其中一些數據中心是真正的龐然大物。世界上就可用電源和冷卻系統能力而言規模最大的數據中心是斯維奇通訊集團(Switch Communications Group)建在拉斯維加斯的SuperNap-7，這個主機托管設施占地面積多達407000平方英尺(37811平方米，即3.78公頃)。由于云計算推動市場需要高密度主機托管，于是斯維奇宣布計劃將數據中心場地擴大到220萬平方英尺(204387平方米，即20.4公頃)，從2013年5月開張的SuperNAP-8入手，隨后在2014年破土興建SuperNAP-9。
斯維奇在拉斯維加斯的SuperNAP設施大樓計劃擴大面積，數據中心場地總面積將達到220萬平方英尺(204387平方米)。圖片來源：斯維奇通訊集團
今日，“數據中心用戶”既包括亞馬遜和谷歌之類的大型IT基礎設和服務提供商，又包括連接到互聯網的任何企業用戶或消費者。然而，出于本文的需要，典型用戶是建有內部數據中心的企業里面的IT管理員――其數據中心同時運行傳統企業應用軟件和已經在使用一些云服務(最可能是SaaS應用程序)的虛擬化工作負載，該用戶正在考慮下一步：是擴增內部容量，將更多的工作負載移到公有云，還是采用混合策略？
由于“云”(即外包和外部的)基礎設施、服務和應用程序日益得到使用，數據中心的使用目前正在經歷一場巨變。據思科公司聲稱，到2016年，所有數據中心流量中近三分之二(64%)將在云數據中心，而不是在“傳統”(即內部)數據中心加以處理。相比之下，在2011年，61%的流量在傳統數據中心加以處理，只有39%在云數據中心處理。
數據中心的設計和構建
典型的數據中心是一幢工業大樓，它為放置IT設備以及所有必要的配電、冷卻、布線、消防和物理安全系統提供了所需的場地。數據中心通常建在電力和土地成本較低的地區，但又有足夠的人力以便為數據中心配備人手(除非是所謂的“無人值守”數據中心，這類數據中心實現遠程管理，幾乎不需要現場工作人員。)
根據工作負載，Uptime Institute這家數據中心行業聯盟按照四級層次體系對數據中心進行分類，并由電信行業協會(TIA)對數據中心進行認證(TIA-942標準)。該標準為每個層次規定了達到既定可用性級別所需要的架構、安全、機制和電信要求：第一層次是99.671%(每年停運時間不超過28.8小時);第二層次是99.741%(每年停運時間不超過22小時);第三層次是99.982%(每年停運時間不超過1.6小時);第四層次是99.995%(每年停運時間不超過0.4小時)。
與數據中心有關的另一個被廣泛引用的數字是PUE，即電力使用效率。PUE由綠色網格聯盟(Green Grid)首創，它是指數據中心使用的總電力與IT設備使用的電力之比。理想的PUE比是1.0，實際值從2.5以上到1.1左右不等(見下圖)。考慮到其數據中心運營的規模之大，谷歌在電力使用效率方面居于領先不足為奇：這家搜索巨擘聲稱其所有數據中心的“綜合”PUE早在2012年第四季度就達到了1.12(之所以稱為“綜合”，是由于谷歌計入所有電力開銷來源，而且一年到頭進行測量)。表達PUE的另一個方式就是使用其倒數，即所謂的數據中心基礎設施效率(DCiE)。谷歌在這個度量指標方面的得分是0.893，即89.3%。
為了解數據中心領域的情況，Uptime Institute在2011年就啟動了一年一度的調查。其在2012年3月份/4月份開展的《2012年數據中心行業調查》對來自北美(50%)、歐洲(23%)、亞洲(14%)和中美/南美(7%)的1100名數據中心管理員、IT管理員和高層主管進行了調查。
