摘 要: 針對目前大數(shù)據(jù)的發(fā)展對上游基礎設施領域（數(shù)據(jù)中心）的需求持續(xù)旺盛的建設情況，從綠色節(jié)能的數(shù)據(jù)中心的角度出發(fā)，分析數(shù)據(jù)中心在單機柜功率密度、 PUE（電源使用效率）值、數(shù)據(jù)中心建設方式、數(shù)據(jù)中心建成后的運營管理 4方面的發(fā)展變化。 提出綠色數(shù)據(jù)中心在這4方面的可能變化方向，為數(shù)據(jù)中心建設的發(fā)展方向提供參考借鑒。

　　關鍵詞: PUE（電源使用效率）； 數(shù)據(jù)中心； 小母線； AI（人工智能）； 智能 DCIM（數(shù)據(jù)中心基礎設施管理）

　　0 引言

　　數(shù)據(jù)現(xiàn)如今對于人們的重要性不亞于人之于空氣水。無論是個人工作生活中產(chǎn)生的各類數(shù)字信息，還是企業(yè)之間業(yè)務往來所需要的數(shù)據(jù)， 亦或是國家層面的安全數(shù)據(jù)， 都離不開在背后承載著連接與計算的基礎設施—— 數(shù)據(jù)中心。 隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)、5G 、人工智能等技術領域的興起，數(shù)據(jù)中心的需求量呈現(xiàn)出爆炸式的增長。 根據(jù)相關組織的調查統(tǒng)計

　　顯示，數(shù)據(jù)中心基礎設施市場規(guī)模從2013年的284.4 億美元增長到 2018年的 626.3 億美元， 平均年增速為0.1654 。 其中中國數(shù)據(jù)中心市場總規(guī)模由2013年的 262.5 億元增長到2018年的 1210.4億元，平均年增速為 0.3154 。 數(shù)據(jù)中心的飛速發(fā)展帶了許多變化，對此，我們應該緊跟時代步伐，提高分析問題的能力，能在潮流中找準方向，攻克數(shù)據(jù)中心發(fā)展過程中的技術挑戰(zhàn)

　　1 數(shù)據(jù)中心的變化

　　1.1 單機柜功率密度高密化

　　傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心受限于當時技術的發(fā)展， 在初期建設規(guī)劃過程中，并無考慮過多的冗余度，其單機柜功率密度普遍在 1~3 kW 之間。 但隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的高速發(fā)展，人類進入了信息時代。此時支撐著數(shù)據(jù)連接與計算的數(shù)據(jù)中心面臨著業(yè)務量大幅提升的現(xiàn)狀，在新建設的數(shù)據(jù)中心中，單機柜的功率密度提升到了4~10kW ， 部分數(shù)據(jù)中心可支持機柜功率達 20~30kW 。 為了盡可能地提高 IDC（互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）機房單位面積產(chǎn)生的價值，在相同空間內(nèi)放置更多IT設備成了數(shù)據(jù)中心技術人員考慮與攻關的方向。 機柜高密度的變化給配電與暖通帶來相應的挑戰(zhàn)。在舊機房改造過程中，許多配電與暖通設備需要全部拆除更換全新的設備設施。 這不僅造成了資源上的浪費，也增加了企業(yè)的運營成本

　　1.2 PUE 值呈下降趨勢

　　PUE （電源使用效率）值等于數(shù)據(jù)中心總設備能耗 /IT設備能耗， PUE值越接近 1 ，表示一個數(shù)據(jù)中心的綠色化程度越高。 目前， PUE值已成為衡量數(shù)據(jù)中心能源效率的重要指標， 我國數(shù)據(jù)中心的平均PUE值在 2~2.5之間。由于2010年之前國家沒有綠色數(shù)據(jù)中心的要求，此前一些數(shù)據(jù)中心的 PUE 值高達 3.0 。 2013年以后新建的數(shù)據(jù)中心平均 PUE 值在1.5~1.8之間  。 2018年北京市政府公布《北京市新增產(chǎn)業(yè)的禁止和限制目錄》，目錄指出禁止新建和擴建信息處理和存儲支持服務中的數(shù)據(jù)中心（ PUE值在 1.4 以下的云計算數(shù)據(jù)中心除外） 。 這是政府在建設綠色節(jié)能的數(shù)據(jù)中心方面所釋放出來的信號，PUE 值的下降呈必然趨勢。 能源的緊張，政府的宏觀政策的調控， 使得數(shù)據(jù)中心這個耗能大戶走上一條可持續(xù)發(fā)展的道路。

