施耐德電氣數據中心
新趨勢之一：邊緣計算將與云計算協(xié)同發(fā)展
過(guò)去的一年，我們看到了很多關(guān)于邊緣計算的炒作，比如：“云中心已死，邊緣計算上位？”，“邊緣計算將改變互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)”，“邊緣計算將引領(lǐng)下一次IT變革”等等。但我們認為云計算不會(huì )消亡，邊緣計算也不會(huì )取代云計算，而是邊緣計算與云計算將協(xié)同發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)、AI、5G的快速發(fā)展，人們對延遲和寬帶的要求也越來(lái)越高。邊緣計算就是專(zhuān)門(mén)為這種“速度及帶寬的需求”而設計的。
施耐德電氣認為未來(lái)IT架構將是一種混合的IT架構，將由三種類(lèi)型的數據中心所組成，分別由位于偏遠地區用于超大規模計算與存儲的中央云數據中心，位于市區或市中心的靠近用戶(hù)用于大規模計算和存儲的區域邊緣數據中心，以及位于本地靠近數據產(chǎn)生和使用地點(diǎn)的邊緣數據中心。邊緣數據中心將在本地解決計算的快速響應問(wèn)題，云計算將為邊緣計算提供強大的后臺計算支持和數據存儲能力。同時(shí)，我們還認為邊緣計算數據中心會(huì )首先在零售行業(yè)和網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商兩大領(lǐng)域快速發(fā)展，以滿(mǎn)足人們對低延時(shí)和高帶寬的需求。
新趨勢之二：液冷時(shí)代即將來(lái)臨
風(fēng)冷IT在數據中心占據非常重要的地位，時(shí)至今日，數據中心依然以風(fēng)冷IT為主。但是，人工智能的應用對數據中心的處理能力提出了巨大的要求。人工智能開(kāi)始跨越式發(fā)展，已經(jīng)從實(shí)驗室研究發(fā)展到真正的商業(yè)和消費應用領(lǐng)域。這些應用程序的計算量巨大，以至于許多IT硬件架構師開(kāi)始使用GPU作為核心處理器或輔助處理器。許多基于GPU的服務(wù)器，也就是我們所說(shuō)的總設計功率（TDP – Total Design Power）發(fā)熱量通常為300瓦特左右，而傳統的服務(wù)器為130瓦特到150瓦特。基于GPU的服務(wù)器發(fā)熱量是傳統服務(wù)器的兩倍，這是液冷興起的主要驅動(dòng)因素之一。
據調查，我們發(fā)現數據中心當前機柜的功率密度在7個(gè)千瓦左右，但是，未來(lái)每個(gè)機柜的功率密度可能高達幾十個(gè)千瓦。我們認為如果機柜功率密度在20千瓦以?xún)葧r(shí)，傳統的制冷系統非常具有性?xún)r(jià)比。但當機柜功率密度超過(guò)20千瓦時(shí)，傳統的風(fēng)冷技術(shù)將面臨風(fēng)量、功耗、噪音等方面的挑戰，這時(shí)就需要采用液冷技術(shù)。
尤其目前在一線(xiàn)城市（如北京、上海），政府管理部門(mén)對數據中心單位產(chǎn)值能耗和排放水平要求越來(lái)越嚴格。2018年9月26日《北京市新增產(chǎn)業(yè)的限制和禁止目錄2018年版》要求在中心城區和北京市副中心禁止新建和擴建互聯(lián)網(wǎng)數據服務(wù)/信息處理和存儲支持服務(wù)的數據中心，非中心城區允許新建PUE在1.4以下的云計算數據中心。2018年10月29日上海市經(jīng)信委發(fā)布《上海市推進(jìn)新一代信息基礎設施建設助力提升城市能級和核心競爭力三年行動(dòng)計劃（2018-2020年）》， 提出新建數據中心PUE必須低于1.3，存量改造數據中心PUE不高于1.4，且新增至少50%面向AI。這時(shí)，傳統的風(fēng)冷方式很難實(shí)現這些PUE的要求， 這也將成為推動(dòng)液冷興起的重要驅動(dòng)因素。
