一、前言
自IT解決方案供應商SUN推出全球第一個移動式、虛擬化的數(shù)據(jù)中心Black Box起，這種將網(wǎng)絡(luò)機架、空調(diào)、配電柜、消防、安防、監(jiān)控，甚至UPS、發(fā)電機等數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施部分或全部地集成安裝到一個標準貨運集裝箱（20英尺、40英尺）內(nèi)，從而構(gòu)建一個高度集成、快速部署、靈活擴建、高效節(jié)能的集裝箱式數(shù)據(jù)中心，立即在業(yè)界引起了廣泛的關(guān)注。緊跟其后各大IT廠商也相繼推出了各自獨具特色的集裝箱數(shù)據(jù)中心解決方案，如IBM（PMDC）、HP（POD）、SGI（ICE Cube）等。
模塊化遵循“按需供應、靈活擴展”的需求，使數(shù)據(jù)中心的使用效率盡可能提高，在產(chǎn)品形式上主要有兩種：微模塊和集裝箱式數(shù)據(jù)中心。微模塊又可分為網(wǎng)絡(luò)微模塊、計算微模塊、存儲微模塊等；集裝箱數(shù)據(jù)中心模塊化產(chǎn)品包括一體化箱、IT箱（設(shè)備箱）、支持箱（也稱輔助箱），而一體化箱則是數(shù)據(jù)中心模塊化的極致體現(xiàn)。本文將通過對比兩類模塊化數(shù)據(jù)中心的產(chǎn)業(yè)環(huán)境、產(chǎn)品特點、應用場合以及對綜合布線的影響等方面來分析微模塊與集裝箱數(shù)據(jù)中心的特點。
二、模塊化數(shù)據(jù)中心的產(chǎn)業(yè)環(huán)境
云計算、大數(shù)據(jù)的快速發(fā)展以及廣泛應用，數(shù)據(jù)中心也像水電一樣可以實現(xiàn)“按需供應”，模塊化數(shù)的據(jù)中心建設(shè)恰好迎合了云計算“按需供應”的需求，根據(jù)著名咨詢機構(gòu)IDC公司數(shù)據(jù)中心趨勢研究人員Michelle Bailey的說法，數(shù)據(jù)中心的模塊化模式有望在未來5年內(nèi)成為建造數(shù)據(jù)中心幾乎默認的方法，模塊化數(shù)據(jù)中心將成為未來數(shù)據(jù)中心發(fā)展的趨勢之一。
2.1 市場環(huán)境
云計算的“按需供應”既體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)服務的按需供應，同時也體現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的按需供應，所有數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施都是根據(jù)相對應的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務需求來布置的，這樣可以極大的提高數(shù)據(jù)中心的使用效率，這與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心在建設(shè)初期考慮大量冗余是完全不同的。然后，當新的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務需求產(chǎn)生時，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的擴展就顯得非常有優(yōu)勢了。而采用模塊化的數(shù)據(jù)中心建設(shè)則同樣能達到與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心擴展相媲美的效果，無論是集裝箱數(shù)據(jù)中心還是微模塊方式，只需要將相應數(shù)量的集裝箱或微模塊安放到位，接上市電和運營商網(wǎng)絡(luò)（集裝箱數(shù)據(jù)中心）或在各模塊之間連接主干鏈路（微模塊）即可完成網(wǎng)絡(luò)的擴展。因此，云計算以及大數(shù)據(jù)的發(fā)展為模塊化數(shù)據(jù)中心提供了良好的市場前景。
2.2 政策環(huán)境
標準規(guī)范總是滯后于技術(shù)的發(fā)展，盡管集裝箱數(shù)據(jù)中心自推出以來得到了廣泛應用，由于涉及到供電、消防、布線等數(shù)據(jù)中心的所有基礎(chǔ)設(shè)施，到目前仍然沒有一個完整的標準來進行規(guī)范，同時不同IT廠商提供的集裝箱規(guī)格也不盡相同，這也就限制了用戶在不同集裝箱數(shù)據(jù)中心廠商之間的自由選擇，因此在很大程度上影響了這一技術(shù)的應用和發(fā)展。對于微模塊數(shù)據(jù)中心這一新興事物，同樣也遇到了相似的狀況，目前仍然是以部分廠商先入為主，如目前阿里巴巴、百度和騰訊聯(lián)合進行的“天蝎計劃”等，微模塊數(shù)據(jù)中心當前主要尚處于各個企業(yè)各自為政的階段，在設(shè)計、建設(shè)、部署已經(jīng)運維等方面尚沒有統(tǒng)一的標準。
