數據中心基礎設施的模塊化建設是近年來非常熱門的一個話題。尤其是隨著云計算概念的出現，相關的討論更是風起云涌，設備供應商、方案商、企業用戶、災備中心、外包商等方方面面都參與其中。筆者在此剖析數據中心基礎設施模塊化建設的根本推動力，以及模塊化的不同形式，以期拋磚引玉，共同推動數據中心行業健康有序地發展。

數據中心基礎設施的業務價值

數據中心基礎設施的業務價值是如何體現的?取決于其所保護支撐的IT業務需求。隨著數據中心整合、虛擬化，以及云計算趨勢的不斷深入，IT業務對與數據中心基礎設施的需求愈發明顯地體現在以下方面：連續運行的高可用性，快速響應需求變化的靈活性，以及在全生命周期內建設和運營的總成本(TCO)

由此可以看出，要整體提升數據中心基礎設施的業務價值，我們可以從提高可用性和靈活性，以及降低總擁有成本三個方面入手。隨著本文的展開，我們會發現，數據中心基礎設施的標準化建設是同時實現這三個目標的不二選擇。

標準化與獨特性

我們的社會是獨特性與標準化的統一體。很多事物因為其獨一無二的特性而被人們牢記，如東三環兩側的國貿三期和央視新址、朗朗的鋼琴曲、海底撈的火鍋。這些事物因為獨特而出色。然而在這些獨特的事物中，都存在“基礎設施”的元素：建筑材料、鋼琴鍵、烹飪器具。基礎設施的作用是為核心需求提供支持，應當是功能性的、可靠的，甚至是默默無聞的。實踐證明，能夠使基礎設施有效、可靠、可預測的特征，是獨特性的對立面——標準化。

因為有了標準化，我們日常事務的許多基礎設施已成為了現代生活的一部分，事情變得更加便利、更可預測、更為經濟、更易于理解以及更加安全。標準化遍及現代生活的每個角落，我們幾乎注意不到它的存在。曾幾何時，閻錫山的火車出不了山西，1904 年的巴爾的摩大火中將整個城市燒為平地——僅僅由于其他城市的救火設備無法與巴爾的摩的消防栓配套。而今，標準化是如此平常，我們甚至很少關注它，從駕駛汽車到更換電池，標準化無不隱藏在幕后：當我們購買燈泡時，知道它會與燈座完全匹配;當我們使用USB接口時，不會擔心計算機不兼容。

在某種程度上，標準化在許多行業已上升到一個全新的高度，成為一種富有創造性并具突出戰略意義的企業哲學。我們希望數據中心基礎設施也同樣如此，也能像許許多多成熟的基礎設施一樣，默默而可靠地發揮著自己的功能，甚至被人遺忘，但迄今為止這方面進展不甚理想。數據中心物理基礎設施的建設從多方面而言仍停留在手工行業階段：將來自不同供應商的、類型迥異的組件進行定制設計，在現場組合成一個獨特的大型基礎設施系統。現今全球數千個數據中心的基礎設施呈現出令人驚訝的復雜性和不一致性。這種不一致性，導致數據中心需要獨特的診斷和維護，這既昂貴耗時，又對其他數據中心缺乏借鑒意義。

如今，數據中心基礎設施的建設雖然賺足了眼球，但在某種程度上也反映了數據中心行業離標準化的差距，這對我們數據中心行業從業人員既是機遇，也是鞭策。我們完全可以將標準化應用于數據中心物理基礎設施的設計、部署和運營當中，從而使得數據中心也象許多成熟的基礎設施一樣，默默地、可靠地為社會做貢獻。

