文章来源于IBM 全球信息科技服务部

简介

       IT 需求激增使数据中心容量面临的压力不断上升，CIO 在 预算多半持平的情况下很难应对业务需求。由于容量需求 变得越来越不可预测，因此更难跟上技术和新兴模型（如云计算）方面的迅速变化。面临的挑战就是在信息技术每 两到三年就会变化这一环境下，建立有用且经济有效的数 据中心以运行 10 到 20 年。

       围绕可用性（高）、容量（高）和资本开销（低），用于设 计数据中心的业务需求仍相当一致。但仅这三个需求已不 再足够。组织还需要提供可扩展性来随着时间推移升级技术和容量，并提供灵活性来支持新技术和计算模型，同时 更小化资本和运营开销。

       所有这些因素都为关键的灵活性而设计，这就是模块化数 据中心成为许多组织的设计首要的原因。该白皮书探讨了用于设计和构建模块化数据中心的实践，源自各种规 模公司的 500 多个 IBM 实施案例。同时还描述了使用 分析帮助建立有效设计策略的优势。

扩展模块化数据中心的概念

       今天市场中有众多产品被指定为模块化数据中心解决方案。 经常提到的一个便是数据中心装运容器，在数据中心移动性对于灾难恢复至关重要的情况下，或者当可能需要临 时资源填补完成新构造产生的空白时，数据中心装运容器 是很有用的资源。其他模块化数据中心产品包含模块化子 系统，如可以根据需要添加的不间断电源 （UPS） 以及机 架级和行级散热。一些模块化数据中心产品是非常类似容器产品的预制单元，这在于它们能够随着需求增加轻松添 加地板空间、电源和散热部件。

       当这些解决方案准备就绪时，IBM 已扩展了模块化数据中 心的定义，以便更有效地解决当前对灵活性和经济有效性的需求。IBM 采用的模块化数据中心设计方法并非在于集装化，而是在于逐步以较小的规模添加标准化的组件，在 需要时可以添加数据中心容量，因此使 IT 更紧密地符合业 务需求。此概念类似于笔记本电脑的设计 - 具有基本组件 如内存芯片、处理器芯片和磁盘驱动器，另外还可以在需 要时填充额外组件，如针对新软件应用程序而填充额外内存，或针对更多的数据而填充第二块硬盘驱动器。这些新 组件可以简单地“插入”随时可用的插槽或托架。

       IBM 以相同的方法处理数据中心设计，使组织能够在需要时简单地“插入”额外的散热容量、发电机容量、电池和 不间断电源容量。在 IBM 的模块化数据中心设计中，构建 了电气和机械系统（电缆、导电管和管道容量等）以提前容纳设施的最大容量，而不是在容量需求增长时更新这些 系统。这使得数据中心容量和配置能够在不中断运行的情 况下进行无缝升级，并且提供灵活性以轻松集成今后的技术，如云计算、高密度系统或新的水冷却技术。重要的是， 以此方式构造的数据中心可以根据个别业务和 IT 需求进行定制，具有各种设计选项，能够满足各种规模公司的需要。

       通过以较小的增量（或模块）来构建，组织仅需出资构建 当前所需容量，同时能够根据需要扩展容量以满足不断增长的需求。这种方法已为 IBM 的每位客户节约数十万的推 迟设备购买资本成本以及推迟的运营开支。通过使资本成本和运营成本与不断变化的业务需求紧密地保持一致，在 数据规划方面实现前所未有的财务精确性，CFO 对此肯定 会非常满意。

基于需要项而非想要项制定决策  每个数据中心设计都必须满足可用性、容量和经济有效性 方面的业务和 IT 需求。IT 领导者通常面临着要求设计一 个新的数据中心，可以提供较高的可用性，并支持更新、更高密度的 IT 设备。关键是确定企业实际所需，并通 过经济有效的设计进行平衡。

       可用性是每个数据中心都必须提供的核心功能。即使对于 计划内的中断，组织对应用程序可用性的要求也日益提高，而对停机时间的容忍度日益降低。随着应用程序中断窗口 越来越短，缓解中断风险对于业务运营而言就显得至关重 要。毕竟，单个应用程序中断的收入损失从每小时数十万 美元到每小时几百万美元不等，这取决于行业和具体情况。 不过，仍必须以一种经济有效的方式来保持应用程序可用性。

       组织始终可以在基础架构中实现更高的冗余度 - 更多的电 源、更多的电池、更多的发电机，甚至更多的数据中心， 以降低中断可能性。但在某些时候，冗余开销将超过收益。公司应不断地反思“是否值得？我们到底需要多大程度的 中断保障？”并非所有企业都需要相同程度的数据中心可 靠性。

       例如，为自己的数据中心确定弹性需求时，IBM 发现从 IBM 三级（99.982% 可用性）迁移到 IBM 四级（99.995% 可用性）表示资本开支方面增长 39%。IBM 通过包含诸如 并发维护之类的准则，使用分发级静态交换机提供额外的 冗余、N+1 发电机、冷冻水存储器和全天候现场设施覆盖， 以便提供维护支持，使其设计能够实现更可靠的可用性（以少于 25% 的资金开销）。

       评估未来的 IT 设备需求可能同样面临加速变化步伐的挑 战。需要了解实际需要的容量，同时评估提供支持所需的 功率密度。在过去的十年间，行业发展趋势表明，技术所需的功率密度已经增长了 20 倍以上，并且现在已接近每个 高密度服务器机架 40 千瓦 （kW）。然而，Datacenter Dynamics 调查发现，典型的数据中心只对每个服务器机架使用约 2 到 6 千瓦，这取决于地理区域，它们一般可以计划支持每个机架最大 15 千瓦。1