無論是集裝箱還是微模塊數(shù)據(jù)中心，其標準化是用戶最關(guān)心的問題，任何產(chǎn)品只有實現(xiàn)標準化，才能形成相應的產(chǎn)業(yè)鏈、促進數(shù)據(jù)中心模塊化的良性發(fā)展。目前已有相關(guān)開始著手模塊化數(shù)據(jù)中心的標準化工作，我國工信部也已于2012年底正式召開了“微模塊數(shù)據(jù)中心標準化研討會”，分析了微模塊數(shù)據(jù)中心標準化的現(xiàn)實意義，工信部這一工作將對模塊化數(shù)據(jù)中心建設(shè)起到良好的推動作用。
工業(yè)和信息化部聯(lián)合四部委于2013年1月9日發(fā)布了《關(guān)于數(shù)據(jù)中心建設(shè)布局的指導意見》，該指導意見提出了數(shù)據(jù)中心建設(shè)布局應遵循的四大導向，對于新建超大型、大型數(shù)據(jù)中心，重點考慮氣候環(huán)境、能源供給等要素；對于新建中小型數(shù)據(jù)中心，重點考慮市場需求、能源供給等要素。“意見”更多的是要求新建數(shù)據(jù)中心降低PUE值，明確了未來政府在電價、土地等相關(guān)市場配套上對數(shù)據(jù)中心建設(shè)的支持，這對于能效比更高的模塊化數(shù)據(jù)中心建設(shè)又是一個積極的政策支持。
2.3 行業(yè)環(huán)境
傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)往往是從土建開始，IT需求的規(guī)劃則在建筑規(guī)劃后進行，建筑與IT規(guī)劃之間具有很強的耦合。由于IT需求的不確定性導致經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)計規(guī)劃的變更，有些變更甚至需要對建筑結(jié)構(gòu)進行特殊設(shè)計，當這些變更發(fā)生在建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定時，某些建筑結(jié)構(gòu)的不可變更性將無法滿足數(shù)據(jù)中心對建筑的特殊要求，這將直接影響數(shù)據(jù)中心的應用效果。
模塊化數(shù)據(jù)中心的建設(shè)以模塊為基礎(chǔ)，而模塊又是以標準機柜或標準集裝箱的形式出現(xiàn)，數(shù)據(jù)中心建設(shè)過程中的具體變更基本上都可以在工廠得到專業(yè)的部署，而建筑物現(xiàn)場則只需提供滿足各個模塊所需水、電以及網(wǎng)絡(luò)的標準接口，建筑物結(jié)構(gòu)為標準化廠房即可，并且建筑與數(shù)據(jù)中心模塊的建設(shè)可以同步進行。這一方式即可極大的節(jié)省數(shù)據(jù)中心的建設(shè)時間，同時又可靈活滿足數(shù)據(jù)中心變更的要求。
模塊化的另一個特點是將整個數(shù)據(jù)中心拆散為若干個以模塊為單位的數(shù)據(jù)中心的迭加，除安裝更便捷外，對于數(shù)據(jù)中心的分段投資也有很大優(yōu)勢。
三、模塊化數(shù)據(jù)中心的產(chǎn)品特點
傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的建筑及基礎(chǔ)設(shè)施與IT規(guī)劃之間具有較強的耦合關(guān)系，這對數(shù)據(jù)中心的部署和運維都將帶來一定發(fā)麻煩。模塊化數(shù)據(jù)中心則是以各個功能模塊為基本單元，在工廠預先將相應的設(shè)備集成在同一功能模塊內(nèi)、現(xiàn)場再將各功能模塊堆疊在指定位置進行建設(shè)的。由于各類型模塊集成的設(shè)備各不相同，因此微模塊和集裝箱數(shù)據(jù)中心的產(chǎn)品特點也有較大差異。
3.1 集裝箱數(shù)據(jù)中心
集裝箱數(shù)據(jù)中心是在一個集裝箱內(nèi)集成了數(shù)據(jù)中心所需的全部基礎(chǔ)設(shè)施，如網(wǎng)絡(luò)機架、配電柜、UPS、蓄電池、精密空調(diào)、消防、安防以及監(jiān)控系統(tǒng)，甚至還包括備用柴油發(fā)電機組，這種一體化的集裝箱數(shù)據(jù)中心只需將其接入市電和運營商網(wǎng)絡(luò)，即可投入使用。
以帶發(fā)電機40英尺一體化箱為例，通常配備5~6個45U網(wǎng)絡(luò)機柜，每個機柜的IT負載功率密度可達到10KW以上，可容納約250臺1U高度的服務器，滿足大多數(shù)政府和企事業(yè)單位等中小型數(shù)據(jù)中心建設(shè)的要求。