實現數據中心基礎設施標準化的途徑是模塊化

那么我們如何實現數據中心基礎設施的標準化呢?在一個IT需求多變的環境中實現標準化的關鍵在于模塊化，即預先設計、標準的構造模塊可根據用戶需求進行快速靈活的配置。在數據中心基礎設施建設中，標準化是以模塊化為基礎的。模塊化即將完整的產品、系統、或流程分成具備類似大小或功能的模塊，然后根據需要對這些模塊進行組裝，以產生原始產品、系統、或流程的各種變體組合。模塊無需完全相同，以樂高(Lego)積木為例，這些模塊在某些方面相同，某些方面卻不同。例如，其顏色、大小和形狀各不相同，但連接方式和尺寸均采用標準形式，以便可以將積木(模塊)組裝成一個集成系統。不同的模塊化系統可以根據所需的功能劃分目標，定義模塊之間相同元素和不同的元素的等級和數量。再舉幾個例子：可以將不同數量的電池(模塊)進行組合，從而獲得不同功率的電源;在IT設備中，將多個刀片式服務器和 RAID 陣列組合在一起獲得不同數量的服務器或不同大小的存儲容量，等等。

標準化給數據中心基礎設施建設的方方面面都帶來好處：占據物理空間的方式、功能，以及隨時間的發展——從初始設計與安裝到翻新配置的不同生命周期。對于包含多個數據中心的較大 IT運營而言，不僅在單個數據中心內部，還可以在多個數據中心之間實現標準化，從而進一步擴大標準化所帶來的好處。如果不同數據中心盡可能多地采用同樣的配置，例如，從相同的地板規劃到相同的斷路器標簽，那么，可以充分挖掘標準化在設計、安裝、運營、維護、避免出錯，以及成本方面蘊藏的巨大潛力。所有這些好處雖然呈現出各種形式，并遍布于數據中心基礎設施結構和流程中的許多地方，但幾乎都可以有個強大的基礎屬性：模塊化架構和提高的人類學習能力。

手電筒電池、刀片式服務器以及RAID陣列都是非常基礎的模塊化示例，構成整個系統的各個單元中很少或幾乎沒有變體。

對于集成了多種功能的復雜系統，如數據中心基礎設施建設，則需要從項目工程設計和產品選擇兩個角度來考慮。

項目工程設計的模塊化

從功能上，將數據中心基礎設施劃分成功能獨立而又相互依托的區域或功能模塊，包括電氣支持區、暖通空調支持區、IT核心機房、綜合布線系統、安防、監控以及其他。目的是將整個數據中心基礎設施化整為零，成為功能相對獨立的模塊進行設計、施工、調試，及運營維護。同時，對于規模較大的模塊還可以進一步劃分為規模更小的模塊，例如一個1MW IT設備的機房可以劃分為五個200kW IT設備的獨立模塊。

選擇模塊化的產品

這需要制造商進行深入的工程設計，以使模塊化在標準化程度與用戶靈活性之間取得最佳平衡。模塊化的產品廣泛存在于從機柜到行，再到機房等不同規模的物理空間，以及從UPS到配電，到制冷等不同產品種類中。

· 模塊化 UPS電源和電池。在電源、冗余模塊和運行時間方面均實現了可擴展性，而且能夠進行在線更換，從而在維修時不需要中止系統運行。

· 模塊化布線方式。將房間布線細分為行級模塊或機架級模塊。既有為整行負載供電的的模塊化列頭柜，也有服務于單個機架的電源插板。

· 模塊化機架級氣流分配裝置。將房間氣流細分為各機架局部控制，以便對高溫區域進行精確制冷。

· 高密度組件。將機架、配電系統和制冷系統集成為一個獨立的封閉“房間”或區域(POD)，以隔離和冷卻發熱量密集的 IT設備。

采用標準化結構和連接方式的模塊化組件使一切變得更容易、更迅速，且成本更低。

· 模塊化系統是可擴展的。

· 模塊化系統是可變更的。

· 模塊化系統是可移動的。

· 模塊化組件是可更換的。

模塊化標準化對于人類學習提高和知識提高帶來的好處是顯而易見的，這里就不再贅述。

模塊化如何提升數據中心基礎設施的業務價值

前文已經介紹，要整體提高數據中心基礎設施的業務價值，我們可以從提高可用性和靈活性，以及降低TCO三個方面入手。現在我們來看模塊化是如何實現這三個任務的。

提高可用性。影響可用性的因素有：設備的可靠性、平均恢復時間(MTTR)，以及人為錯誤。

提升設備的可靠性： 標準化的模塊化組件可以量產，從而降低了生產缺陷。此外，采用標準化連接的模塊化系統可以在工廠內進行配置預先測試，以發現缺陷，確保后續現場安裝的順利。標準化的模塊化組件也使得內部冗余以及熱插拔更換功能更易于實現。