調查的重要發現結果包括：30%的調查對象預計數據中心容量在2012年就用完;大多數計劃通過合并服務器和升級數據中心基礎設施，讓現有的數據中心繼續正常運行。與2011年的調查相比，2012年計劃新建數據中心的調查對象要少10%，計劃將更多的工作負載轉移到云端的卻多10%。
這項調查發現，促使人們采用云服務的主要驅動因素包括降低成本(27%)、可擴展性(23%)、客戶/用戶需求(13%)以及部署速度(13%)。阻礙人們采用云服務的主要因素有安全顧慮(64%)、合規/監管問題(27%)、成本(24%)以及企業內部缺少云計算管理專長(20%)。
Uptime Institute還發現，企業組織在2012年對PUE的測量比2011年來得更精確，普遍反映PUE有所下降，處于1.8-1.89這個范圍。節電策略主要包括：熱通道/冷通道遏制和活動地板進氣溫度(在IT設備風扇電力和冷卻能源之間找到理想的折中點)。
Uptime Institute的《2012年數據中心行業調查》聲稱，來自其1100名調查對象的PUE(電力使用效率)數值差異很大。只有6%的調查對象聲稱PUE低于1.3。圖片來源：Uptime Institute
該調查指出的其他趨勢包括：大家對預制模塊化數據中心或部件的興趣加大(9%已部署，8%計劃部署，41%考慮部署);開始部署數據中心基礎設施管理(DCIM)工具(下文對這些趨勢會有詳細介紹)。
有多少數據？
有多少數據流經全球的大小數據中心，這方面趨勢又如何？自2011年以來思科的年度全球云指數(GCI)就解答了這個問題。在2012年報告中，思科使用來自10大企業和互聯網數據中心的網絡數據，預測：到2016年，全球數據中心流量每月將達到554艾字節(EB)。順便說一下，1艾字節= 1000拍字節(PB)= 1000000太字節(TB)。以年度計，這從2011年的1.8澤字節(ZB)猛增到6.6ZB，年復合增長率達到31%：
預計到2016年數據中心流量增長情況(1澤字節= 1000艾字節)。圖片和數據來源：思科全球云指數
所有這些數據來自哪里？思科將數據中心流量(包括企業和消費者)分為三大類：仍在數據中心里面的流量，在數據中心之間傳輸的流量，以及通過互聯網或IP廣域網從數據中心傳輸到用戶的流量。據思科聲稱，大部分流量(76%)是仍在數據中心里面的這種流量。
只有17%的數據中心流量估計從數據中心傳輸到用戶。圖片和數據來源：思科全球云指數
如果考慮到服務器的工作負載，向云遷移的勢頭一目了然，思科估計2016年安裝的工作負載會有1.806億個，部署在云數據中心和傳統數據中心的分別是62%和38%;相比之下，在2011年的7110萬個工作負載中，部署在云數據中心和傳統數據中心的分別是30%和70%。
預計到2016年服務器工作負載的位置(服務器工作負載的定義是服務器為運行應用程序和支持眾多用戶所處理的任務)。圖片和數據來源：思科全球云指數。
云數據中心中每臺物理服務器的工作負載平均數量預計會從2011年的4.2個增加到2016年的8.5個;至于傳統數據中心中使用效率較低的服務器，2011年和2016年估計和預測的數字分別是1.5個和2個。
思科還預測基于云的工作負載的區域分布會出現“權力交接”：2011年，北美遙遙領先，在2140萬個工作負載中占37.8%，亞太地區占31.3%;到2016年，亞太地區預計會在1.121億個工作負載中占36.2%，而北美退居次席，占26.4%。