　　1.3 建設方式的改變

　　數(shù)據(jù)中心基礎建設在本質上是一項綜合性的系統(tǒng)工程。早前的建設方式通過建造一棟整體的樓宇，加上供配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、室內(nèi)裝修系統(tǒng)等數(shù)據(jù)中心配套設施。 這類整體建造方式給后期的擴容帶來了不少阻力，缺少靈活，改造成本不亞于再造一座新的數(shù)據(jù)中心。 現(xiàn)今市場中較為主流的是整體規(guī)劃、分布實施的模塊化建設方式。此種建設方式可根據(jù)業(yè)務的發(fā)展，隨用隨建，可以降低基礎設施的經(jīng)濟性貶值和技術性貶值， 提升資金的利用率。

　　1.4 數(shù)據(jù)中心運營管理的智能化趨勢

　　在物理上建設完成一座數(shù)據(jù)中心， 并不意味著數(shù)據(jù)中心的生命周期已經(jīng)結束。 對于數(shù)據(jù)中心的運維才是數(shù)據(jù)中心生命周期的開始， 要發(fā)揮數(shù)據(jù)中心的功能和作用， 數(shù)據(jù)中心的運營管理是至關重要的一個環(huán)節(jié)。 傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心在運維管理上更多地是依靠人工的方式來進行的。根據(jù)相關數(shù)據(jù)表明，在導致數(shù)據(jù)中心故障的所有因素中， 技術問題所占比例很小，但是人為失誤引發(fā)的故障占近 0.7 的比例。 人為的不可控是數(shù)據(jù)中心安全運營較大的干擾因素之一，隨著人工智能技術的發(fā)展，機器人將融入更多的運營管理應用場景， 代替可控度不確定的人工操作，減少數(shù)據(jù)中心的故障率。

　　2 綠色數(shù)據(jù)中心的發(fā)展方向淺析

　　2.1 小母線末端配電

　　面對單機柜功率密度高密化的趨勢， 傳統(tǒng)的列頭柜在后續(xù)改造方面呈現(xiàn)出明顯的短板。 比如列頭柜擴容和變更是非常困難的， 使用過的電纜也無法重復利用，缺少靈活。 然而，小母線可根據(jù)機柜負載大小而靈活分配，如需擴容、調相，小母線只需調整相應的插接箱，在線路上無需做任何的調整。空間方面，列頭柜占用了大量空間，若干個機柜需要對應配備一個列頭柜， 這使得空間上本來就十分寶貴的數(shù)據(jù)中心更加擁擠。小母線占用空間小、體積緊湊且走線直觀簡潔。若是大型數(shù)據(jù)中心，因為運用小母線而節(jié)省下來的空間將是十分可觀的， 也能夠帶來一定的經(jīng)濟效益。 使用年限方面，列頭柜一般在10年至15年之間，而小母線的使用壽命一般可達40年。通過對比我們發(fā)現(xiàn)， 小母線在未來應對機柜高密化的挑戰(zhàn)更具有競爭力。 雖然國內(nèi)目前在數(shù)據(jù)中心領域運用小母線配電方案并不普遍， 可能是基于建造成本的原因。但隨著功率密度的不斷攀升，建造者在成本與運維便捷性中會做出選擇， 小母線將會成為數(shù)據(jù)中心后50m的解決方案。