降低平均恢復時間 (MTTR)：標準化模塊易于更換維護，不存在因等待修理而耽擱系統恢復的情況，同時加快了問題的診斷速度，并提高了用戶自己進行診斷與更正的可能性。

減少人為錯誤：統計顯示，超過50%以上的數據中心事故是人為造成，所以，減少人為錯誤是提高可用性最有效的手段。隨著設備與程序的標準化模塊化，功能更加透明，日常操作更加簡單并更容易學習，一切事物都按照預計的方式運行——所有這些，都降低了發生從輸入錯命令到拔錯插頭的任何故障的可能性。

增加靈活性。靈活性指的是迅速、有效地響應商機、需求或變化的能力，包括部署速度、可擴展能力，以及可重新配置的能力。

加快部署速度：模塊化組件加快了規劃與設計速度，由于用戶還可以僅選用滿足當前 IT 需求所需的設備數量與類型，因而只部署比典型的傳統系統設備數量更少的小型基礎設施，這樣進一步縮短了各個部署階段所需的時間。由于模塊化結構所固有的設計靈活性，加上標準化批量生產的設備可以實現現貨供應，提高交貨速度，現場配置與連接的速度也更快了。再加上因為連接方式都采用標準化形式并進行了簡化，還因為由于只使用必需的構造模塊，設備的數量減少了。此外，由于標準化模塊可以采用與現場一模一樣的方式在工廠進行連接并預先測試，系統的調試速度也提高了。

可擴展的能力：采用模塊化構造模塊結構，功能可以逐塊獲得，因而可使從配線柜到大型數據中心的任何大小的 IT 空間的配置達到最佳狀態。更為重要的一點是，在初始階段，可以按照當時的 IT需求來設計基礎設施。此后，隨著 IT 需求的增長，可以添加更多的模塊，而無需重新對整個系統進行工程設計，也無需關閉關鍵設備。這種“系統規模優化”策略顯著降低了數據中心在使用壽命期間的成本。

可重新配置的能力： IT 設備的更新周期通常為兩年，因此，設備的重新配置、升級或移動能力在數據中心基礎設施靈活性中占據著重要的地位。模塊化組件可以拔下、重新排列并重新連接。除了因商業需要而進行的重新配置之外， IT 設備的功率密度隨著其物理尺寸的不斷縮小(例如刀片式服務器)而不斷增長，因此，也需要定期重新配置機架、供電系統和制冷系統。此外，可熱插拔的模塊化組件為重新配置不同級別的冗余、不同電壓或不同插頭類型提供了可能性。模塊化結構不僅簡化了設備之間斷開連接、移動并重新連接這一物理過程，制造商對設備模塊化的仔細設計也將系統重新設計的需要降至最低，并最大限度地提高了將現有設備重復用在新配置中的能力。

降低TCO：數據中心基礎設施生命周期的TCO包括投資成本、非能源運營成本和能源成本。

降低投資成本：標準化的模塊化結構從以下兩個方面降低了投資成本：(1) 采用模塊化結構后，基礎設施的大小緊密配合當前的IT需求而規劃，而不是根據最大的計劃需求來構建初始容量， 您只需購買您所需要的;(2) 其簡單明了的結構簡化了從規劃到安裝的整個部署過程中的每個步驟。這種簡化不僅縮短了每個階段所需的時間，而且往往減少了尋求外部幫助的需要。

非能源運營成本：設計變得簡單、易于學習，意味著培訓的效率可以更高，運營維護程序也可以更高效并減少出錯的幾率。標準化設備與程序意味著更多的維護工作可以由IT人員來完成，而無需供應商提供維護。標準化的模塊化組件可以更換送至工廠維修，這比在現場維修更為可靠，成本也更低。

能源成本：數據中心在使用壽命期間的電力成本是TCO中最大的一項。按照現有的IT需求規劃基礎設施，并根據IT需求的增長添加新的組件，這種方式使用戶只需為所需的設備提供配電和制冷，因此而節約的電力成本非常可觀。模塊化UPS 設計使得UPS 的容量與負載需求更為匹配，從而提高了UPS 的工作效率并減少了實現冗余所需的UPS 模塊的容量。模塊化制冷設計，如基于機架的空氣分配單元，使氣流更準確，從而提高了制冷效率，進而減少了制冷設備所消耗的能源。

