蒋文泰 温连平 赣州市公安局 赣州市 341000
向兵 何 鹏 华为技术有限公司 南昌市 330046
从本世纪初开始，IT设备逐渐小型化，所有设备都进入机架，各个组织（如各级公安机关、医院、学校、商业银行、企事业单位等）在信息化的浪潮中，逐渐构建自己的业务应用系统，从几十个机柜到数百个机柜的小型数据中心应运而生。这些数据中心建设使用的过程中，由于种种原因，能效低，设备利用效率低，单个数据中心的影响较小，但这种小型数据中心的数量非常多，这样也会造成较大的资源浪费。随着我国“碳中和”战略的深入推进，这种小型数据中心的新建或改造应该朝着提高能效、提高设备利用率的方向努力，为我国的“碳中和”目标贡献一份力量。
当前，中大型数据中心的建设需要得到有关部门的批准，相关指标必须要达到要求，才能启动建设。然而，许多单位小型的数据中心就没有那么严格了，本单位有需求，通过招标，完成自己的建设，再构建满足自身业务需求的应用系统，因此数以千计的小型数据中心在全国各个单位拔地而起。从笔者在江西省众多单位的了解来看，小型数据中心采用“房间级空调+密闭通道”的建设方式较多，这种建设方式的小型数据中心普遍存在如下问题：①功率密度低，受限于房间级制冷，IT机柜的利用率只有40%，其功率密度无法升级；
②房间级空调远端制冷，要求送风温度、回风温度较低，送回风距离长，空调风机功率大耗能高，节能较差，其PUE通常都大于1.8，能效低；
③T设备如服务器、存储设备的利用率低，存在大量的算力、存储等资源的浪费；
④I应用系统缺少系统规划，需要什么应用系统，通过招标采购建设，导致存在大量的应用系统，这些应用系统形成了大量的数据孤岛，应用系统的使用情况也不清楚，加剧了数据中心的维护难度。
2.1 经过充分合理的规划开始建设
很多单位的小型数据中心建设，大多根据当前的需求建设，匆匆上马，未充分考虑5年或更长时间以后的规划，只解决当前或近期的问题，未充分考虑到本单位信息系统后续的可持续发展，因此在很多单位就出现了多个小型数据中心，在这些数据中心里构建了许多业务应用系统，各业务应用系统间彼此孤立，数据不互通，形成了许多信息化“烟囱”，由于这种没有前瞻性的建设，导致大量的能源、设备资源、建筑空间的浪费。
每个单位信息化进行到一定阶段，需要往深层次发展，其中最大的障碍是数据交换与治理、信息共享、业务协同和应用集成等方面的问题。要把现实的业务过程映射到数字世界，需要分析现在和将来我们的信息系统需要支撑哪些业务，每个业务应用系统能够为我们提供什么样的服务。在信息架构方面，需重点梳理一些模型关系，如业务之间的关系、业务和应用之间的关系、业务和数据之间的关系。在技术架构方面，应从全局的角度看一个系统，分析由哪些部分组成，会面临哪些软硬件技术方面的挑战。经过业务、应用、信息、技术等架构充分的规划，才能使小型数据中心的建设变得更加节能，设备的利用效率更高。
2.2 采用模块化机房构建数据中心物理底座
当前，小型数据中心机房主要采用“房间级空调+密闭通道”的建设方式，这种建设方式前期投入成本较低，能效相对较高，对机房的空间利用率低，对建筑物的要求较高，适应性差；
采用“行级空调+密闭通道”（模块化机房）的建设方式，可带来较多的收益，具体表现在：
（1）模块化数据中心对机房建筑的要求更低，适应性更强，因其设计布局更合理，机房空间利用率更高；
（2）模块化精确制冷可以支持高密需求，支持的机柜功率密度更高，功率密度可以通过添加行级空调实现支持功率密度升级，并且不会影响已有的其他模块，扩展更灵活；
（3）单个机柜的利用率更高，机柜的空间可以做到100%利用，而传统机柜只能用到40%的空间，一个微模块的IT机柜充分利用相当于传统的2个以上机柜使用；
（4）可节约初期投资，按需分期建设投资更有优势，而整体投资高于传统模式5%-10%，但模块化机房更加节能，维护更简便，整个生命周期内总体TCO比传统机房低。
2.3 把云计算技术运用到小型数据中心