40英尺一體化箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖
隨著集裝箱數(shù)據(jù)中心技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，除了采用20/40英尺標準集裝箱作為數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的安裝空間外，為了滿足不同規(guī)模數(shù)據(jù)中心建設(shè)的需要，市場上也出現(xiàn)了一些其他非標準規(guī)格的集裝箱數(shù)據(jù)中心。將組成數(shù)據(jù)中心的所有元素：IT核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、供配電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)、線纜管理系統(tǒng)等等全部安裝在一個機柜內(nèi)，如艾默生網(wǎng)絡(luò)能源提供的“ITSolution易睿解決方案”，可以看作是一體化集裝箱數(shù)據(jù)中心的微型版，也正成為中小型數(shù)據(jù)中心的一個建設(shè)模式。
集裝箱數(shù)據(jù)中心由于包含了所有數(shù)據(jù)中心所需的基礎(chǔ)設(shè)施，只要接入市電和網(wǎng)路就可啟用，具有單箱獨立運行、安裝便捷、運抵即用的特點。同時箱體具有優(yōu)秀的密封性、表面涂有陽光反射圖層、外殼加裝了保溫隔熱材料，因此不僅適合室內(nèi)運行，也可以很好的適應風雨侵蝕、光陽暴曬等室外惡劣環(huán)境。
3.2 微模塊數(shù)據(jù)中心
微模塊是指以若干機架為基本單位，包含網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務器、布線、消防以及監(jiān)控等在內(nèi)的獨立運行單元，每個模塊具有獨立的功能、統(tǒng)一的輸入輸出接口，不同區(qū)域的模塊可以相互備份，通過相關(guān)功能模塊的排列組合、形成一個完整的數(shù)據(jù)中心。
計算微模塊
組成數(shù)據(jù)中心的微模塊全部組件可在工廠預制，并可靈活拆卸、即插即用。微模塊根據(jù)業(yè)務類型劃分有計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等三大類，計算微模塊主要將關(guān)注點集中在密度上，如騰訊微模塊數(shù)據(jù)中心的計算微模塊采用高密配置，每個模塊包含12個機架、負荷10kW/機架總負荷120kW，最多可以支持960臺服務器。中密配置的微模塊總負載大致是高密配置的60%左右。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來自于如思科、華為、惠普等各個不同的廠商，各廠家設(shè)備的進風方式、功耗等也不盡相同，采用網(wǎng)絡(luò)微模塊則可以很好的解決這個問題，如騰訊采用的網(wǎng)絡(luò)微模塊為10個機架、負荷8kW/機架總負荷80kW。
目前微模塊數(shù)據(jù)中心采用比較多的下送風冷池或列間送風冷池方式，由于可靈活實現(xiàn)按需制冷，在制冷效果方面比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心更加高效，有助于降低數(shù)據(jù)中心的PUE值。
3.3 模塊化數(shù)據(jù)中心布線特點
當數(shù)據(jù)中心選擇模塊化建設(shè)時，傳統(tǒng)綜合布線的很大部分也在模塊化過程中預先部署在模塊內(nèi)部了。TOR網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將成為模塊化數(shù)據(jù)中心的主要布線方案，各機柜選擇交換機置頂，從而節(jié)省了大量從傳統(tǒng)布線方案HDA到EDA之間的水平線纜，將網(wǎng)絡(luò)維護從交換機與配線架之間的跳線連接轉(zhuǎn)移到交換機與服務器設(shè)備之間，對于連接跳線的質(zhì)量要求更高。以銅纜跳線為例，選擇通過單體標準（Patch Cord）測試的跳線將更有利于網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
模塊化數(shù)據(jù)中心現(xiàn)場將只需要部署主干鏈路，從核心交換到接入交換之間，無論采用TOR還是EOR的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，部署工廠級制作的預端接光纜可以節(jié)省寶貴的機柜空間，加快模塊化數(shù)據(jù)中心的交付，并為數(shù)據(jù)中心升級到下一代網(wǎng)絡(luò)傳輸打好基礎(chǔ)。
