jù)中心物理基礎(chǔ)設(shè)施管理(Data center infrastructure management - DCIM)系統(tǒng)最初是為了從某單個數(shù)據(jù)中心的物理基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備中收集信息而設(shè)計的，而且是作為一個本地的軟件解決方案進(jìn)行部署的。新的基于云的管理解決方案將位于云端，它可以幫助用戶從范圍更廣的基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備中收集海量的數(shù)據(jù)，而且，該軟件管理平臺可以實現(xiàn)單個，數(shù)百個，或者上千個大型或小型數(shù)據(jù)中心的物理基礎(chǔ)設(shè)施管理。

　　這些新的系統(tǒng)通常被稱作數(shù)據(jù)中心管理即服務(wù)(Data center management as a service - DMaaS)，它們可以通過大數(shù)據(jù)分析來幫助用戶實現(xiàn)預(yù)測性的決策，從而減少意外事件或宕機(jī)時間，同時，也比傳統(tǒng)的DCIM解決方案要快的多。作為基于云的管理軟件，該軟件可利用“數(shù)據(jù)資源池”進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集和存儲，進(jìn)行趨勢的分析，從而可以幫助數(shù)據(jù)中心用戶從戰(zhàn)略的層面來進(jìn)行業(yè)務(wù)的規(guī)劃。

　　基于云的管理軟件還簡化了對新設(shè)備部署的要求，以及升級現(xiàn)有安裝的各項任務(wù)，而且可以在多個不同的地點進(jìn)行軟件的更新。因為，對站點逐個進(jìn)行管理升級，特別是對于邊緣數(shù)據(jù)中心，采用本地的管理軟件是非常具有挑戰(zhàn)性的。

　　新趨勢之五：超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的建設(shè)對部署周期要求越來越高

　　我們認(rèn)為數(shù)據(jù)中心市場對云計算的需求既不會減弱也不會放緩。2019年它將加速發(fā)展，這意味著網(wǎng)絡(luò)巨頭或者托管服務(wù)供應(yīng)商會通過建造超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心來增加更多的計算能力。但是，數(shù)據(jù)中心市場將驅(qū)使他們越來越快的來建造這些設(shè)施，也就是說，10到100兆瓦的數(shù)據(jù)中心項目需要在不到一年的時間里完成從設(shè)計，建造到運營。

　　為了解決用戶在不斷變革的市場環(huán)境下所面臨的各種挑戰(zhàn)，以施耐德電氣為領(lǐng)導(dǎo)者的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施解決方案供應(yīng)商通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新，將為用戶提供以下五大技術(shù)解決方案：

　　技術(shù)解決方案之一：邊緣計算解決方案

　　隨著邊緣計算的發(fā)展，施耐德電氣認(rèn)為過去對單個數(shù)據(jù)中心可用性的理解是不夠的，我們需要轉(zhuǎn)變觀念，應(yīng)該站在用戶體驗的角度去看待可用性這個問題，只要是用戶的應(yīng)用或網(wǎng)絡(luò)的中斷，比如：無法連接APP的應(yīng)用，都應(yīng)該被稱為故障。因此，我們需要一個應(yīng)該包含空調(diào)、UPS、監(jiān)控、IT設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、存儲等設(shè)備在內(nèi)高可用性的邊緣數(shù)據(jù)中心。

　　同時，我們認(rèn)為要實現(xiàn)邊緣數(shù)據(jù)中心的大規(guī)模部署需要解決三個問題，第一，我們需要建立一個包括用戶、系統(tǒng)集成商、物理基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商、IT設(shè)備制造商以及管理服務(wù)供應(yīng)商在內(nèi)的相互協(xié)作的生態(tài)系統(tǒng)；第二，我們需要部署基于云的管理工具來實現(xiàn)數(shù)百甚至上千的邊緣數(shù)據(jù)中心的智能化管理；第三，我們需要通過大數(shù)據(jù)分析和人工智能來向科技要人力來解決人力資源不足等挑戰(zhàn)，以實現(xiàn)無人值守的運維管理。

　　技術(shù)解決方案之二：液冷解決方案

　　目前主要有兩種液冷解決方案，一是芯片級液冷，二是浸沒式的液冷。芯片級液冷有時也被稱作冷板式液冷。這兩種液冷各有優(yōu)缺點，冷板式可以對絕大多數(shù)的傳統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行翻新，缺點是其他的部件仍然需要傳統(tǒng)的房間空調(diào)進(jìn)行冷卻。浸沒式的優(yōu)點是消除了對傳統(tǒng)服務(wù)器風(fēng)扇的需求，但需要對服務(wù)器主板進(jìn)行重新的設(shè)計。

