1.3 數據中心的發展歷程

1.3.1 數據中心的四個發展階段

從數據中心的功能來劃分其發展歷程，可以分為以下四個階段。

（1）數據存儲中心階段 在信息化早期，數據中心主要是作為數據的存儲和管理中心，比如用來存儲工作流業務或電子文檔等數據，并進行期中管理。那時數據中心采用單向存儲和應用，采取的維護是救急式的；僅僅是為了方便數據的集中存放和管理，其功能單一，對整體可用性要求也低。

（2）數據處理中心階段 隨著基于局域網的企業ERP、其他應用系統的逐漸普遍應用，數據中心開始承擔起核心計算、數據處理的功能。此時數據中心偏重于數據的單項應用，有了專門的信息人員進行維護；開始面向核心計算，但整體上可用性仍然較低。

（3）數據中心應用階段 隨著廣域網或互聯網的應用普及，信息資源重要性日益突出。此階段數據中心擔負起核心計算、核心業務支撐的任務，并且開始提供信息資源服務，事前預防也列入維護中，為企業的信息資源共享與有效利用提供了很大的便利，要求有較高的可用性。

（4）數據運營服務中心階段 發展到目前為止，組件化、平臺化的技術有了更加廣泛的應用，企業對信息系統的依賴性不斷加強。此階段數據中心承擔起企業運營支撐、信息資源服務、核心計算、數據存儲等任務。業務運營對數據中心的要求將不僅僅是支持，而是提供持續可靠的服務。信息應用系統與業務融合在一起，很難獨立分開，運維服務已成為一種標準的工作，數據中心要求具有高可用性。

通過上述四個階段的發展，數據中心對企業的作用越來越大。未來隨著信息化不斷普及、技術不斷創新，數據中心也將迎來新的發展時代。未來的數據中心將通過采用自動化、資源整合、虛擬化、安全、能源管理等新技術，能夠使成本逐漸降低，可解決信息安全、資源管理日益復雜、能源消耗巨大等問題。靈活、模塊化、整合、自動化、虛擬化、云計算、穩定、安全、綠色節能將成為未來數據中心的發展趨勢。

1.3.2 四代數據中心的發展變革歷程

一個完整的數據中心包括IT 設備、后臺支撐系統以及業務信息系統。而隨著“互聯網+”理念的深入，我們已然步入新的云時代，而數據中心作為云時代的基礎設施，它的發展也必然步入一個新的時代，包含網絡、電力、環境調節等的后臺支撐系統都將迎來新的機遇和挑戰。

縱觀國外的知名互聯網公司，他們的數據中心正不斷朝著節能環保、高效運營的方向發展，而我國的數據中心近年來也在不斷發展。國內一些大型互聯網公司的數據中心一般都經歷了租用、合建、自建三個階段，每個階段都相應地出現了一些關鍵性的新技術舉措。

1.第一代數據中心

（1）機房建設方面 第一代數據中心多采用傳統的電信解決方案，在機房建設方面存在很多不足，比如建設周期長、擴展性差、能耗高、機房運維難度大等問題。傳統的建設方案涉及大量的定制過程，包括可行性研究、規劃設計、設備供應及安裝、設備調試等，還會因為預測未來可能導致的問題造成項目延期，這完全無法滿足高速度的發展需求。同時，數據中心的利用率低、能耗高等也成為困擾各大運營商以及互聯網企業的問題，測試結果顯示數據中心的電能利用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）在1.6左右，這與國外知名互聯網公司的能耗有較懸殊的差距。

（2）制冷系統方面 制冷系統是除了服務器之外的第二大耗電大戶，其耗電量可以占到數據中心總耗電量的35%。第一代數據中心制冷系統的特征是地板下送風且冷通道封閉，一般多采用風冷直膨式精密空調制冷，空調室內機一般部署在機房一側或者兩側，空調機將冷空氣送至地板下，再通過送風地板瞳孔送出，經設備前段的進風口吸入，再加上封閉式的冷通道，優化了制冷效果。機房內的各點送風量可以通過送風地板調整，但隨著地板下敷設的電纜的增加，容易導致送風不暢、存在火災隱患，數據中心規模的逐步增加也讓耗電問題日益凸顯。

（3）供電系統方面 第一代數據中心的供電大多采用的是AC UPS（Unin-terruptible Power Supply）+后備電池方案，通常的2N UPS實際的系統效率僅為80%～90%，甚至更低。而且系統架構比較復雜，內部元件也多，輸出端的靜態開關切換時容易產生瞬斷，性能比不高。2N UPS架構示意圖見圖1-5。

2.第二代數據中心

第二代數據中心是在第一代的基礎上發展起來的。在數據中心的發展過程中，某些互聯網公司開始參與機房建設，使得數據中心朝著更加符合需求的方向發展，制冷方式和供電方式也都進行了相應改革，PUE值降為1.4左右。

