新一代数据中心：多层级混合设计与标准化评估

惠普亚太及日本地区数据中心服务与培训部总监  EE Chye Chuan

 

1  传统数据中心面临的成本压力
    当前的经济形势使各大公司在管理成本、保存资本和保持竞争优势方面面临了更大的挑战。首席信息官们不得不削减资本支出，控制管理、行政和基础设施的成本。而传统的数据中心，确实面临着巨大的成本压力。
    在整个亚洲，现有的很多数据中心都是按照“一种规格满足所有需求”的思路创建的。通常，这也意味着在数据中心的前期建设以及持续运行中会产生不必要的费用。那些采取高冗余设计这种传统方式创建数据中心的人，或许会错过大幅降低成本的机遇。因为这样的数据中心用高冗余设计面向所有的系统和应用程序，而不区分这些系统和程序是否关键，以及是否会因为它们的意外停止而带来业务风险。
传统的数据中心都采取单片集成的设计方式，各种技术系统和应用程序集中在一起，而且都是在同一个冗余层级上运行。大多数关键程序进程都要求高冗余水平，并进而将这种高冗余水平扩展到了整个数据中心。单层级设计不能把关键业务程序与次关键业务程序区分开。这样一来，所有基础设备都不得不满负荷持续运转，这会造成不必要的冗余，也免不了会降低能效、提升成本。
    此外，对于数据中心而言，总的来讲，用在设备上的最大开支就是维护和运营费用。然而，很多公司对数据中心的容量、能源使用或者可用性并没有清晰的认识，这就抑制了它们支撑战略转变和实现公司效率优化目标的能力。同时，缺乏对数据中心容量的重视也会产生一些意外的开支。如会出现局部过热、供电不足、系统超载等问题，而出现这样的问题，其维修费用也是很昂贵的。
    在这种形势下，公司要怎样才能在减少基本开支的同时，用稀少的资源进行创新呢？一项由惠普公司委托开展的调研显示，99%的首席执行官认为，技术是公司获得成功不可或缺的一个因素（《惠普业务科技研究》，2007年4月）。技术不再只是为业务提供支持，而是为其提供发展动力。在预算缩紧的情况下，公司的技术战略就更加重要。采用多层级混合设计和标准化评估来规划的新一代数据中心，无疑会是解决短期成本缩减的一次机遇，同时，也是为公司在摆脱经济下滑后变得更强大、更精简、更具竞争力奠定基础的一次机遇。

2  多层级混合设计实现成本与风险的缩减
    面对预算吃紧而又需要数据中心对业务提供有力支持的局面，亚洲的首席信息官和设备管理人员应该把目光投向新一代数据中心设计。
    一个设备需要融合多个运行环境，而每个运行环境都与业务重点、特定的技术系统和程序的关键性相一致。多层级数据中心通常能使资本成本减少15%~25%。这种结构的数据中心不仅节约能源，而且所需的支持资源更少、运行效率更高，减少了总体拥有成本（TCO）。
    国际数据中心标准（the Uptime Institute）确立了一套识别不同数据中心的基础设施设计拓扑结构的四层系统。第一层级的可用性最低，只有99.671%。第四层级的可用性最高，达到99.995%。到目前为止，设备的管理人员和设计师们面临的尴尬却是，大多数数据中心都是多种技术环境混合在一起。拥有不同的关键性和针对不同业务重点的系统和程序，都安置在这些技术环境中。
    例如，银行的自动取款机必须全天候运转，因此就需要一个第四层级的技术环境。这个环境由多个活跃的电源、散热分布路径及冗余部件组成，并具有容错功能。相反，共用同一个设备的应用程序，如支票处理或资金转移，即使突然停工也不会造成很大影响。因此，这样的程序使用较低层级的冗余运行水平就可以。
    实现多层级混合设计，也就是一个数据中心可提供多个操作环境。通过这种方法，可以使数据中心包含多个性能不同的层级，以满足特定的技术和业务要求。例如，图1所示的模型就可以用来设计一种数据中心。这种数据中心既可以模拟2层级数据中心又可以模拟4层级数据中心的工作。它可以把设备的合适资源分配到每个指定的小槽内。每个小槽会对槽内特定技术系统或程序的可用性条件进行匹配。业务程序被配置到哪个层级由结构化的业务重点分析进程决定。比如，关键业务程序就只会被配置到用于高正常运行时间的4层级运行模型的小槽内。