有一點很清楚，在可預測的未來，企業組織會混合使用內部IT基礎設施和外包IT基礎設施;而一大根本性趨勢就是，位于公有云數據中心的服務的使用量會增加，在亞太地區更是如此。
重新考慮數據中心
那么如何設計出更高效、更具擴展性、更靈活和更安全的數據中心呢？具體來說，IT服務提供商如何才能降低構建成本，獲得更接近1.0的PUE，提高每瓦特計算能力，為用戶縮短延遲以及減少碳排放量;首先是，它們如何更有效地管理這些復雜系統？下面是影響21世紀的數據中心(又叫數據中心2.0)的幾個趨勢。
微服務器
就某些種類的大批量、低計算能力工作負載(比如網頁服務、搜索引擎查詢執行或并行數據處理任務)，微服務器這一類新的服務器可能占用比基于至強或皓龍的傳統企業服務器更少的數據中心場地、耗用更少的電力。
惠普是新興微服務器領域的領導廠商之一，它早已啟動了Project Moonshot。第一臺Moonshot服務器早在2011年11月份宣布，這是基于ARM的片上系統(SoC)平臺，名為Redstone。惠普將它作為一個演示系統安裝在其發現實驗室(Discovery Lab)。據惠普聲稱，Redstone開發服務器平臺基于現有的ProLiant SL6500機箱，其服務器托盤可以同時容納計算盒和存儲盒，提供了四倍于傳統ProLiant服務器的密度(每個托盤最多可容納72個計算節點，即每個4U機箱容納288個計算節點)，同時耗電量卻只有十分之一。
惠普的首批Gemini服務器是該公司的Project Moonshot的一部分，它們基于英特爾的低功耗凌動S1200(Centerton)處理器。圖片來源：惠普
2012年6月份，惠普改變方向，宣布首批量產的Moonshot微服務器(代號為Gemini)將使用基于英特爾“Centerton”凌動處理器的計算盒，具體是標稱TDP(熱設計功率)為6.1瓦至8.5瓦的凌動S1200系列。Gemini服務器早在2013年第二季度發布。不過，ARM在Moonshot的藍圖中絕對占有重要地位：惠普的Pathfinder合作伙伴計劃旨在幫助廠商們針對Moonshot平臺從事開發，最新成員是德州儀器公司及其基于ARM的(Cortex-A15 MPCore)Keystone II SoC。不過，至于基于Keystone II的計算盒會不會出現在未來的一代Gemini服務器中，那還是個未知數。
當然其他廠商也參與其中，尤其是戴爾及其基于ARM的Copper服務器。而早些年AMD收購微服務器廠商SeaMicro，以夯實其數據中心服務器解決方案業務。SeaMicro支持凌動的SM15000服務器早已獲得了Cloudera的CDH4認證，這是廣泛部署的用于大數據分析應用的Apache Hadoop發行版。
雖然微服務器是值得關注的動向，但它們并不適用于所有種類的工作負載，不太可能很快就會在數據中心領域掀起一場革命。比如說，調研公司IHS iSuppli預測，到2016年年底，微服務器的出貨量將只有120萬臺――僅占整個服務器市場的10%。
固態存儲
快速低功耗防震抗摔的固態存儲設備在客戶端設備中很常見，比如智能手機中的閃存以及平板電腦和超極本中的固態硬盤。固態硬盤陣列也日益進入到數據中心，它們的性能和電源效率特別吸引人。然而與微服務器一樣，固態存儲并非普遍適用于這種環境。
阻礙企業大規模采用固態硬盤的主要因素是價格;雖然價格在下跌，但仍比基于硬盤的傳統解決方案高出一大截。固態硬盤的另一個潛在問題是“寫入耐久性”有限――超過P/E(編程/擦寫)周期的最大數量后，非易失性NAND閃存塊就會出現故障。英特爾借助其HET(高耐久技術)解決了這個問題，這項技術結合了硬件和固件方面的改進，以加強企業級固態硬盤的耐久性。HET包括“后臺數據刷新”，這在非活動期間轉移數據，以避免讀取活動頻繁的區域。