新趨勢之三：鋰電池將在數據中心具有更多的應用
在二十多年前我們就開(kāi)始在數碼DV中使用鋰電池，但為什么沒(méi)有在數據中心領(lǐng)域普及呢？主要原因在于鋰電池無(wú)法為UPS供應商提供價(jià)格、能量密度、安全性和可靠性方面的平衡。但是，近年來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)和新能源的快速發(fā)展推動(dòng)了鋰電池技術(shù)的進(jìn)步和價(jià)格的降低，今天的鋰電池成本已經(jīng)比5年前下降了70%，同時(shí)，鋰電池化學(xué)成本和技術(shù)的改進(jìn)也為供應商提供了現實(shí)方案。
與傳統的鉛酸蓄電池相比較，鋰電池憑借其出色的特性，包括較高的能量密度 （70-260 kWh/kg vs. 15-50 kWh/kg）、較長(cháng)的生命周期 （10-15 年 vs. 4-6 年） ，快速充電（1/2–1 小時(shí) vs. 6-12 小時(shí)），占地節省50-80%，重量減輕 60-80%，充放電次數 >1000 循環(huán) vs. <400 循環(huán)等，會(huì )逐漸取代傳統的鉛酸蓄電池成為數據中心UPS首選的備用電池。根據Uptime在2017年所做的全球數據中心調研顯示，有10%的數據中心已經(jīng)采用鋰電池作為后備能源。
由于微電網(wǎng)、智能電網(wǎng)、新能源以及儲能成本的降低，同時(shí)，很多國家和地區對數據中心的可持續性發(fā)展有了更高的要求，所以，越來(lái)越多的數據中心所有者開(kāi)始考慮通過(guò)鋰電池儲能來(lái)降低成本和實(shí)現數據中心的可持續性發(fā)展的目標。中國作為全球最大的鋰電池生產(chǎn)國，過(guò)剩的鋰電池產(chǎn)能也需要開(kāi)拓新的應用增長(cháng)點(diǎn)，諸如風(fēng)光儲能、電網(wǎng)調頻調峰、通信電源等。因此，我們認為鋰電池在數據中心的應用將越來(lái)越多。
新趨勢之四：數據中心管理即服務(wù)（DMaaS）在數據中心規劃，建設及運營(yíng)中的價(jià)值愈加凸顯
數據中心物理基礎設施管理（Data center infrastructure management - DCIM）系統最初是為了從某單個(gè)數據中心的物理基礎設施設備中收集信息而設計的，而且是作為一個(gè)本地的軟件解決方案進(jìn)行部署的。新的基于云的管理解決方案將位于云端，它可以幫助用戶(hù)從范圍更廣的基于物聯(lián)網(wǎng)的設備中收集海量的數據，而且，該軟件管理平臺可以實(shí)現單個(gè)，數百個(gè)，或者上千個(gè)大型或小型數據中心的物理基礎設施管理。
這些新的系統通常被稱(chēng)作數據中心管理即服務(wù)（Data center management as a service - DMaaS），它們可以通過(guò)大數據分析來(lái)幫助用戶(hù)實(shí)現預測性的決策，從而減少意外事件或宕機時(shí)間，同時(shí)，也比傳統的DCIM解決方案要快的多。作為基于云的管理軟件，該軟件可利用“數據資源池”進(jìn)行數據的收集和存儲，進(jìn)行趨勢的分析，從而可以幫助數據中心用戶(hù)從戰略的層面來(lái)進(jìn)行業(yè)務(wù)的規劃。
基于云的管理軟件還簡(jiǎn)化了對新設備部署的要求，以及升級現有安裝的各項任務(wù)，而且可以在多個(gè)不同的地點(diǎn)進(jìn)行軟件的更新。因為，對站點(diǎn)逐個(gè)進(jìn)行管理升級，特別是對于邊緣數據中心，采用本地的管理軟件是非常具有挑戰性的。
新趨勢之五：超大規模數據中心的建設對部署周期要求越來(lái)越高