應用分析

下面我們具體介紹模塊化數據中心建設的兩種具體應用模式。

微模塊(室內模塊)

微模塊：對IT基礎設施和建筑進行解耦，以分布式標準化單元進行快速部署，滿足業務快速變換的需求。將互聯網的IT設備，包括網絡、服務器、存儲等，進行分類，配置對應的供電系統、制冷系統、管理系統、機架系統等，分別封裝到不同的微模塊中，實現了數據中心IT基礎設施的模塊化封裝、模塊化部署與應用。微模塊內各子單元的標準化，可以根據微模塊的類型靈活組合，按需配置，并結合自身的管控系統實現模塊化運營。

這種模式為室內型模塊化，最大特點是以機柜等為單元，現場組裝，較適合于市區機房或者多層建筑，無法進行倉儲式大開間的工廠化吊裝部署，只能通過電梯運輸條件下，現場拼裝。通過工廠預制標準化組件，通過電梯運送，可在室內現場快速拼裝，并做靈活配置以滿足不同體積、不同類型的業務需求。

由于集裝箱式數據中心對建筑的承重、層高有很高的要求，現有的場地往往很難滿足集裝箱對場地和運輸的要求，因此這種更小體積重量，方便拆裝運輸的室內模塊化解決方案更為實用。采取室內微模塊可以做到優化供電結構、空調氣流組織、提升管理水平和運營體驗，邊成長邊投資，顆粒度小且靈活。

簡化數據中心基礎環境建設，可以是退役廠房，也可以是大體量的倉儲式建筑，簡單裝修，建設好基礎的電氣接入系統和水系統及管路。基礎環境建好后，數據中心內部則由N個集合了機柜、空調及末端配電系統的相對獨立的微模塊組成，這些微模塊可以像服務器一樣，按需下單，靈活堆疊。微模塊的組件達到標準化、工業化要求，大部分可在工廠預制，從下單開始到現場組裝完成，整個周期在3個月以內完成。邊成長邊投資，減少前期投資成本。

集裝箱(室外模塊)

我們通常說的集裝箱實際上是室外型模塊化最普遍的一種，以集裝箱或預制建筑為基本單元，直接部署。可以有柴發、供電、制冷、IT，或者一體化等各種類型的集裝箱。對于郊區和低層倉儲式大開間的工廠化建筑，可以用集裝箱運輸車和吊車快速交付，可以一體化交付。滿足野外、應急的臨時性需求，或遷移性較強的業務類型，或土地審批周期冗長的情況。如果安裝在建筑頂部，則對建筑的樓板承重、樓間高度要求較高，并且需要拆墻以滿足集裝箱的吊裝。

特點及與傳統IDC對比

· 多 采用高密度設計，計算容量5倍于同面積傳統機房

· 快 可按需、分步、快速部署，及時應對動態業務需求

· 省 一是指省能耗，集裝箱的PUE值可降至1.5，能耗節約可達30%，二是指省空間，節省75%空間，降低TCO。三是省精力，集裝箱即插即用的功能模塊組成，讓IDC從工程變為即用產品;

使用集裝箱數據中心必須具備以下基礎條件：安裝場地、電力供應、空調供水、網絡。

由于集裝箱數據中心的特性，決定了其適用對象是設備較統一，自用為主的企業。從目前只有谷歌和微軟大規模使用，其他大多是嘗試性應用也得到了證明。

除了大家熟知的集裝箱，室外模塊還有一種預制建筑的形式。多根據特殊需求定制，體積較集裝箱稍大，對運輸有特殊要求，現場快速安裝，一般不頻繁搬遷

集裝箱

● 標準尺寸

● 易于運輸(鐵路，公路)

● 內部空間緊湊

● 外部入口

預制建筑

● 相比集裝箱更高，更寬

● 更多維護空間

● 內部工作，不受天氣影響

● 組合模塊以構成建筑