沈巍，孫海峰( 上海郵電設(shè)計(jì)咨詢研究院有限公司，上海 00093； 中國移動(dòng)通信集團(tuán)上海有限公司，上海 00060)

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微模塊數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)研究

沈巍1，孫海峰2
(1 上海郵電設(shè)計(jì)咨詢研究院有限公司，上海 200093；2 中國移動(dòng)通信集團(tuán)上海有限公司，上海 200060)

摘 要本文簡要介紹了數(shù)據(jù)中心微模塊的發(fā)展背景、發(fā)展歷史與組成部分，分析微模塊數(shù)據(jù)中心與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的差異，研究討論規(guī)劃設(shè)計(jì)微模塊數(shù)據(jù)中心時(shí)的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞數(shù)據(jù)中心；微模塊；節(jié)能減排

隨著國民經(jīng)濟(jì)加強(qiáng)，互聯(lián)網(wǎng)浪潮的到來，以及4G時(shí)代的來臨，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心需求旺盛，已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)高速建設(shè)發(fā)展的階段。有數(shù)據(jù)顯示，2008～2013年，中國數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模增長接近6倍，年均增長超過30%。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)模式遇到的主要難題是：建設(shè)周期長，后端建設(shè)周期與前端市場交付周期已經(jīng)成為普遍的焦點(diǎn)矛盾；靈活性差，一次性建設(shè)模式與分階段使用模式成為矛盾，一旦需求發(fā)生變化，已建成的數(shù)據(jù)中心對新需求無所適從；投資運(yùn)營成本高，使得數(shù)據(jù)中心的經(jīng)濟(jì)效益與期望值還存在差距。數(shù)據(jù)中心業(yè)界急需能夠更快部署、具有彈性、更加節(jié)能的設(shè)計(jì)與解決方案。微模塊數(shù)據(jù)中心正是為了解決這些問題而應(yīng)運(yùn)而生。

本文擬介紹微模塊數(shù)據(jù)中心的組成部分、發(fā)展歷程與主要特點(diǎn)，并分析探討微模塊與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)機(jī)房建設(shè)模式等方面的差異對比。結(jié)合實(shí)例研究討論規(guī)劃設(shè)計(jì)微模塊數(shù)據(jù)中心時(shí)的重點(diǎn)。

1　微模塊的組成與發(fā)展歷程

1.1 微模塊的組成(如圖1所示)

圖1　微模塊的組成示意圖

微模塊（Micro Module）指以若干機(jī)架為基本單位，包含制冷模塊、供配電模塊、以及網(wǎng)絡(luò)、布線、監(jiān)控、消防在內(nèi)的獨(dú)立的運(yùn)行單元。該模塊全部組件可在工廠預(yù)制，并可靈活拆卸，快速組裝。微模塊可作為一個(gè)獨(dú)立的小型數(shù)據(jù)中心快速部署投入使用。

根據(jù)專業(yè)，微模塊可以分為IT機(jī)柜、供電、制冷和監(jiān)控四大功能單元。

1.1.1 微模塊的IT機(jī)柜單元

標(biāo)準(zhǔn)微模塊通常設(shè)置若干個(gè)（具體數(shù)量可根據(jù)需求和現(xiàn)場條件定制）標(biāo)準(zhǔn)IT機(jī)柜，分兩列放置，采用封閉冷通道設(shè)計(jì)。IT機(jī)柜的尺寸為寬600 mm，深1 200 mm，高52 U。單機(jī)柜的平均功耗為6 kW，峰值功耗為8kW。

微模塊采用上走線形式，走線架位于機(jī)柜上部，強(qiáng)電、弱電隔離；冷凍水管路、冷凝水管采用下走管，從底座下方連接冷量分配單元及各精密空調(diào)。

1.1.2 微模塊的供電單元

微模塊的供電單元包括不間斷供電柜（可選擇模塊化UPS或者240 V直流供電系統(tǒng)）、電池柜和配電頭柜。為了在不降低系統(tǒng)可用性的前提下降低PUE，通常采用1路市電+1路240 V直流的方式為IT機(jī)柜供電。

1.1.3 微模塊的制冷單元

微模塊的制冷單元包括一套冷量分配單元和若干個(gè)列間空調(diào)。冷量分配單元主要由主進(jìn)水管、主出水管、球閥、法蘭、支架組成，其作用為將供給微模塊的冷凍水分配到各個(gè)精密空調(diào)，可通過球閥對每路供水、出水進(jìn)行關(guān)斷維護(hù)。列間精密空調(diào)尺寸為寬300 mm，深1 200 mm，與IT機(jī)柜同高。空調(diào)正面水平送風(fēng)，背面回風(fēng)，背面安裝便于更換的G4等級過濾器。