　　2.2 節(jié)能與PUE

　　綠色節(jié)能的數(shù)據(jù)中心與我國走可持續(xù)發(fā)展道路的步調是一致的，為此，實現(xiàn)綠色節(jié)能的技術在行業(yè)中成為了大家共同努力的方向。 近些年來制冷和傳熱學以及材料科學并沒有取得重大的突破， 但是PUE值也在飛速下降，這似乎并不符合人們的邏輯思維。 究其原因，是溫濕度環(huán)境標準的放寬，節(jié)能由此得以實現(xiàn)。 早前因為數(shù)據(jù)中心要求的溫濕度范圍較為狹窄，數(shù)據(jù)中心為滿足溫濕度條件，制冷系統(tǒng)都采用的是機械制冷， 這大大地增加了數(shù)據(jù)中心的能耗，提升了 PUE 值。 隨著環(huán)境要求的不斷放寬，數(shù)據(jù)中心的節(jié)能技術轉向了少量時間采用自然冷卻，再到自然冷卻時間占比越來越大， 甚至發(fā)展到以自然冷卻為主，爾需要機械制冷來補充的方式。數(shù)據(jù)中心非IT設備能耗由此得到了降低， PUE值下降迅猛。 多家互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)也研發(fā)出不同的數(shù)據(jù)中心節(jié)能方案，如微軟的潛水艇IDC 、雅虎的雞舍IDC 、谷歌的海水冷卻IDC 、臉書的風墻 IDC 。 除利用自然環(huán)境來散熱節(jié)能的方式外，還有高溫服務器、余熱回收再利用、液冷散熱技術等新技術在研究中，綠色節(jié)能技術呈現(xiàn)百家爭鳴的局面。我們應該抓住機遇，深挖行業(yè)痛點，放眼世界，給出創(chuàng)新性的解決方案。

　　2.3 快速部署

　　大數(shù)據(jù)、 5G 、云計算、人工智能等新興技術的快速發(fā)展， 使得數(shù)據(jù)中心的業(yè)務需求得到了高速的發(fā)展， 此時傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心建設方式顯然不能跟上發(fā)展的步伐。 因此， 數(shù)據(jù)中心的建設方式正在往模塊化、預制化、產(chǎn)品化發(fā)展。 模塊化的數(shù)據(jù)中心被分成若干個子模塊，這些模塊提前在工廠中生產(chǎn)調試好，根據(jù)需要在現(xiàn)場進行搭積木式的安裝， 縮短工程時間，達成快速部署的目標。此類建設方式正在獲得互聯(lián)網(wǎng)*們的廣泛認可與投入， 作為與之配套的供應商們也應適應變化，產(chǎn)品的升級換代，踩準發(fā)展的節(jié)點。

　　2.4 AI （人工智能）及智能 DCIM

　　近兩年 AI 不僅是年度熱詞，更是不同領域的企業(yè)深入思考的方向。 這猶如上個世紀末電腦行業(yè)的興起， 人們起初并不知道電腦能給工作和生活帶來怎樣的變化， 其中困惑就在于如何將新技術與場景結合。 數(shù)據(jù)中心的建設者們也同樣在思考：人工智能可以與數(shù)據(jù)中心的哪些場景結合。人工智能優(yōu)勢在于它在某些方面可以代替人工，一方面減少人為因素所引起的故障率， 另一方面將人從單一重復的勞動中解放出來。因此，人工智能與數(shù)據(jù)中心的結合場景可以有：數(shù)據(jù)中心的安防系統(tǒng)，減少安保人員眼看、手摸、跑腿等工作，提升安防系統(tǒng)的智能化程度；數(shù)據(jù)中心的巡檢系統(tǒng)，可用巡檢機器人代替基礎設施保障人員在機房內(nèi)采集溫濕度數(shù)據(jù)、 檢測可疑故障點等工作， 提高工作效率與準確度。數(shù)據(jù)中心的電力自動控制系統(tǒng)，利用人工智能技術由機器自主判斷， 對電力系統(tǒng)中可能發(fā)生的過載現(xiàn)象實行甩負載措施， 從而保障重要負載的可靠運行。 這一切在數(shù)據(jù)中心利用智能 DCIM （數(shù)據(jù)中心基礎設施管理）去實現(xiàn)。未來人工智能在數(shù)據(jù)中心的應用將從圖紙中走向現(xiàn)實。