固態硬盤陣列對數據庫請求的響應速度比基于硬盤的陣列(左邊)快得多;而且，固態硬盤的工作溫度也要低得多(右邊)。圖片來源：英特爾
在英特爾的測試中(見上圖)，首先在對照環境中，然后在生產數據中心(運行安全合規數據庫)中，相比同類的基于硬盤的企業級(1.5萬轉速)存儲系統，固態硬盤陣列具有下列優點：處理隨機性磁盤輸入/輸出任務時，性能最多提升5倍;縮短了讀取/寫入延遲(最多分別縮短了10倍/7倍)，縮短了最大延遲(最多縮短8倍);更快地從閑置狀態切換至活動狀態;磁盤容量占滿時，尋道時間并不延長;耗電量減少50%，另外散熱量減少三分之一。英特爾還表示，由于下列優點，固態硬盤解決方案較高(高出3倍)的初始成本值得投入：縮短了IT人員處理棘手的輸入/輸出隊列深度的時間;記錄監控數據方面沒有積壓(消除了潛在的合規問題);減少了打補丁系統的延遲;為處理3年至5年的工作負載提供了性能和容量保障;比傳統SAN或NAS解決方案更簡單的安裝。
企業級固態硬盤存儲不僅僅適用于基于SATA的陣列(比如EMC新的XtremeIO產品)，還適用于許多廠商的PCI卡，包括Fusion-io和LSI。X-IO采用了一種非傳統方法，這家公司專門制造將固態硬盤和普通硬盤組合在單一存儲池的混合存儲系統;只有在有望大幅提升性能的情況下，其固件(Continuous Adaptive Data Placement)才將數據放在固態硬盤上。據RTW Hosting公司首席執行官Mike Wills聲稱，將傳統SAN換成X-IO等廠商的混合陣列可以提供高出15倍至20倍的性能，另外還能將電源效率提高60%。雖然需要在兼顧讀取/寫入性能和存儲容量方面加以優化，但是分層混合方案也許是出路所在。
軟件定義數據中心
服務器虛擬化和存儲虛擬化是兩個成熟的概念，但是為了獲得最大的數據中心效率和靈活性，IT系統的第三大部分：網絡大概需要經歷一種類似控制層從物理硬件分離的蛻變。軟件定義網絡(SDN)是個新領域，而各大網絡廠商仍在拿出各自的應對方案：EMC旗下的VMware早在2012年7月收購SDN專業公司Nicira就是這方面的一大舉措。
SDN的標準制定和推廣機構是開放網絡基金會(ONF)，其主要手段就是OpenFlow協議。2012年4月份，ONF的創始成員谷歌透露了OpenFlow大規模實施在其數據中心骨干網絡上的細節，該網絡承載這家搜索巨擘的內部流量(谷歌的另一個面向互聯網的骨干網絡承載用戶流量)。
谷歌在其內部骨干網絡上實施的OpenFlow使用了這家搜索巨擘自己制造的網絡交換設備。圖片來源：谷歌
谷歌在部署SDN后得到的好處包括：部署時間更短，能夠用軟件來模擬骨干網絡用于測試，易于升級，大幅提高網絡的利用率(接近100%，而業界平均利用率只有30%至40%)，以及穩定性普遍很高。響應其在服務器方面的策略，谷歌為這個項目建造了自己的網絡交換機――如果谷歌網絡交換機廣泛采用的話，這會讓傳統數據中心網絡設備的廠商們(尤其是思科)惴惴不安。
模塊化數據中心
專門定制的傳統“實體”數據中心建造起來成本高、時間長(容量達到極限后，擴展起來也是如此)。預制模塊化數據中心常常裝入到標準的貨運集裝箱(里面含有服務器、網絡和冷卻設備)，讓公司企業可以迅速添加目前所需的容量；需要增加后，又能夠迅速、經濟高效地部署更多模塊。