1.1.4 微模塊的監(jiān)控單元

微模塊設(shè)置24h不間斷運(yùn)行的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，包括環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)、安全防范子系統(tǒng)以及視頻監(jiān)控子系統(tǒng)。

環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)監(jiān)控包括溫濕度監(jiān)測和漏水監(jiān)測；設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)包括不間斷電源系統(tǒng)和綜合配電柜檢測、空調(diào)系統(tǒng)檢測；安全防范子系統(tǒng)包括消防控制系統(tǒng)監(jiān)測。視頻監(jiān)控子系統(tǒng)系統(tǒng)包括微模塊內(nèi)監(jiān)視。

1.2 微模塊的發(fā)展歷史

微模塊是由集裝箱數(shù)據(jù)中心演化而來的室內(nèi)模塊化數(shù)據(jù)中心。

Sun最早提出集裝箱數(shù)據(jù)中心的概念，并于2006年秋季推出了全球首個(gè)集裝箱數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品：Blackbox。其概念是將固定混凝土殼子里的設(shè)備移植到可移動(dòng)的鋼殼子內(nèi)，形成了可移動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品化的數(shù)據(jù)中心。隨后，微軟、HP、思科、DELL等公司紛紛推出了集裝箱數(shù)據(jù)中心的產(chǎn)品。

由于成本等原因，集裝箱數(shù)據(jù)中心并沒有在大型數(shù)據(jù)中心中廣泛應(yīng)用起來。2010年，Google公司在建設(shè)其最新的數(shù)據(jù)中心時(shí)，采用了微模塊的概念。即將集裝箱數(shù)據(jù)中心的標(biāo)準(zhǔn)貨柜外殼去除，將其內(nèi)部組件作為一個(gè)獨(dú)立的模塊化單元在室內(nèi)進(jìn)行安裝建設(shè)。

國內(nèi)推動(dòng)微模塊發(fā)展和應(yīng)用的主要是騰訊等互聯(lián)網(wǎng)公司，他們協(xié)同三大運(yùn)營商，在2010年開始概念設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，2011～2013年開始試點(diǎn)建設(shè)，2014年起開始大規(guī)模推廣使用。

2　微模塊與傳統(tǒng)機(jī)房建設(shè)模式的對比

2.1 平面布局

微模塊簡化了平面布局難度，不需要根據(jù)事先的計(jì)算和排列來劃分主機(jī)房、電力室、空調(diào)機(jī)房的分隔比例，只需要較規(guī)整的大空間即可。由于電力室的承重要求為16 kN/m2，主機(jī)房和空調(diào)機(jī)房的承重要求為10 kN/m2，因此，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)機(jī)房模式一旦將不同功能區(qū)域劃定，就很難進(jìn)行變更，除非進(jìn)行加固等增加工期和投資的措施。而微模塊模式則靈活的多，而且更方便分期按需建設(shè)。

其次，微模塊節(jié)省了機(jī)房空間，降低了單機(jī)柜占地面積。主要原因有兩點(diǎn)，采用了列間空調(diào)，縮短了機(jī)柜正面的冷通道的間距；將電力室、空調(diào)機(jī)房、主機(jī)房3個(gè)功能區(qū)域合而為一，減少了走道的數(shù)量。

2.2 建設(shè)周期

微模塊建設(shè)數(shù)據(jù)中心可以節(jié)省建設(shè)周期約6周時(shí)間。主要原因是微模塊采用工廠預(yù)制的方式，是一種標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品化的數(shù)據(jù)中心，工程界面清晰，現(xiàn)場安裝比較簡便。而傳統(tǒng)數(shù)據(jù)機(jī)房模式需要分別采購電源、空調(diào)、機(jī)柜等不同專業(yè)屬性的設(shè)備，然后通過多個(gè)交叉工程實(shí)現(xiàn)建設(shè)交付，不僅建設(shè)周期會(huì)更長，而且工程質(zhì)量也不易保證。

2.3 投資與運(yùn)營成本

微模塊模式比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)機(jī)房模式在投資上可以節(jié)省約3%～5%的費(fèi)用。主要原因是微模塊模式比較節(jié)省機(jī)房面積，因此可以節(jié)省一定的裝修費(fèi)用；微模塊采用工廠預(yù)制的模式，有利于廠家壓縮成本，有利于節(jié)省工程材料和施工費(fèi)用。隨著微模塊生產(chǎn)廠家的增加，相關(guān)技術(shù)的成熟，市場需求量的增加，相信微模塊產(chǎn)品的價(jià)格將會(huì)隨之下降。

