模塊化數(shù)據(jù)中心提供了快速的周轉和明確的項目成本。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心一樣，它們需要精心設計的電氣和冷卻系統(tǒng)。

當數(shù)據(jù)中心業(yè)界的人們聽到“模塊化數(shù)據(jù)中心”(MDC)這個術語時，其實每個人對于MDC的真正感覺印象都是不同的。MDC的采用已經呈現(xiàn)出上升趨勢：根據(jù)IDC的調研報告顯示，表示在過去18個月中，已經對其數(shù)據(jù)中心進行了重大改造的74%的受訪者，約有87%的受訪者表示，他們所在的數(shù)據(jù)中心部署了模塊化，預制或容器集裝箱式的數(shù)據(jù)中心組件。但這一現(xiàn)狀并沒有減輕數(shù)據(jù)中心行業(yè)的大多數(shù)人(無論其是關注于IT還是基礎設施)對于不同類型的模塊化數(shù)據(jù)中心缺乏一致性的理解。

而相關作者們則更傾向于使用“靈活的基礎設施”這一術語，因為并不是所有的設施都是真正模塊化的，盡管起仍然提供了模塊化的許多優(yōu)勢。這些數(shù)據(jù)中心設施的形式有容器集裝箱式(位于室內和室外)，工業(yè)化或預制的以及實體建筑。的確，如果其設計采用了與預制或容器集裝箱式數(shù)據(jù)中心相同的可擴展性和靈活性的概念，那么，實體建筑數(shù)據(jù)中心可以被視為一處靈活的設施。而在本文中，我們將關注三種主要類型的靈活設施：容器集裝箱式解決方案、工業(yè)化或預制數(shù)據(jù)中心、以及企業(yè)實體數(shù)據(jù)中心。

流行術語的解讀：明確的模塊化、可擴展性和靈活性

關于MDC的采用，整個數(shù)據(jù)中心業(yè)界有著許多廣泛使用的流行術語，而這些流行術語都具有廣泛的定義。諸如模塊化、可擴展性、垂直整合、靈活性、敏捷性、預制、可重復的質量和快速部署營銷手冊、行業(yè)出版物等等術語。我們先不提這些術語的使用其實是不準確的，這些術語必須要附加到現(xiàn)實世界的產品和方法上，它們要如何能夠改進數(shù)據(jù)中心的操作運營，并最終對企業(yè)的業(yè)務績效產生積極影響。作為如何實現(xiàn)這一點的一個示例，請參考以下來自IDC的數(shù)據(jù)，相信有助于您理解MDC的采用日益激增的原因了：

從合同簽署到實際運行的快速周轉，使企業(yè)客戶能夠在需要時快速擴展計算解決方案。

更清楚地說明項目成本，使企業(yè)客戶們能夠更好地控制預算，并對相關投資回報進行估計

能夠在世界上的任何地方快速部署該解決方案，無論企業(yè)客戶是需要在其現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心建筑還是在遠程的位置添加額外的數(shù)據(jù)中心容量。例如，支持冗余或衛(wèi)星定位。

在這些情況下，模塊化、可擴展性和靈活性的理念變得更加具體。

靈活設施的基礎

當容器集裝箱式數(shù)據(jù)中心開始獲得更大的可視化，并開始在更多主流業(yè)務應用中使用時，設計和工程的進步使得IT和設施的緊密集成(包括物理位置和操作方法)成為了可能。不必使用為企業(yè)數(shù)據(jù)中心創(chuàng)建的組件，并將其安裝到更小的空間中，今天的靈活設施使用工廠組裝和測試IT，電源和專為該類型的機箱設計的冷卻組件，具有不同的設計。

關于靈活的數(shù)據(jù)中心設施，有一個重要的基礎性信念：設施圍繞著IT建造vs.IT圍繞著設施設計，后者是數(shù)據(jù)中心行業(yè)的典型模型。動態(tài)IT操作需要一套能夠響應和適應不斷變化的需求，而同時又不會對成本和停機中斷帶來顯著影響的設施(見上圖1)。此外，其所具備的動態(tài)縱向擴展和縮短上市時間的能力為IT操作提供了重要的優(yōu)勢。這種縱向擴展(或橫向擴展)不僅通過設施的模塊化得以實現(xiàn)，而且更重要的是，實現(xiàn)了IT設備安裝和設施設計的緊密集成。