（1）制冷系統方面 第二代數據中心制冷系統使用離心冷水機組，采用板換自然冷、新風自然冷以及水蓄冷的技術。相對于風冷精密空調，采用冷凍水系統，第二代數據中心制冷系統冷機制冷的冷凝溫度可以控制在更低的范圍內，消耗的壓縮功減少，制冷效率提升了。自然冷卻的技術充分利用了氣候特點，是節能的重要舉措。

（2）供電系統方面 第二代數據中心供電系統則開始采用“市電+HDVC”構架。“2N UPS” 和市電+“240V HVDC” 容量等級都約為400kV·A，按照UPS輸出功率因數典型值為0.8～0.9計算，容量可以折算成360kW，相當于同樣功率的單套1200A的高壓直流系統，即兩套400 kV·A的“2N UPS”和一路360kW市電+另外一路360kW的“240V HVDC”混合供電架構做對比，兩者容量基本一樣，但前者供電效率較低，其自身損耗就占到數據中心PUE值的10%左右，而后者可以節約配電柜數量，節約建設投資成本，市電直供的供電效率接近100%。同時，HVDC 本身具備休眠功能，減少了逆變器的損耗，比傳統UPS節能6%以上。市電+HVDC架構示意圖見圖1-6。

3.第三代數據中心

傳統方式建設的數據中心成本偏高，建設速度跟不上業務發展的步伐，擴容搬遷有很大難度，后期維護中也存在維護復雜、無法提供統一備件等問題，基于以上諸多原因，出現了第三代模塊化數據中心的概念。國外模塊化的數據中心出現得比較早，集裝箱式的應用已經很普遍，我國模塊化的應用主要體現在微模塊上。

（1）微模塊的概念

微模塊數據中心是以微模塊作為基本單位來對機房進行部署，每個微模塊都包含空調、電源和消防設備等，采用模塊化的部件和統一的接口標準，可以大幅降低成本，縮短建設周期，節約能源，同時不影響后期的擴建。微模塊組成架構見圖1-7。

第三代數據中心是以微模塊為代表。與前面兩代數據中心相比較，最大的突破在于微模塊。在云計算和大數據應用的促進下，傳統“固態”數據中心已開始被劃分為若干個獨立區域，企業都可以按照自己的需求來定制屬于自己的模塊數據中心，同時可以按照業務的需求量，繼續擴展。國外的企業比如IBM、微軟（Microsoft）、谷歌（Google）等都已經開始采用模塊化數據中心，而在我國，百度、騰訊和阿里巴巴等企業也都相繼開始采用模塊化數據中心。

（2）微模塊的分類 微模塊數據中心可以分成兩類，一類是部分預制化數據中心，即由預制化模塊（機柜、制冷、走線、監控系統于一體）與傳統的現場施工相結合；另一類是全部預制化數據中心，即由預制化模塊（供電、機柜、制冷、走線、監控系統于一體），每個都是獨立的封閉空間，當然還需要外部基礎配套設施的支持，如發電機組、冷水機組、高低壓配電裝置。

（3）微模塊的制冷系統 第三代數據中心制冷系統采用水平行間送風，將PUE降到1.4，通過定制末端水分配單元以及列間水平送風空調，標準化、模塊化的產品實現了精細化制冷，從而降低了能耗。列間空調就近送風，微模塊分批啟用等都可以減少能耗。

4.第四代數據中心的展望

隨著數據中心規模的不斷擴大，工業和信息化部及國家發展和改革委員會等多個部門出臺了相應的文件法規，提出了要提升國內數據中心能效水平的要求。因此，第四代數據中心將在政策的引導下向清潔能源富集的地區遷移。

未來可移動、綠色節能將是數據中心最大的亮點，具有大數據、云時代技術的數據中心朝著高密度、高可靠性發展的同時，還將朝著綠色、可持續發展的方向前行。

5.四代數據中心的比較

數據中心的每一代變革，都是為了降低能耗、減少成本、提高效率，但每個新的技術在性能上都不亞于舊技術。下面就幾代數據中心提到的關鍵技術做個簡單比較。四代數據中心的比較見表1-3。

第四代數據中心還處于規劃階段，但它的突出特點是移動性以及利用新能源技術，因此它的出現勢必又會引領數據中心新的潮流。大數據是發展的新引擎，而數據中心則是發展的基石。回首數據中心一代一代的發展歷程，體現出的是技術的進步、理念的進步，但是我國的數據中心與國際先進水平相比仍有較大的差距。建設綠色數據中心，不僅是響應國家節能降耗的號召，也是企業節約成本的重要途徑。云時代優秀的數據中心依靠的不僅是領先的設計，還有技術的創新，相信在不遠的未來，根據不同氣候和能源概況設計適宜的數據中心將成為可能，屆時國內數據中心又將迎來新一輪的突破。