　　3 安科瑞列頭柜及監(jiān)測產(chǎn)品介紹

　　隨著數(shù)據(jù)中心的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心能耗問題也越來越突出，可靠的數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)方案，是提高數(shù)據(jù)中心電能使用效率，降低設備能耗的方式。

　　AMC系列數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)是針對數(shù)據(jù)機房末端設計的，能夠綜合采集所有能源數(shù)據(jù)的智能系統(tǒng)，為交直流電源配電柜提供準確的電參量信息，并可通過通訊將數(shù)據(jù)上傳到動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個數(shù)據(jù)機房的實時監(jiān)控和管理，為實現(xiàn)綠色IDC提供可靠保證。

　　3.1配電管理解決方案

　　3.1.1交流系統(tǒng)

　　1）功能要求：

　　遙測：輸入分路的三相電壓、三相電流、有功功率、有功電度；輸出分路的單相電壓、單相電流、有功功率、有功電度；

　　遙信：輸入分路的過壓/欠壓，缺相,過流，輸入分路和輸出分路的開關狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計，實現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限報警功能。

　　2）配置方案-示意圖

3.1.2直流系統(tǒng)

　　1) 功能要求

　　遙測：輸入分路的電壓、電流、功率、電度；

　　遙信：輸入分路的過壓/欠壓，輸入分路的熔絲狀態(tài),具備電流、功率需用量分析和統(tǒng)計，實現(xiàn)電壓、電流、功率等參數(shù)的越限功能。

　　2)配置方案-示意圖

3.2產(chǎn)品規(guī)格

　　說明：■為標配功能。

　　3.3配套附件

　　4 安科瑞母線槽監(jiān)測產(chǎn)品介紹

　　4.1 概述

　　數(shù)據(jù)中心小母線系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心末端母線供配電系統(tǒng)的俗稱。近年來，隨著數(shù)據(jù)中心建設的快速發(fā)展和更高需求，智能小母線系統(tǒng)逐漸被應用于機房的末端配電中，具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點，即插式插接箱給各個機柜內(nèi)的PDU分配電。始端箱和插接箱內(nèi)可設置監(jiān)測模塊，將數(shù)據(jù)上傳至動環(huán)監(jiān)控中心。

　　4.2  AMB智能小母線管理系統(tǒng)

　　1）交流系統(tǒng)功能：

　　遙測：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能、電纜溫度，系統(tǒng)頻率、零序電流、零地電壓、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關狀態(tài)、電壓/電流諧波含量、電流/功率；

　　遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、過頻率、欠頻率越限、零地電壓、零線電流、溫/濕度告警，開關狀態(tài)、開關跳閘；

　　2）直流系統(tǒng)功能：

　　遙測：電壓、電流、功率、電能、電纜溫度、漏電流、機柜溫度、機柜濕度、開關狀態(tài)、電流/功率；

　　遙信：過電流2段閥值越限、過/欠壓、過功率告警、缺相、溫/濕度告警，開關狀態(tài)、開關跳閘；

　　4.3 產(chǎn)品介紹

　　說明：■為標配功能。

　　5結束語

　　數(shù)據(jù)中心的高速發(fā)展是時代的需要， 而面對日新月異的時代變化， 數(shù)據(jù)中心自身也在不斷地更新?lián)Q代，不斷地有新的技術和方案涌現(xiàn)出來。文章闡述了當前數(shù)據(jù)中心的發(fā)展現(xiàn)狀與變化， 并給出未來數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢的幾點思考， 以探索數(shù)據(jù)中心在發(fā)展中可能出現(xiàn)的方向與風口， 對數(shù)據(jù)中心的建設規(guī)劃具有一定的參考意義。