图1 惠普数据中心多层级混合设计模型

    按照合适的尺寸设计每个小槽的冗余基础设施，可以大幅度节约资本和运行成本。前期数据中心的建造成本会减少15%~25%。多层级数据中心还有更好的适应性和扩展性。电源与散热系统里的标准化模块也可以根据小槽的不同冗余水平进行改装。如果数据中心的较小区域里存在系统和设备停止运转的情况，这一套系统也可以减少业务持续性的风险。

3  评估是释放数据中心潜力的关键
    基础设施的维护和运营费用是数据中心最大的成本之一。将这些成本与基础设施在业务成果中的关键作用进行衡量和评估，我们就可以看到数据中心管理和性能的重要性。鉴于数据中心及其维修的平均成本，缩减了预算的企业应该将积极避免基础设施出现问题作为优先选择。对所有设备使用状态给予足够的规划和重视，可以避免发生局部过热、机柜供电不足、缺乏冗余以及系统超载等问题。一个设计、建造、运行得当的数据中心能够成为企业持续获得成功的必要因素。
    设计精良的基础设施评估可以为管理人员提供很多关键的信息，比如数据中心的状态、可用性、问题隐患以及支持关键业务负荷的能力等。尽管评估的内容因复杂性和主题的不同而有所不同，但所有的评估都是为了告诉公司它们拥有什么资源，以及如何最好地利用这些资源。掌握这样的信息有助于直接投资，也可以使信息技术和设备管理人员能确保系统的可靠性。
    数据中心评估应该考虑以下四大问题：

• 数据中心支持信息技术设备的能力；
• 基础设施支持数据中心临界负载的能力，以及为由信息技术支持的业务功能提供所需资源的能力；
• 那些将人为错误导致的停机降到最少（人为误差是导致意外宕机的最大因素），并能够最大程度延长数据中心和信息技术基础设施的使用寿命，提高其可靠性的维修和操作的种类和质量；
• 减少来自于能源使用以及其他一些影响运行成本的功能的支出，或是为完成环境标准和其他运营目标采取措施的支出。由于用电和散热成本占了数据中心运营成本的很大一部分，各大公司越来越希望通过提高能效来降低用电和散热成本。

4  标准化评估
    为解决上述问题，需要进行标准化的评估评估。以下是：

• 基本容量调查提供量化的容量和可用性信息，从而帮助管理人员更有效地对基础设施资源进行优先级排序和调配；
• 架构状态与容量分析对基础架构的关键技术按系统逐一评价，从而帮助业主在投资前就能了解这些技术怎样满足要求。这可以缩小关键系统、应用程序和辅助基础设备系统之间的可靠性差距；
• 能源效率分析是一项全面综合的研究。它参照行业最佳做法，分析数据中心的用电和基础设施的效率。除了提供详尽的改善能效、投资收益和设备可靠性的计划之外，它还提供通过这些措施可能实现的目标方案和成本效益；
• 综合热评估使用创新的专利技术，可提供数据中心热环境的详细描述。它运用计算流体动力学来模拟整个气流的送风和回风，从而提供改善散热效力的建议；
• 快速热评估服务是对散热能力的一种初级的标准化评估。它的设计初衷旨在突出最佳实践，向公司推荐快速成功的改进方案以帮助它们了解如何更有效地利用数据中心电源与散热资源。

    大多数数据中心的设备制造商和供应商、设计公司和咨询机构都能提供一份评估目录，或者能够提供量身定制的数据中心评估。不管这些评估的复杂程度如何，重要的是它们都采用了合乎逻辑、循序渐进的方式证实了确凿的事实，并以此为根据，提供可促进管理层作出合理决策的建议。通过这个评估过程，可以发现和描述存在的差距，并将其量化；同时，还能够找出拥有的资产和优势，并且可以调度这些资产和优势弥补差距。
    综上所述，多层级设计的新一代数据中心帮助公司在预算吃紧时仍能实现技术需求，这满足了当前经济形势的需要，也能满足未来不断发展的业务和运行要求。与此同时，标准化的评估提高了数据中心的效率，减少了公司的运营压力，使得管理过程由被动变主动，并致力于直接关注那些可能对公司的成功产生影响的问题。这些无形利益最终会转化成有形的成果。可以预见的是，新一代数据中心将帮助公司从经济衰退中振作起来，并变得更强大、更精简、更具竞争力。