四、模塊化數(shù)據(jù)中心的應用場景
作為數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，將網(wǎng)絡(luò)、供電、制冷、消防、監(jiān)控等等采用模塊化方案部署后，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)方式發(fā)生了較大變化，克服了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)受限于建筑本身的問題，將數(shù)據(jù)中心的設(shè)計和大部分施工轉(zhuǎn)移到工廠進行預先定制，將各功能模塊運輸?shù)浆F(xiàn)場、以“搭積木”方式配合客戶投資和業(yè)務發(fā)展需求進行搭建，從而靈活實現(xiàn)分期建設(shè)，大大提升數(shù)據(jù)中心效率。
用于模塊化數(shù)據(jù)中心建設(shè)的各類模塊在工廠進行定制，產(chǎn)品具有更好質(zhì)量的保障，在可靠性、運營成本、節(jié)能減排、部署安裝、后續(xù)擴展等方面具有更大的優(yōu)勢，適用于電子政務、云計算、IDC（互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）、企業(yè)自用、海洋科考、油氣勘探、軍隊作業(yè)及災難恢復等多種場合。
根據(jù)模塊化數(shù)據(jù)中心類型和功能的不同，本文從以下三個方面的來分析集裝箱數(shù)據(jù)中心和微模塊數(shù)據(jù)中心的應用差異。
4.1 數(shù)據(jù)中心的規(guī)模
根據(jù)建設(shè)面積、IT設(shè)備尤其是服務器數(shù)量的多少等，數(shù)據(jù)中心規(guī)模有超大型、大型以及中小型數(shù)據(jù)中心之分，根據(jù)布線工作組《2012年中國綜合布線市場發(fā)展報告》中的相關(guān)數(shù)據(jù)，500平方及以下中小型數(shù)據(jù)中心建設(shè)的比例超過57%，可見中小型數(shù)據(jù)中心將成為數(shù)據(jù)中心建設(shè)的主體。對于面向當?shù)?、以實時應用為主的中小型數(shù)據(jù)中心，依據(jù)市場需求靈活部署是其主要特征，綜合了整個數(shù)據(jù)中心所有元素的一體化集裝箱數(shù)據(jù)中心（及機柜式數(shù)據(jù)中心），因其具有即插即用的特點，相比較微模塊具有更大的優(yōu)勢。
相比而言，大型和超大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)一般都將分階段進行，用于建設(shè)數(shù)據(jù)中心的建筑也具有一定的規(guī)模。一個40英尺的集裝箱數(shù)據(jù)中心重量可達30噸，這樣的龐然大物搬運到建筑物內(nèi)是非常困難，而室外空地安裝又需要占用太多的場地，對于像北上廣、珠三角、長三角洲地區(qū)將難以承受昂貴的土地租金。微模塊的產(chǎn)品形態(tài)恰巧符合國內(nèi)行情，因其將數(shù)據(jù)中心所需的基礎(chǔ)設(shè)施分別部署在幾個獨立的機柜內(nèi)，運送到現(xiàn)場后再進行簡單的拼接即可，因此更適合大型及超大型數(shù)據(jù)中心的模塊化建設(shè)。
4.2 不同行業(yè)數(shù)據(jù)中心
由于業(yè)務需求不同，不同行業(yè)數(shù)據(jù)中心對于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的要求也存在非常大的差異。如金融行業(yè)直接面對的就是終端用戶，可靠性和實時性、尤其是可靠性其數(shù)據(jù)中心最為關(guān)注；對于教育、政府機構(gòu)的數(shù)據(jù)中心，要么其用戶對象具有一定的技術(shù)知識、容易發(fā)起主動攻擊和病毒攻擊，要么由于涉及到多個部門、多個應用系統(tǒng)以及服務器多樣化，因此這類數(shù)據(jù)中心更關(guān)注網(wǎng)絡(luò)的安全性；相對來說互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心由于大量采用虛擬化技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)帶寬、系統(tǒng)可靠性以及網(wǎng)絡(luò)安全性方面都具有較高的要求。