　　為了量化這兩種液冷與傳統(tǒng)冷凍水系統(tǒng)之間的對比，施耐德電氣從數(shù)據(jù)中心、樓宇的角度進(jìn)行了投資成本和運行成本的分析。發(fā)現(xiàn)浸沒式液冷相對于冷板式液冷在TCO方面是占優(yōu)的，如果單獨從制冷系統(tǒng)的節(jié)能角度來看，冷板式液冷可以節(jié)省15%以上，浸沒式可以節(jié)省57%以上。如果從整個數(shù)據(jù)中心能耗的角度來看，冷板式可以節(jié)省5%年度能耗，浸沒式可以節(jié)省15%。

　　冷卻液對于實現(xiàn)液冷的應(yīng)用非常的關(guān)鍵，我們認(rèn)為關(guān)于冷卻液的討論主要集中在冷卻液的價格、與IT設(shè)備的兼容性，還有傳熱特性，對環(huán)境的影響，以及需要要從整個生命周期的角度去考慮問題。如果想要在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行大規(guī)模液冷的部署，必須要克服的幾個問題包括需要對服務(wù)器主板進(jìn)行重新的設(shè)計，另外一個就是需要對數(shù)據(jù)中心從系統(tǒng)的角度進(jìn)行重新的設(shè)計，尤其是數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)，當(dāng)機(jī)柜功率密度高達(dá)幾十個千瓦時怎么來進(jìn)行供配電的設(shè)計，這是一個非常具有挑戰(zhàn)性的思考。

　　技術(shù)解決方案之三：鋰電池技術(shù)解決方案

　　鋰電池的能量密度是鉛酸電池的3倍以上，如果缺乏合理的電氣保護(hù)設(shè)計和BMS管理，鋰電池失控所帶來的后果將遠(yuǎn)大于鉛酸電池。但是，我們可以通過以下四個方面來解決這個問題，第一，通過高質(zhì)量的生產(chǎn)工藝管控來保證電芯的高品質(zhì)和高度一致性；第二，通過完善的BMS設(shè)計來實現(xiàn)電芯充放電的安全；第三，選擇合適的鋰電池化學(xué)材料，比如磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳三元里技術(shù)。第四，進(jìn)行鋰電池與UPS的兼容性測試。

　　在云計算模式下，服務(wù)器的功耗將更加的動態(tài)，十年以前，服務(wù)器滿載與空閑時的功耗大約為1:2，而現(xiàn)在它們兩者間的比值可以高達(dá)1:9，如果按照峰值進(jìn)行供配電系統(tǒng)的設(shè)計，投資成本是巨大的，所以，很多數(shù)據(jù)中心設(shè)計人員都在討論能否采用軟件和儲能的手段來實現(xiàn)削峰/去毛刺，從而實現(xiàn)供配電系統(tǒng)的降容設(shè)計。同時，也可以通過儲能和峰谷電價差來降低運營成本。

　　柴油發(fā)電機(jī)的投資成本占到數(shù)據(jù)中心物理基礎(chǔ)設(shè)施投資成本的10%以上，同時用戶還面臨噪音，污染，較長的部署周期等挑戰(zhàn)。調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，柴發(fā)的平均運行時間為173分鐘，也就是說我們有超過50%以上的柴發(fā)運行時間小于3個小時。施耐德推演了隨著鋰電池價格的不斷降低，到2020年的時候，2.5個小時的鋰電池后備系統(tǒng)將與柴發(fā)具有同等的投資成本，因此，我們認(rèn)為，通過鋰電池儲能集裝箱來部分取代柴油發(fā)電機(jī)也是可行的。

　　實現(xiàn)鋰電池儲能的關(guān)鍵在于電池系統(tǒng)的管理和軟件方面的控制，鋰電池可以通過其自帶的三級BMS(電池管理系統(tǒng))來實現(xiàn)對每一只電芯、模組、機(jī)架和系統(tǒng)進(jìn)行在線智能管理，數(shù)據(jù)中心運維人員可以通過BMS實時了解電池的電氣狀態(tài)和健康趨勢。軟件管理將是實現(xiàn)風(fēng)光儲能，電網(wǎng)調(diào)峰，UPS后備電源在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的關(guān)鍵。