之前提到的Uptime Institute調查特別指出，調查對象對預制模塊化數據中心有著濃厚的興趣。不過，這個趨勢顯然處于初期階段：52%的調查對象表示，他們仍在考慮將來擴展數據數據時采用傳統的構建方法，19%在考慮幾乎不使用傳統構建方法的預制部件;與此同時，21%的調查對象表示，完全集裝箱式的數據中心是一個值得關注的選擇。
只有11%的調查對象聲稱自己對模塊化數據中心市場的成熟程度“極有信心”，不過71%同意：“滿足連續幾代IT設備的不斷變化的需求”比“數據中心基礎設施很長的使用壽命”來得更重要。
據惠普聲稱，其模塊化的POD 240a數據中心可放置最多42個機架的行業標準設備，其前期成本是同類傳統數據中心的四分之一，只要12周就能部署完畢。
對于有興趣的那些人來說，市場上有好多廠商在競相提供模塊化數據中心，包括AST、思科、Colt、戴爾、惠普、IBM、IO和東芝等其他廠商。
綠色數據中心
傳統數據中心耗用大量的電力及其他資源(比如冷卻水)。由于數據中心容量勢必會越來越大，企業和服務提供商面臨的壓力是，做好環保工作，減少其數據中心的資源占用量。
受綠色網格啟發的PUE度量指標現已得到廣泛使用和引用，致力于提高電源效率，最先進的數據中心現在其PUE在1.1左右――也就是說，DCiE(數據中心基礎設施效率)為90.9%。
之前提到了幾個趨勢，比如從傳統內部數據中心(服務器利用率低)向現代云數據中心(服務器利用率高)轉型，低功耗微服務器和固態(或混合)存儲系統的使用日益廣泛，以及惠普的POD 240a(被稱為“EcoPOD”)等節電型模塊化數據中心，這些都將有助于打造更節電的數據中心。另一項計劃是Facebook發起的開放計算項目(Open Compute Project)，將推廣簡化的開源服務器及其他IT基礎設施設計，可能也有助于到時候提高數據中心的電源效率，不過就這項計劃而言，現在仍是早期階段。
Verne Global在愛爾蘭的模塊化數據中心使用100%的綠色電力，使用室外空氣而不是制冷設備來冷卻IT設備。圖片來源：ZDNet
說到獲得環保認證，數據中心的位置是需要考慮的一個關鍵要素。比如說，ZDNet在早些年就訪問了建在愛爾蘭的一個模塊化數據中心，運營方Verne Global為其獲得了長期、低成本、100%環保(可再生的水力/地熱發電)的電力供應。愛爾蘭的氣候也適合使用自然冷卻――使用室外空氣來冷卻IT設備，而不是安裝耗電的制冷設備。
一些數據中心的冷卻方案很奇特。比如說，英特爾嘗試將服務器浸在礦物油桶當中。該信息圖總結了英特爾的其他較常規的設計理念：
數據中心基礎設施管理(DCIM)
為了高效地運行IT系統，并且針對未來的數據中心容量做出明智的決策，你就需要關于貴公司中一系列應用程序工作負載的當前數據和預測數據，它們的容量需求，以及在內部運行、在公有云運行或作為混合解決方案而運行的比較成本。要不然，你可能面臨這種風險：不是配置過度、浪費資金，就是配置不足，遇到性能瓶頸和停運事件。這兩種情況都是不合需要的;對IT管理員來說，都會帶來危及飯碗的后果。
可以幫助你收集并解讀這些數據的工具歸數據中心基礎設施管理(DCIM)這個大類。這是個新興卻迅速發展的行業，這個行業有形形色色的解決方案，有的致力于管理數據中心的物理基礎設施(IT硬件、電力和冷卻系統等)，有些較為專業的解決方案不僅提供物理、虛擬和云基礎設施的概要信息，還提供預測分析功能和“假設分析”場景規劃。這后一類解決方案有時被稱為DCPM(數據中心預測建模)。