每個行業(yè)對于數(shù)據(jù)中心都有其獨特的要求，金融行業(yè)數(shù)據(jù)中心對于存儲的要求更高，且升級擴容周期較短，同時為了充分利用最新制冷技術(shù)Freecooling，采用傳統(tǒng)方式建設(shè)其數(shù)據(jù)中心具有較大的優(yōu)勢，適當采用微模塊將使其數(shù)據(jù)中心的建設(shè)更加優(yōu)化。相比較來說，政府數(shù)據(jù)中心由于涉及到不同的部門，集裝箱數(shù)據(jù)中心即可滿足不同業(yè)務部門的應用需求，同時又能促進政府數(shù)據(jù)中心的標準化、規(guī)范化。而互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)數(shù)據(jù)中心建設(shè)多采用模塊化建設(shè)，一個或幾個微模塊支持某一類型的應用，當新應用功能出現(xiàn)時，相應的增加新數(shù)據(jù)中心微模塊，如谷歌、騰訊、百度等都開始采用微模塊方式建設(shè)其數(shù)據(jù)中心。
微模塊數(shù)據(jù)中心
4.3 移動性數(shù)據(jù)中心
對于一些特殊應用場合，如油氣勘探、海洋科考、軍用、受災地區(qū)等，其數(shù)據(jù)中心應用的場景環(huán)境更加惡劣。為確保其能適應野外惡劣的使用環(huán)境，數(shù)據(jù)中心不僅要求可以頻繁移動、快速部署，還在抗震、減震、耐腐蝕以及維護保養(yǎng)方面提出了更高的要求。經(jīng)過特殊設(shè)計的集裝箱數(shù)據(jù)中心是這里場合最理想的選擇，如2008年汶川地震后，SUN公司同年11月底向中國民政部國家減災中心捐贈的模塊化數(shù)據(jù)中心SunMD D20，D20可同時容納支持x64、CMT以及用于減災應用數(shù)據(jù)處理、分析的SPARC Enterprise M5000服務器，存儲容量配置將近200TB，以幫助中國政府有效提高國家綜合減災、抗災能力。
運輸中的Sun集裝箱數(shù)據(jù)中心
五、模塊化數(shù)據(jù)中心面臨的挑戰(zhàn)
盡管模塊化數(shù)據(jù)中心在建設(shè)周期、成本投入以及能源效率等方面有著傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)無與倫比的優(yōu)勢，然而市場數(shù)據(jù)中心建設(shè)仍然還是以傳統(tǒng)方式為主導，模塊化數(shù)據(jù)中心雖然已經(jīng)有不少企業(yè)開始研究部署，但規(guī)模都不大、尚處于奠定基礎(chǔ)的階段，離市場產(chǎn)業(yè)化還有很遠的路要走。
導致這一結(jié)果的原因除用戶觀念以及尚未看到明顯的經(jīng)濟效益之外，模塊化數(shù)據(jù)中心本身存在的缺陷也是用戶考慮的重要方面。
無論集裝箱還是微模塊數(shù)據(jù)中心，模塊內(nèi)的服務器都存在一定的定制化，一旦數(shù)據(jù)中心模塊在工廠預先定制之后，內(nèi)部設(shè)備的變更就比較麻煩，這對客戶在設(shè)備方面的選擇產(chǎn)生了一定的限制作用。
由于國家對模塊化數(shù)據(jù)中心尚無相關(guān)的標準，且這類數(shù)據(jù)中心的改造成本以及耐用性尚未得到驗證，當3-5年后IT產(chǎn)品更新?lián)Q代時期到來時，企業(yè)面臨是改造還是更換數(shù)據(jù)中心的問題。尤其是集裝箱數(shù)據(jù)中心，選擇改造用戶需要考慮集裝箱本身的壽命，而重新購置新的集裝箱則讓企業(yè)沒有繼續(xù)投資的熱情。
另外，模塊化數(shù)據(jù)中心因其整體體積大、重量沉也給施工帶來了一定難度。空間有限也是制約模塊化數(shù)據(jù)中心發(fā)展的一大因素，局促的空間為數(shù)據(jù)中心的日常維護帶來很大的麻煩。
六、結(jié)束語
任何新技術(shù)的應用都不可能一帆風順，盡管模塊化數(shù)據(jù)中心的發(fā)展受到了一定的制約，但我們也樂觀的看到越來越多的企業(yè)投入到它的研究與設(shè)計中去，從傳統(tǒng)的IT服務器企業(yè)，如IBM、HP、華為、中興；數(shù)據(jù)中心能源、制冷解決方案，如艾默生；數(shù)據(jù)中心運營企業(yè)，如世紀互聯(lián)、亞馬遜；以及傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)用戶，如谷歌、騰訊等。
隨著越來越多的企業(yè)加入模塊化數(shù)據(jù)中心研發(fā)和推廣，以及我國信息化的不斷發(fā)展和深入，包括布線工作組在內(nèi)的第三方機構(gòu)都認為模塊化數(shù)據(jù)中心將在5年內(nèi)成為數(shù)據(jù)中心發(fā)展的主流，模塊化將成為未來建設(shè)數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢。