關于靈活的數(shù)據(jù)中心設施的其他重要的，但卻并非廣為人知的方面與制造和現(xiàn)場施工工作流有關。通過重新分配現(xiàn)場勞動力，并將這些勞動力集中于機械和電氣模塊的預制來獲得效率增益。在這個模型中，供應鏈管理成為確保準時交付和安裝的主要活動之一。

什么是靈活的數(shù)據(jù)中心設施

在短時間內以顯著更低的成本實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心，并且該數(shù)據(jù)中心永遠都不會過時的概念看起來像是一個幻想，但靈活的設施仍然是設施，必須遵循傳統(tǒng)的流程 ，遵守數(shù)據(jù)中心選址當?shù)氐慕ㄖㄒ?guī)的監(jiān)管。那種認為靈活的設施能夠被簡單地放置、插入，然后就可以讓IT操作人員馬上開始操作運營的信念是根本不可能的。當然，在數(shù)據(jù)中心現(xiàn)場正在準備的同時，制造相關的設施(或設施的部分)，滿足數(shù)據(jù)中心選址當?shù)氐墓茌牂C構相關監(jiān)管要求，并在與當?shù)仉娏竞献鞯那闆r下，將有助于節(jié)省原本計劃中的相當多的時間。

但是電力資源和水資源都將以相同的方式消耗，而不管數(shù)據(jù)中心是何種類型，靈活的設施或傳統(tǒng)的實體企業(yè)數(shù)據(jù)中心。此外，除非新的靈活設施能夠緊密連接到現(xiàn)有設施，否則必須安裝大量地下管道和冷卻水管道。最有可能需要的是站點訪問、道路、停車場、保留水池、下水道和其他元素。當然，每個項目都有其不同的要求，但該想法理念是，除了靈活的設施本身之外，還需要更多。由于許多這些數(shù)據(jù)中心都部署在遠程位置，因此必須有本地運營和維護團隊來提供定期實施維護，并快速響應故障呼叫是必不可少的。

最后，靈活的數(shù)據(jù)中心設施中最大的創(chuàng)新領域之一是冷卻和IT系統(tǒng)的集成控制和操作。根據(jù)數(shù)據(jù)中心的設計，冷卻設備將與IT設備緊密耦合，并且將對IT設備的功率狀態(tài)的變化做出更快的反應，從而降低冷卻系統(tǒng)的總體能量消耗。雖然此描述對于實際操作策略有些過度簡化，但它說明了當數(shù)據(jù)中心設施轉交給數(shù)據(jù)中心業(yè)主之前必須了解的一個領域：IT和冷卻系統(tǒng)的復雜控制策略和物理緊密耦合需要額外的偶然事件，以避免在設備故障的情況下發(fā)生熱過載。并發(fā)可維護性或容錯的故障概念在設計數(shù)據(jù)中心時肯定不是新的。但在提供高度優(yōu)化(包括空間)的靈活設施領域中，則必須探索額外的故障情況。

冷卻系統(tǒng)的模塊化和靈活性

不同的靈活設施類型可以安裝不同類型的冷卻系統(tǒng)。而數(shù)據(jù)中心最終所選擇的類型則取決于許多因素，包括：設施類型、數(shù)據(jù)中心業(yè)主對設施的熟悉程度、數(shù)據(jù)中心的地理位置、第一成本、持續(xù)的能量和維護成本、可靠性和可維護性。

容器集裝箱式解決方案：例如，容器集裝箱式數(shù)據(jù)中心可以使用直接蒸發(fā)(DX)冷卻、具備DX冷卻的室外空氣節(jié)約器、直接蒸發(fā)冷卻(具備或不具備DX冷卻均可)，用于水冷計算機的冷卻水等。除了任何冷卻水源之外，這些冷卻解決方案與容器本身是一體的。如果使用冷凍水的解決方案，則需要更多的外部設備。為了使設施盡可能模塊化，可以使用與數(shù)據(jù)中心相同的方法來設計、制造和安裝外部設備。因此，需要一定量的決策來確定容器集裝箱化數(shù)據(jù)中心的最終配置。根據(jù)規(guī)模和可靠性水平的不同，這些類型的設施將從400 kW到2 MW不等。

工業(yè)化或預制的數(shù)據(jù)中心：這種類型的設施在選擇冷卻系統(tǒng)時提供了更大的自由度。通常，這些設施將具有室外定位的空氣處理單元，其直接使用室外空氣的節(jié)約、直接蒸發(fā)或間接蒸發(fā)冷卻。在某些地理位置，不需要機械冷卻，特別是使用高架服務器的入口溫度。這種類型的設施更類似于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建筑，并且為不包括在容器中的房間(例如控制和指揮中心，存儲和設備裝載區(qū))使用更多的物理空間。模塊較大，但在與容器相同的范圍內，并且可以擴展，直到占地面積和電功率耗盡。