       使用模块化设计使组织能够支持这一范围的预期功率密度， 并以更小的运营中断实现此目的。一些更佳实践模块化设计原则，使这一级别的支持包含各种规模的电气和机械系 统，以满足未来的容量需求，提供潜在的水冷却，使用模 块化 UPS 和制冷设备设计，并使用可扩展以支持增长的电 气开关装置。从开始部署模块化设计就类似于一张保单。 如图 1 所示，组织在前期资本成本中支付了 5% 的保险费，使他们避免以后升级电源容量支付 60% 以上的资金，同时 也避免了有碍业务的更新。

图 1：在某些情况下，模块化设计中前期额外的 5% 投资可能会针对容量升 级产生 60% 的长期成本节约，并且可以帮助避免中断性的更新。

使用分析工具确定需求   由于技术每两到三年就会发生变化，因此设计可以经济有 效地支持业务增长的数据中心将是一个挑战。一个更好的做法就是在开始数据中心设计之前，列出清晰且详细的需 求说明。同时还应使用适合数据中心策略的分析工具。这 些工具旨在帮助公司平衡业务需求与目标分析，使其根据 可用性、容量和总体拥有成本 （TCO） 的要求做出明智 的决定。

       IBM 使用的这样一个工具可预测 IT 增长和关联的物理基础架构容量，从而使数据中心的设计可以容纳这些增长。 通过包含组织预期的应用程序增长、IT 战略和当前数据中 心容量的输入，该工具预测数据中心容量阈值的业务和 IT 需求，以预测能源和空间容量需求。图 2 显示了来自工具的输出如何用于帮助一家大型银行确定到 2020 年所需的服务器容量。

图 2：通过使用数据中心战略分析工具的输出，某大型银行能够确定到2020 年，其 60% 的服务器容量将需要每个机架超过 10 至 20 千瓦。

       在银行数据中心的十年使用期限内，规划的业务增长和对 新技术（如虚拟化和云计算）的采用将导致期望的服务器密度发生转变 - 可能需要功率密度增长两到四倍。通过使 用这些计算，银行避免了在五年、七年和十年期间内构建其电力和散热能力以及重新设计数据中心的开支。取而代 之的是预先设计银行的模块化数据中心，以无缝地将容量 扩展到其当前功率密度的三到五倍，从而支持规划的 IT 更改和技术采用。另外，通过将双区域电力和散热能力整合 在设计中，银行每年将节省能源成本达 100 万美元。

控制决策制定方式   对数据中心投资决策进行监管对于精心设计且良好运行的 数据中心来说必不可少。构建一个新数据中心（大或小）是一笔重大资本开支。但是，当资本成本通常获得 100%的注意力时，它们只占构建和操作设施总成本的约 15%， 这使得 IT 领导者必须了解管理这两种成本的利益相关方。他们需要知道谁负责为数据中心构建提供资金，谁负责对 其进行维护。CFO 和董事会通常会监督资本投资；数据中 心运营开支通常由房地产组织或 CIO 负责。

      IBM 已发现用于优化数据中心整体面积的设计已不再适宜，这是因为物理“框架”的成本仅占总资本成本（不包 含房地产成本）的10%。相反，构建新数据中心成本的约60% 源于电气和机械设备，包括 UPS、制冷设备、空调系 统、备用电池系统和发电机（请参阅图 3）。

                   图 3：构建数据中心时，60% 的资本支出是用于机械和电气系统，而只有7% 是用于修建建筑框架。

       IBM 还发现，在新数据中心 20 年的预期使用期限内，运 营开支通常是前期资本投资的三到五倍。这意味着，花费 约 5000 万美元构建的数据中心在其 20 年的生命周期内将 产生 2.5 亿美元的运营开支（请参阅图 4）。当然，不能夸大了解这些成本比率的重要性。长期优化资本和运营支出 至关重要。

     这些发现还解释了在更小的模块中设计和构建以及将机械 和电气设备方面的重大投资推迟至需要时方才投资的优势。 组织可以推迟更高达 40% 的前期资本支出，以及高达 50% 的运营开支。

使用分析工具均衡资本成本和运营成本   改善投资监管的一种方法是评估在数据中心的 15 到 20 年 的使用期限内，哪些技术组件购买费用较低以及哪些技术 组件运营费用较低。但是，购买的昂贵设备少不一定等同于更经济有效的选择。进行技术和供应商权衡是至关重 要的，但如果决策者只考虑资本成本，那么长期的运营成 本可能会被忽视。

       IBM 使用数据中心生命周期成本分析工具，深入洞察资本 成本和运营成本，并帮助评估正确的供应商和技术权衡以平衡这些成本。以一个 20000 平方英尺数据中心的结果为例，IBM 在此分析了 20 家可用供应商的散热系统，分为 三种技术类别（请参阅图 5）。

          图 5：为一个 IBM 客户评估的多个技术供应商之间的资本成本，针对一个20000 平方英尺的数据中心，变化高达 5 倍。

       IBM 发现，在十年期间，设备成本相差很大，资本投资的规模并不一定等同于运营成本（请参阅图 6）。事实上，分 析已确定花费教少的技术（图 5 和图 6 中深青色所示）从 长远来看运营更昂贵。但是，经过十年时间，比较低成本 解决方案多花费 20000 美元部署的散热系统（以蓝色指示） 导致节约了 150 万美元的运营成本。相反，价格更高技术类别中低费用供应商提供的设备（以浅绿色表示）运营花 费更少，但这些节约并没有覆盖较高初始资本投资。

图 6：IBM 的分析显示，需要 20000 美元较高资本投资的技术（以蓝色显示） 经过十年时间促使节约了 150 万美元的运营成本，为客户提供更高价值。