上海地區(qū)大型傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的PUE約在1.6左右，根據(jù)計(jì)算，采用微模塊模式的數(shù)據(jù)中心可將PUE降低到1.5以下，PUE可以下降6%～8%。微模塊在節(jié)能減排上更具優(yōu)勢的主要原因是采用1路240 V直流+1路市電的供電模式，降低了供電系統(tǒng)的損耗；采用列間空調(diào)+冷池的制冷模式，縮短了送風(fēng)距離，優(yōu)化了氣流組織，從而降低了空調(diào)的能耗；微模塊的顆粒度小于傳統(tǒng)機(jī)房，使得空調(diào)末端的制冷量與模塊內(nèi)設(shè)備發(fā)熱量匹配度更高，從而減少過度制冷發(fā)生的情況。

3　微模塊數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃設(shè)計(jì)重點(diǎn)

3.1 對土建的需求

微模塊數(shù)據(jù)中心在進(jìn)行土建規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的主要不同在于微模塊在大空間隔斷下面積利用率更高，因此，無需實(shí)現(xiàn)將建筑空間分隔成電力室、空調(diào)機(jī)房、主機(jī)房等，只需要?jiǎng)澐只A(chǔ)設(shè)施層與微模塊層。這樣今后機(jī)房投入使用時(shí)能更加靈活的按需分期建設(shè)，分批使用；微模塊部件內(nèi)包含蓄電池，因此對承重要求較高，建議樓板承重不小于12 kN/m2；微模塊采用列間空調(diào)方式，可以節(jié)省活動(dòng)地板下送風(fēng)靜壓箱的空間，從而降低對建筑層高的需求。

3.2 對配套機(jī)電基礎(chǔ)設(shè)施的需求

微模塊數(shù)據(jù)中心的電源、空調(diào)基礎(chǔ)設(shè)施在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮的重點(diǎn)：根據(jù)業(yè)務(wù)需求規(guī)劃微模塊顆粒度，根據(jù)微模塊顆粒度規(guī)劃配套機(jī)電基礎(chǔ)設(shè)施的預(yù)留接口、開關(guān)大?。慌涮讬C(jī)電基礎(chǔ)設(shè)施的可用性應(yīng)與微模塊的可用性匹配一致，如市電、油機(jī)的冗余配置，冷源、蓄冷的備份方式等；機(jī)電基礎(chǔ)設(shè)施與微模塊之間應(yīng)界面清晰，易于連接，便于維護(hù)，具有一定的擴(kuò)展性，應(yīng)事先規(guī)劃機(jī)電基礎(chǔ)設(shè)施的管線路由與接口。

3.3 工程設(shè)計(jì)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的配合

微模塊數(shù)據(jù)中心將原先完整數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設(shè)計(jì)分割成了基礎(chǔ)設(shè)施的工程設(shè)計(jì)與微模塊產(chǎn)品本身的產(chǎn)品設(shè)計(jì)兩個(gè)部分，前者通常由設(shè)計(jì)院完成，后者由微模塊生產(chǎn)廠商完成。因此，工程設(shè)計(jì)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)之間的互相合作，無縫銜接尤其重要。一方面，工程設(shè)計(jì)方需要將詳細(xì)準(zhǔn)確的業(yè)務(wù)需求、微模塊尺寸、設(shè)備功耗、布線密度、冗余模式、甚至外觀顏色等細(xì)節(jié)要求提給產(chǎn)品設(shè)計(jì)方，另一方面，產(chǎn)品設(shè)計(jì)方需要將微模塊產(chǎn)品的具體參數(shù)、對土建以及基礎(chǔ)設(shè)施的需求提給工程設(shè)計(jì)方，雙方可能需要多次溝通協(xié)商，才能完成各方面匹配度最優(yōu)的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案。

Brief analysis of data center micro module design

SHEN Wei1, SUN Hai-feng2
(1 Shanghai Posts & Telecommunications Designing Consulting Institute Co., Ltd., Shanghai 200092, China; 2 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd.,Shanghai 200060, China)

AbstractBriefly introduce the idea of data center micro module, its background, development history and components. Analysis difference between micro module and traditional data center. Research the key point to micro module plan and design.

Keywordsdate center; micro module; energy effi ciency

收稿日期：2015-11-03

中圖分類號TN915

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號1008-5599（2016）02-0054-03