我們認為數據中心市場(chǎng)對云計算的需求既不會(huì )減弱也不會(huì )放緩。2019年它將加速發(fā)展，這意味著(zhù)網(wǎng)絡(luò )巨頭或者托管服務(wù)供應商會(huì )通過(guò)建造超大規模數據中心來(lái)增加更多的計算能力。但是，數據中心市場(chǎng)將驅使他們越來(lái)越快的來(lái)建造這些設施，也就是說(shuō)，10到100兆瓦的數據中心項目需要在不到一年的時(shí)間里完成從設計，建造到運營(yíng)。
為了解決用戶(hù)在不斷變革的市場(chǎng)環(huán)境下所面臨的各種挑戰，以施耐德電氣為領(lǐng)導者的數據中心基礎設施解決方案供應商通過(guò)不斷的技術(shù)創(chuàng )新，將為用戶(hù)提供以下五大技術(shù)解決方案：
技術(shù)解決方案之一：邊緣計算解決方案
隨著(zhù)邊緣計算的發(fā)展，施耐德電氣認為過(guò)去對單個(gè)數據中心可用性的理解是不夠的，我們需要轉變觀(guān)念，應該站在用戶(hù)體驗的角度去看待可用性這個(gè)問(wèn)題，只要是用戶(hù)的應用或網(wǎng)絡(luò )的中斷，比如：無(wú)法連接APP的應用，都應該被稱(chēng)為故障。因此，我們需要一個(gè)應該包含空調、UPS、監控、IT設備、網(wǎng)絡(luò )、存儲等設備在內高可用性的邊緣數據中心。
邊緣計算解決方案
同時(shí)，我們認為要實(shí)現邊緣數據中心的大規模部署需要解決三個(gè)問(wèn)題，第一，我們需要建立一個(gè)包括用戶(hù)、系統集成商、物理基礎設施供應商、IT設備制造商以及管理服務(wù)供應商在內的相互協(xié)作的生態(tài)系統；第二，我們需要部署基于云的管理工具來(lái)實(shí)現數百甚至上千的邊緣數據中心的智能化管理；第三，我們需要通過(guò)大數據分析和人工智能來(lái)向科技要人力來(lái)解決人力資源不足等挑戰，以實(shí)現無(wú)人值守的運維管理。
技術(shù)解決方案之二：液冷解決方案
目前主要有兩種液冷解決方案，一是芯片級液冷，二是浸沒(méi)式的液冷。芯片級液冷有時(shí)也被稱(chēng)作冷板式液冷。這兩種液冷各有優(yōu)缺點(diǎn)，冷板式可以對絕大多數的傳統服務(wù)器進(jìn)行翻新，缺點(diǎn)是其他的部件仍然需要傳統的房間空調進(jìn)行冷卻。浸沒(méi)式的優(yōu)點(diǎn)是消除了對傳統服務(wù)器風(fēng)扇的需求，但需要對服務(wù)器主板進(jìn)行重新的設計。
兩種液冷解決方案
為了量化這兩種液冷與傳統冷凍水系統之間的對比，施耐德電氣從數據中心、樓宇的角度進(jìn)行了投資成本和運行成本的分析。發(fā)現浸沒(méi)式液冷相對于冷板式液冷在TCO方面是占優(yōu)的，如果單獨從制冷系統的節能角度來(lái)看，冷板式液冷可以節省15%以上，浸沒(méi)式可以節省57%以上。如果從整個(gè)數據中心能耗的角度來(lái)看，冷板式可以節省5%年度能耗，浸沒(méi)式可以節省15%。
冷卻液對于實(shí)現液冷的應用非常的關(guān)鍵，我們認為關(guān)于冷卻液的討論主要集中在冷卻液的價(jià)格、與IT設備的兼容性，還有傳熱特性，對環(huán)境的影響，以及需要要從整個(gè)生命周期的角度去考慮問(wèn)題。如果想要在數據中心進(jìn)行大規模液冷的部署，必須要克服的幾個(gè)問(wèn)題包括需要對服務(wù)器主板進(jìn)行重新的設計，另外一個(gè)就是需要對數據中心從系統的角度進(jìn)行重新的設計，尤其是數據中心的供配電系統，當機柜功率密度高達幾十個(gè)千瓦時(shí)怎么來(lái)進(jìn)行供配電的設計，這是一個(gè)非常具有挑戰性的思考。
技術(shù)解決方案之三：鋰電池技術(shù)解決方案