企業(yè)實體數(shù)據(jù)中心：雖然在MDC領域通常沒有被考慮，但大型企業(yè)數(shù)據(jù)中心可以提供與其他類型的靈活設施類似的靈活性和可靠性。較之預制或集裝箱化的數(shù)據(jù)中心，選擇這種類型的設施的原因有很多，而如果經過恰當?shù)囊?guī)劃，設施可以動態(tài)地適應IT系統(tǒng)，并且可以在不對IT操作造成威脅的情況下完成未來的擴展。這些設施可以是任何規(guī)模尺寸，并且模塊尺寸通常對應于電力和冷卻設備的尺寸和業(yè)務需求。中央工廠設備也可以使用模塊化方法設計，以便于將來的擴展和重新配置。

一款靈活的設施如何提供效率?

這個問題可以從許多方面回答。有觀點認為，隨著IT戰(zhàn)略和硬件的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)中心空間本身可以重塑或重新定位。也有其它的觀點聲明了在采購和施工過程中，使用預制技術和原型的有效性。當然，這些原因以及許多其他原因為數(shù)據(jù)中心業(yè)主們提供了選擇和可延展性，以確保實現(xiàn)最佳的數(shù)據(jù)中心設施。

最能體現(xiàn)一處模塊化數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)是靈活設施的優(yōu)點的便是其冷卻系統(tǒng)。大多數(shù)大型商用冷卻系統(tǒng)的固有特點是，它們通常是使用模塊化方法來設計和構建的。挑戰(zhàn)總是關于決定一個具有成本效益，能源效率并且可以輕松擴展的邏輯模塊或塊。這通常是說起來容易做起來難。但是這種決策過程對于數(shù)據(jù)中心更容易，因為冷卻負載(IT設備)是預先確定的，并且對于設備將如何操作，以及具體的冷卻負載將是什么是有了解的。

一般來說，用于靈活設施的冷卻系統(tǒng)將具有與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心相同的結構，但是將是在與數(shù)據(jù)大廳一一對應的、清晰的分立模塊中(參見上圖2)。這一理念適用于所有類型的冷卻策略(直接蒸發(fā)、直接室外空氣、冷凍水、蒸發(fā)冷卻等)，并且在知道具體擴張計劃開始建設之前，允許更多的資本支出。

除了首要成本和可施工性的優(yōu)點之外，靈活的設施由于其模塊化的性質，可以帶來獨特的能源利用效率方面的好處。為了說明這個例子，我們使用一個簡單的能量模型來確定服務于數(shù)據(jù)中心的空氣處理單元中的風扇電動機的累積能量使用情況。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的模型在N + 1配置中使用較大的空氣處理單元，總共三個。靈活的設施模型使用所有相同的參數(shù)，除了使用更小、更模塊化的空氣處理單元——總共五個N + 1配置。為了滿足N + 1要求，較大的空氣處理單元需要較高的風扇功率，因為 N要大于靈活的設施示例中的N。該分析模擬了4年時間段內的情況，第一年為25%，第二年為50%，第三年為75%和第四年為100%。

結果表明，使用靈活設施的方法將風扇功率降低30%至50%，取決于研究所持續(xù)的時間。這種分析雖然非常簡單，但其證明了通過調整基于IT設備的設備和系統(tǒng)來減少能源使用，并可能改進維護和操作的可能性，減少可能的過度配置和低效率(見上圖3)。

下一步是什么?

鑒于對MDC需求的增加，靈活的設施將進一步發(fā)展和成熟。物聯(lián)網的興起，意味著在我們的日常生活中所使用的越來越多的事物(手表，冰箱，安全系統(tǒng)和其他我們甚至沒有想到的東西)都將連接到互聯(lián)網，不斷上傳和下載數(shù)據(jù)，訪問數(shù)據(jù)庫和存儲數(shù)據(jù)集，這將推動更快速、低成本的數(shù)據(jù)中心的部署。使用靈活的設施肯定會成為這一擴展戰(zhàn)略的一個組成部分，以便為企業(yè)組織提供必要的靈活性，進而建立強大的、基于互聯(lián)網的產品和服務。