　　技術(shù)解決方案之四： DMaaS解決方案

　　從本質(zhì)上來講，數(shù)據(jù)中心是非常復(fù)雜的系統(tǒng)，因為需要管理電力和制冷基礎(chǔ)設(shè)施與IT設(shè)備的交互，同時最小化總運行成本。對于數(shù)據(jù)中心持續(xù)運行并最小化停機(jī)時間的需求持續(xù)增加。當(dāng)出現(xiàn)問題時，我們期望管理系統(tǒng)提供必要的關(guān)鍵信息以解決此問題，并分析根本原因以防止再次發(fā)生?？梢园l(fā)現(xiàn)，這個行業(yè)已經(jīng)演變成兩種數(shù)據(jù)中心管理方法。一種方法是利用“特定領(lǐng)域”系統(tǒng)進(jìn)行電源、冷卻和白區(qū)的管理。第二種方法更為“本土”，其中基于SCADA類型的系統(tǒng)被定制化編程以履行管理職責(zé)。每種方法都有其優(yōu)點和缺點，然而，我們相信這兩種方法在未來都將面臨局限性，并將需要新方法對其加以解決，以充分發(fā)揮基于云的工具和大數(shù)據(jù)分析的潛力。

　　作為DMaaS市場的早期參與者，施耐德電氣可以利用其數(shù)據(jù)中心多年的實踐經(jīng)驗挖掘出大量數(shù)據(jù)，其中包括設(shè)計和建造數(shù)據(jù)中心、樓宇管理、配電，以及供電和散熱服務(wù)等。施耐德電氣面向數(shù)據(jù)中心的EcoStruxure架構(gòu)，是開放的、可互操作的、基于物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)與平臺，可為數(shù)據(jù)中心客戶在安全性、可靠性、效率、可持續(xù)性和互聯(lián)互通方面提供更高價值。并通過利用了先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)、移動、傳感、云、分析和網(wǎng)絡(luò)安全等技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)在互聯(lián)互通的產(chǎn)品、邊緣控制，以及應(yīng)用、分析與服務(wù)三個層面的全面創(chuàng)新。

　　互聯(lián)互通的產(chǎn)品是物聯(lián)網(wǎng)智能運行的基礎(chǔ)，施耐德電氣的第一信念是以創(chuàng)新為核心，生產(chǎn)偉大的互聯(lián)互通的產(chǎn)品。在互聯(lián)互通的產(chǎn)品層，從數(shù)據(jù)中心和周圍建筑的各種連接傳感器和眾多供應(yīng)商設(shè)備(UPS、PDU、配電和制冷系統(tǒng)等)收集數(shù)據(jù)。在邊緣控制層，無論是在建筑物級別，還是在IT系統(tǒng)或配電系統(tǒng)，EcoStruxure 邊緣控制均可使客戶實現(xiàn)本地控制和監(jiān)測，并自主地對任何警報進(jìn)行監(jiān)測并采取行動。在應(yīng)用、分析與服務(wù)層，則可通過遠(yuǎn)程數(shù)字化平臺分析數(shù)據(jù)，使用人工智能提取信息，為預(yù)防性維護(hù)、能源效率和其他工作，提供可執(zhí)行的情報信息。

　　即使數(shù)據(jù)中心所有者采用各種設(shè)備和軟件平臺，EcoStruxure依然能夠讀取所有健康和狀態(tài)的數(shù)據(jù)。然后，數(shù)據(jù)中心所有者可以與客戶共享這些數(shù)據(jù)。通過EcoStruxure架構(gòu)和平臺，施耐德電氣將為客戶整體業(yè)務(wù)提供高可用性、高效的產(chǎn)品和服務(wù)，通過預(yù)測分析和可操作的智能驅(qū)動更多價值，優(yōu)化業(yè)務(wù)，并帶來更多回報。

　　技術(shù)解決方案之五： 超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心解決方案

　　采用預(yù)制化、模塊化的撬塊將是實現(xiàn)超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心對建設(shè)周期高要求的關(guān)鍵保障。供配電撬塊將兆瓦級的UPS，開關(guān)柜以及管理軟件在工廠提前進(jìn)行預(yù)制。這些預(yù)制的模塊都會經(jīng)過預(yù)先的測試，在到達(dá)數(shù)據(jù)中心建設(shè)現(xiàn)場之后，即可實現(xiàn)可靠的，“即插即用”的部署。因為在某些地區(qū)，這些供配電設(shè)備的供貨周期可長達(dá)12個月，采用預(yù)制模塊化方案可以實現(xiàn)按時交付，消除了設(shè)計和施工階段的任何可能的時間延誤。

　　同時，也可以認(rèn)為數(shù)據(jù)中心的計算能力將變得更加模塊化，可快速實現(xiàn)按需部署。施耐德電氣已經(jīng)開發(fā)出了與機(jī)柜實現(xiàn)同時部署的支持系統(tǒng)模塊部署模式，已經(jīng)被全世界各地的許多托管數(shù)據(jù)中心所使用。在這種解決方案中，獨立于基礎(chǔ)設(shè)施的框架結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)將預(yù)裝IT設(shè)備的機(jī)柜快速推入通道封閉系統(tǒng)，大大減少了部署的時間和復(fù)雜性。