从笔者在江西众多单位的调查来看，区县级单位的数据中心的规模为数十个机柜，市一级单位的数据中心规模从数十个机柜至一百余个机柜不等。本单位的各部门根据自己的业务情况，构建了满足自己部门业务的应用系统，使数据成为部门主导下的信息化“烟囱”。在这种情况下，设备使用率变低，从调研来看，大多数服务器的算力利用率不足10%；
由于信息化“烟囱”的存在，导致很多数据重复存储，浪费了大量的存储资源。
从当前计算技术的发展来看，云计算技术在这种小型数据中心同样可以大放异彩，通过云计算技术，使得计算、存储、网络等基础资源池化，形成统一的计算资源池、存储资源池、网络资源池。用云计算技术的服务化能力，让业务应用系统按需使用计算、存储、网络等基础资源，大幅度提高基础资源的利用率。云计算平台一般都带有运维系统，使得纳入云内的设备运行状态可视，大幅度提高运维效率，降低运维成本。从目前的实践来看，算力利用率可提升至70%以上；
存储资源通过重删压缩、ThinLUN等技术使其利用率提升40%以上；
设备故障排除时间减少60%以上。通过云计算技术，使得计算、存储等基础资源的能力得到充分的发挥，从而减少设备的采购，达到节约电能、提升能效的目的。
2.4 高密设备的使用节省机柜空间，降低能耗
随着业务规划的持续增长，数据中心主要是通过增加机房空间以增加服务器、存储等设备来提供更多的算力资源、存储资源。由于前期未做充分规划，很多时候把办公室改为机房，由于办公室满足不了机房的建设，还需要对办公室进行加固、整改，浪费资金。
从笔者走访的区域来看，基本都采用密度较低的设备，如在雪亮工程建设中，需要大量的存储来存视频，也需要具备算力强大的服务器来解析视频，然而，项目中使用的存储设备的存储密度一般不高于60TB/U，而当前业界的存储设备密度已经超过了150TB/U，而设备能耗降低30%。同样，用于虚拟化的物理服务器采用算力更高、内存更大的服务器，如四路服务器，这样在相同的机柜空间中，可提供更多的虚拟机。如果采用这种高密设备，可大幅度减少机房的使用空间，从而在相同的机房空间可以安装更多的IT设备，部署更多的业务应用系统。采用高密设备建设数据中心成为提升数据中心算力水平、存储水平的重要举措，能够进一步增加数据中心每平方米的计算能力、存储能力，更好地满足日益增长的业务需求下的计算与存储需求。相比原来的建设方式，可大幅提升机房空间的利用效率、降低整体功耗。
2.5 储能及光伏技术的使用提升绿色水平
不管是什么类型的数据中心，电力成本占据了后期运行成本的60%以上，尽管各个厂商提供了众多的节能优化的技术，提升了数据中心能源的利用效率，但电力成本仍然是数据中心TCO中占比最大的。目前，为了提升电网电力使用水平，电力公司提供了波峰及波谷电价，确保电力资源可得到充分的利用；
而小型数据中心一般都是与单位大楼使用同一电源，存在波峰和波谷电价，这样可利用储能技术在波谷时存储电力资源，在波峰时使用存储的电力资源，从而降低数据中心的电力使用成本。
除了储能技术外，光伏（新能源）也可以为数据中心提供电力资源，但其电力的供给很容易受到自然条件的影响，进而影响供电连续性，而储能技术与光伏（新能源）的融合能有效提升供电的连续性、稳定性，实现数据中心的能源结构改变，在“碳中和”背景下，可有效提升数据中心的绿色低碳水平。
以光伏为例，某单位大楼为平顶，面积为1000平方米，组件支架安装，折算后，1平方米的楼顶的功率为100瓦，在江西区域，有效日照时长为1000小时/年，此屋顶光伏每年可发电10万kWh，可供一个100kW的机房满负荷连续运行42天，而实际满负荷运行的时间很少，提供的电力运行的时间更长。
长期以来，小型数据中心的建设由于种种原因，导致能效低、设备利用率低；
笔者在多个项目的建设中，发现了这些问题，并不断地在小型数据中心的建设过程中努力改变原有低能效的建设方式。在建设前多方一起研讨、规划，制定合理的建设方案，以模块化机房为数据中心的底座，以云计算技术为依托，尽量选择单位空间算力、存储密度高的设备，不断提升数据中心的能效、空间利用率，为我国的“双碳”目标尽绵薄之力。