　　電氣模塊化組件

與冷卻一樣，模塊化或容器集裝箱化的數(shù)據(jù)中心的電源組件可從電力角度分解成幾個可能的組件。這些組件包括數(shù)據(jù)設備、機械冷卻、主電源分配設備和備用電源。

數(shù)據(jù)容器通常由數(shù)據(jù)設備和配電板的機架組成，也可以包括本地UPS、冷卻單元、火災探測或抑制、以及照明(見上圖4)。

機械冷卻系統(tǒng)也可以位于其自己的模塊化容器外部或直接附接到數(shù)據(jù)容器。這可能需要對這些機械系統(tǒng)單獨供應電力，或者它們可以根據(jù)設計要求和層級別從相同的電源供應到容器系統(tǒng)。

主要的現(xiàn)場電力設備，如主開關柜，可以通過多種方式指定和配置，以便為模塊化的數(shù)據(jù)中心形式提供電源。一種可能的配置是一個簡單的戶外額定外殼，其可能是也可能不是一個步入式機柜(walk-in type)。這些類型的戶外設備在許多類型的項目中是常見的，從數(shù)據(jù)中心到工業(yè)園區(qū)(見上圖5)。

或者，可以在類似于數(shù)據(jù)設備的容器中提供配電設備。這種方法的好處包括單源質量控制和與其他組件的集成(見下圖6)。

備用電源可以包括備用發(fā)電機、UPS、旋轉或其他系統(tǒng)源。由于其嚴格的公差要求和環(huán)境條件，UPS非常適合放置在集成式冷卻的集裝箱或模塊化單元中。戶外發(fā)電機外殼通常應用于許多項目，并且可以包括步入式和非步入式外殼。與配電板一樣，發(fā)電機可以配備集裝箱式機箱，并作為單一來源供應商的模塊化數(shù)據(jù)中心解決方案的一部分進行集成。

通常，中央電力系統(tǒng)，包括配電板、UPS，可以提前指定，且位于預生產的實體建筑或無墻的數(shù)據(jù)中心，而數(shù)據(jù)中心容器位于外面或部分位于該實體結構內并非罕見。這種混合的方法通過使用數(shù)據(jù)容器，為維護和運營的工作人員提供了一個更傳統(tǒng)的中央建筑(而不是使用數(shù)據(jù)中心建筑)。

　　電源配置

與常規(guī)數(shù)據(jù)中心一樣，用于模塊化數(shù)據(jù)中心的電氣系統(tǒng)可以圍繞各種電壓電平設計，包括120 / 208、480 / 277和400V。另一種相似性是，模塊化容器可以被配置或指定為符合整體系統(tǒng)層級。規(guī)定層級評定的Uptime Institute為電氣基礎設施拓撲定義了四種類型的層級(層級I，II，III和IV)。這些層為專用基礎架構、冗余組件、并發(fā)可維護性和故障容差定義了性能輸出。在實際的數(shù)據(jù)模塊或容器中，這往往歸結于是否向機架提供冗余A / B供電和內部分配的決定。

在外部，數(shù)據(jù)容器的電源連接可以采取幾種形式。使用傳統(tǒng)的導管、電纜和斷開裝置的硬連線連接類似于封裝的空氣處理器連接?；蛘?，模塊化容器可以使用更靈活的插塞式連接(參見上圖7)。

大多數(shù)數(shù)據(jù)模塊的主要電源差異是使用集裝箱式數(shù)據(jù)中心方法時可用的最大功率。通常，單個集裝箱化數(shù)據(jù)模塊對于數(shù)據(jù)處理設備將具有大約1MW的功率限制?；诳蛻舻挠嬎阈枨螅@個1 MW的限制將推動所需的單個容器的數(shù)量。此限制不適用于其他類型的模塊化的靈活的數(shù)據(jù)中心。

　　接地和防雷

模塊化數(shù)據(jù)容器需要的接地要求類似于任何數(shù)據(jù)中心。每個容器將帶有內部接地系統(tǒng)到機架和容器內的組件。然而，工程師將需要為支持各種模塊化數(shù)據(jù)中心容器和電源系統(tǒng)的現(xiàn)場設計接地系統(tǒng)(見上圖8)。這通常將導致使用地下環(huán)和接地棒的接地網，所述接地棒將所有容器和系統(tǒng)互連到一個低阻抗的系統(tǒng)中。

除了這種接地系統(tǒng)，通常還要設計防雷系統(tǒng)，將空氣終端放置在數(shù)據(jù)中心現(xiàn)場的集裝箱、模塊化結構、發(fā)電機和其他設備的頂部。