鋰電池的能量密度是鉛酸電池的3倍以上，如果缺乏合理的電氣保護設計和BMS管理，鋰電池失控所帶來(lái)的后果將遠大于鉛酸電池。但是，我們可以通過(guò)以下四個(gè)方面來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，第一，通過(guò)高質(zhì)量的生產(chǎn)工藝管控來(lái)保證電芯的高品質(zhì)和高度一致性；第二，通過(guò)完善的BMS設計來(lái)實(shí)現電芯充放電的安全；第三，選擇合適的鋰電池化學(xué)材料，比如磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳三元里技術(shù)。第四，進(jìn)行鋰電池與UPS的兼容性測試。
在云計算模式下，服務(wù)器的功耗將更加的動(dòng)態(tài)，十年以前，服務(wù)器滿(mǎn)載與空閑時(shí)的功耗大約為1:2，而現在它們兩者間的比值可以高達1:9，如果按照峰值進(jìn)行供配電系統的設計，投資成本是巨大的，所以，很多數據中心設計人員都在討論能否采用軟件和儲能的手段來(lái)實(shí)現削峰/去毛刺，從而實(shí)現供配電系統的降容設計。同時(shí)，也可以通過(guò)儲能和峰谷電價(jià)差來(lái)降低運營(yíng)成本。
柴油發(fā)電機的投資成本占到數據中心物理基礎設施投資成本的10%以上，同時(shí)用戶(hù)還面臨噪音，污染，較長(cháng)的部署周期等挑戰。調查研究發(fā)現，柴發(fā)的平均運行時(shí)間為173分鐘，也就是說(shuō)我們有超過(guò)50%以上的柴發(fā)運行時(shí)間小于3個(gè)小時(shí)。施耐德推演了隨著(zhù)鋰電池價(jià)格的不斷降低，到2020年的時(shí)候，2.5個(gè)小時(shí)的鋰電池后備系統將與柴發(fā)具有同等的投資成本，因此，我們認為，通過(guò)鋰電池儲能集裝箱來(lái)部分取代柴油發(fā)電機也是可行的。
實(shí)現鋰電池儲能的關(guān)鍵在于電池系統的管理和軟件方面的控制，鋰電池可以通過(guò)其自帶的三級BMS（電池管理系統）來(lái)實(shí)現對每一只電芯、模組、機架和系統進(jìn)行在線(xiàn)智能管理，數據中心運維人員可以通過(guò)BMS實(shí)時(shí)了解電池的電氣狀態(tài)和健康趨勢。軟件管理將是實(shí)現風(fēng)光儲能，電網(wǎng)調峰，UPS后備電源在數據中心應用的關(guān)鍵。
鋰電池解決方案
技術(shù)解決方案之四： DMaaS解決方案
從本質(zhì)上來(lái)講，數據中心是非常復雜的系統，因為需要管理電力和制冷基礎設施與IT設備的交互，同時(shí)最小化總運行成本。對于數據中心持續運行并最小化停機時(shí)間的需求持續增加。當出現問(wèn)題時(shí)，我們期望管理系統提供必要的關(guān)鍵信息以解決此問(wèn)題，并分析根本原因以防止再次發(fā)生。可以發(fā)現，這個(gè)行業(yè)已經(jīng)演變成兩種數據中心管理方法。一種方法是利用“特定領(lǐng)域”系統進(jìn)行電源、冷卻和白區的管理。第二種方法更為“本土”，其中基于SCADA類(lèi)型的系統被定制化編程以履行管理職責。每種方法都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，然而，我們相信這兩種方法在未來(lái)都將面臨局限性，并將需要新方法對其加以解決，以充分發(fā)揮基于云的工具和大數據分析的潛力。
作為DMaaS市場(chǎng)的早期參與者，施耐德電氣可以利用其數據中心多年的實(shí)踐經(jīng)驗挖掘出大量數據，其中包括設計和建造數據中心、樓宇管理、配電，以及供電和散熱服務(wù)等。施耐德電氣面向數據中心的EcoStruxure架構，是開(kāi)放的、可互操作的、基于物聯(lián)網(wǎng)的系統架構與平臺，可為數據中心客戶(hù)在安全性、可靠性、效率、可持續性和互聯(lián)互通方面提供更高價(jià)值。并通過(guò)利用了先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)、傳感、云、分析和網(wǎng)絡(luò )安全等技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現在互聯(lián)互通的產(chǎn)品、邊緣控制，以及應用、分析與服務(wù)三個(gè)層面的全面創(chuàng )新。