弗雷斯特調研公司的2012年DCIM解決方案市場概況列出了八大核心功能：清查及發現、維護及變更控制、數據收集、綜合監控及顯示儀表板、警報、控制、趨勢分析，以及能夠設計切實部署的未來解決方案。弗雷斯特公司列出的新興功能包括如下：基于實際使用而非額定使用的電力規劃及容量;可識別使用量的建模;網絡容量建模以及DCIM與常規IT管理工具整合。
弗雷斯特公司列出了三類DCIM廠商：數據中心設施和基礎設施廠商(比如艾默生);IT管理廠商(比如冠群科技)以及系統硬件廠商(比如惠普)。
Sentilla的數據中心性能管理軟件提供了基本的DCIM功能，另外還提供了預測分析功能和“假設分析”場景規劃。這個例子表明了各種服務器升級策略的比較成本。圖片來源：Sentilla
云平臺和開放標準
對大多數公司來說，通向云計算的道路始于內部數據中心，該數據中心通常同時運行傳統的孤立企業應用軟件和虛擬化的“私有云”工作負載。后者常常基于VMware的專有vCloud技術。
說到利用公有云服務，無論是混合云架構中的“云突發”(管理負載激增)還是作為一種全新部署的服務，廠商鎖定問題就會冒出來。誰也不想把IT基礎設施的大部分交給一家廠商的云平臺，要是需要遷移到另一家廠商的云，結果卻發現遷移不了。這是開源云平臺背后的原動力。
最有名的例子是OpenStack，這個基于Linux的開源軟件架構背后有一個大力推廣和治理的OpenStack基金會竭力支持。OpenStack于2010年由主機托管提供商Rackspace和美國宇航局聯手發起，現在得到了業界的廣泛支持，包括思科、戴爾、惠普和IBM等行業巨頭。
其他知名的開源云平臺包括：Apache CloudStack(最初由思杰開發，思杰實現的平臺是CloudPlatform)、Eucalyptus、OpenNebula和DTMF的OVF 2.0。
OpenStack尤其備受關注，定位于作為VMware的主要對手(VMware通過其服務提供商合作伙伴來運行公有云和混合云)。盡管時常上演“云大戰”，但值得一提的是，最大的公有云平臺：亞馬遜網絡服務、谷歌計算引擎和微軟Windows Azure本質上都具有很強的專有性。
一套開放、完全兼容的云軟件平臺和API有望消除阻礙云技術得到更廣泛采用的障礙，讓更多的公司可以獲得相關的好處：隨需應變的自助服務、可以迅速擴展以及透明的價格。
結束語
數據中心是復雜而昂貴的設施，高效運行數據中心需要IT基礎設施管理、能源管理和建筑物管理方面的多項技能。難怪如我們所見，許多公司在日益將這些任務外包出去。
無論你是維護傳統的內部數據中心，將IT系統外包給公有云，還是采用一項混合策略，這取決于相關工作負載的組合。如果你將現有的內部工作負載遷移到云端，或者期望應對負載激增，混合云解決方案可能很適合。另一方面，如果你在部署一種全新的工作負載，一開始就完全采用云可能更合適。不過，如果你對將敏感或關鍵任務的業務流程和數據交給云環境不放心(比如出于合規或可靠性方面的原因)，也許應該將它們放在自己的內部數據中心，牢牢控制起來。
無論是內部型還是外包型，21世紀的數據中心都將通過結合貫穿整個IT架構(服務器、存儲和網絡)的虛擬化和合并，增加低功耗硬件(比如微服務器和固態存儲硬盤)的使用，模塊化數據中心構建、綠色電源和冷卻技術，以及編排數據中心管理、為未來容量擴展場景建模的DCIM軟件，提高其效率和靈活性。
如果你使用任何一種外包，都要切記：云不是一直始終順暢運行的某種神奇環境。少不了必要的調查：核查服務提供商的服務級別協議(SLA)，查明你的數據將駐留在何處，轉移數據有多容易，查明提供商提供什么樣的安全和備份條款，另外始終要留意任何潛在的成本。
京公網安備 11010502049343號