互聯(lián)互通的產(chǎn)品是物聯(lián)網(wǎng)智能運行的基礎，施耐德電氣的第一信念是以創(chuàng )新為核心，生產(chǎn)偉大的互聯(lián)互通的產(chǎn)品。在互聯(lián)互通的產(chǎn)品層，從數據中心和周?chē)ㄖ母鞣N連接傳感器和眾多供應商設備（UPS、PDU、配電和制冷系統等）收集數據。在邊緣控制層，無(wú)論是在建筑物級別，還是在IT系統或配電系統，EcoStruxure 邊緣控制均可使客戶(hù)實(shí)現本地控制和監測，并自主地對任何警報進(jìn)行監測并采取行動(dòng)。在應用、分析與服務(wù)層，則可通過(guò)遠程數字化平臺分析數據，使用人工智能提取信息，為預防性維護、能源效率和其他工作，提供可執行的情報信息。
即使數據中心所有者采用各種設備和軟件平臺，EcoStruxure依然能夠讀取所有健康和狀態(tài)的數據。然后，數據中心所有者可以與客戶(hù)共享這些數據。通過(guò)EcoStruxure架構和平臺，施耐德電氣將為客戶(hù)整體業(yè)務(wù)提供高可用性、高效的產(chǎn)品和服務(wù)，通過(guò)預測分析和可操作的智能驅動(dòng)更多價(jià)值，優(yōu)化業(yè)務(wù)，并帶來(lái)更多回報。
技術(shù)解決方案之五： 超大規模數據中心解決方案
采用預制化、模塊化的撬塊將是實(shí)現超大規模數據中心對建設周期高要求的關(guān)鍵保障。供配電撬塊將兆瓦級的UPS，開(kāi)關(guān)柜以及管理軟件在工廠(chǎng)提前進(jìn)行預制。這些預制的模塊都會(huì )經(jīng)過(guò)預先的測試，在到達數據中心建設現場(chǎng)之后，即可實(shí)現可靠的，“即插即用”的部署。因為在某些地區，這些供配電設備的供貨周期可長(cháng)達12個(gè)月，采用預制模塊化方案可以實(shí)現按時(shí)交付，消除了設計和施工階段的任何可能的時(shí)間延誤。
同時(shí)，也可以認為數據中心的計算能力將變得更加模塊化，可快速實(shí)現按需部署。施耐德電氣已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了與機柜實(shí)現同時(shí)部署的支持系統模塊部署模式，已經(jīng)被全世界各地的許多托管數據中心所使用。在這種解決方案中，獨立于基礎設施的框架結構，可實(shí)現將預裝IT設備的機柜快速推入通道封閉系統，大大減少了部署的時(shí)間和復雜性。
關(guān)于施耐德電氣
施耐德電氣正在引領(lǐng)住宅、樓宇、數據中心、基礎設施及工業(yè)領(lǐng)域的能效管理與自動(dòng)化的數字化轉型。
施耐德電氣業(yè)務(wù)遍及全球100多個(gè)國家，是能源管理（包括中壓、低壓和關(guān)鍵電源）以及自動(dòng)化系統領(lǐng)域無(wú)可爭議的領(lǐng)先企業(yè)。我們能夠為用戶(hù)提供融合能源、自動(dòng)化以及軟件的整體能效解決方案。
在我們的全球生態(tài)系統中，施耐德電氣正在自己的開(kāi)放平臺上與眾多優(yōu)秀的合作伙伴、集成商和開(kāi)發(fā)者社區展開(kāi)協(xié)作，共同為用戶(hù)提供實(shí)時(shí)控制，提升運營(yíng)效率。
我們相信，優(yōu)秀的人才與合作伙伴使施耐德電氣成為偉大的企業(yè)。與此同時(shí)，施耐德電氣對創(chuàng )新、多元化與可持續發(fā)展的承諾，也將確保每一個(gè)人，在任何時(shí)間，在任何地方都能盡享Life Is On 。
