如何设计和构建数据中心

引言

设计一个有效的数据中心需要技术和在开始之前仔细考虑基础设施、功能、指南和建议。在当今的商业环境中，数据中心是关键业务运营的技术中心。

它提供了向全球客户、合作伙伴和企业员工提供资源和服务所需的 IT 基础设施。虽然小型或中型企业有时可以通过最少的调整，在壁橱或其他易于访问的位置设置一个功能性的“数据中心”，但现代企业计算的规模要求 IT 基础设施能够满足需求，包括电力。需要一个精心设计、专用设施。制冷、管理、安全和可靠性。

因此，服务器场办公室解决了企业将拥有的最大且最昂贵的单一资源，无论是从资本投资还是经常性运营成本来看。企业和 IT 创新者应密切关注与服务器场计划和开发相关的问题，以确保后续设施在整个设施生命周期和不断变化的业务条件下都能满足业务需求。

数据中心的主要组成部分是什么？

任何服务器场都有两个主要方面：办公空间和其中运行的 IT 基础设施。这些方面相互关联并协同工作，但可以分开讨论。

设施

该机构是用于数据中心的实际结构。简单来说，服务器场只是一个大开放空间，将在其中部署基础设施。虽然实际上任何空间都可以运行一定量的 IT 基础设施，但设计合理的办公室会考虑以下一系列因素。

• 空间：当今企业运营的技术中心是数据中心。数据中心提供必要的 IT 基础设施，用于向全球客户、合作伙伴和企业员工提供资源和服务。
• 电力：只需很少或无需更改，小型或中型企业就可以在壁橱或其他易于访问的空间内设置一个功能性的“数据中心”。然而，由于企业计算规模庞大，因此需要一个大型专用设施，该设施经过精心规划，可满足 IT 基础设施对电力、制冷、管理、安全和可靠性的需求。
• 制冷：输入数据中心的巨大能量转化为计算——即工作——以及大量的热量，这些热量必须使用传统的暖通空调系统以及其他非常规的制冷技术从 IT 基础设施中排出。
• 安全：考虑到数据中心的价值及其对企业的关键重要性，数据中心必须包含受控访问，采用多种策略，从员工刷卡访问到视频监控。
• 管理：现代数据中心通常包含一个建筑管理系统 (BMS)，旨在帮助 IT 和业务领导者实时管理数据中心环境，包括对温度、湿度、电力和制冷水平的监控，以及访问和安全日志记录。

基础设施

基础设施代表了设施中部署的庞大的 IT 设备。这是运行应用程序并为企业及其用户提供服务的设备。典型的 IT 基础设施包括以下组件

1. 服务器。这些计算机托管企业应用程序并执行计算任务。
2. 存储。使用磁盘阵列等子系统来存储和保护应用程序和业务数据。
3. 网络。构建企业网络所需的设备包括交换机、路由器、防火墙和其他网络安全元素。
4. 电缆和机架。数英里的电缆连接 IT 设备，物理服务器机架用于在设施空间内组织服务器和其他设备。
5. 备用电源。不间断电源 (UPS)、飞轮和其他应急电源系统对于确保在主电源中断时基础设施行为有序至关重要。
6. 管理平台。需要一个或多个数据中心基础设施管理 (DCIM) 平台来监控和管理 IT 基础设施，报告系统运行状况、可用性、容量和配置。

当企业决定设计和建造数据中心时，自然会关注设施的设计和建造。然而，IT 领导者还必须考虑将要进入设施的基础设施，以验证该项目。

什么是数据中心设计与规划？

数据中心设计是规划和展示服务器场基础设施的架构布局、IT 资源和完整基础设施的过程。它能够在组织 IT 环境中进行开发或部署之前，对数据中心进行无缝设计。数据中心设计可以由内部团队创建，也可以通过聘请提供数据中心服务的专家来完成。新的数据中心需要可靠的电力供应、常规备份、用于数据连接的通信通道、环境控制和安全措施。先进的数据中心系统将提供更顺畅的业务运营和更好的数据管理。以下是一些高级数据中心规划概念。

• 选择模块化数据中心设计。
• 选择强大的软件。
• 寻找整合流程的方法。
• 在可行的情况下，汇集资源。
• 以云计算部署为例。
• 制定并维护数据连续性策略。

数据中心设计标准与指南

数据中心设计有助于在建立、运行和维护服务器场基础设施时定义基本要求和最佳实践。国际标准化组织 (ISO) 或美国电子电器制造商协会 (EIA) 等专业机构提供专业知识，为管理数据中心制定设计指南。通常，在构建数据中心架构时遵循的设计标准是：

数据中心电信基础设施标准 (TIA-942)

信息安全管理体系标准 ISO / IEC 27001:2005 和 27001:2013

这些指南概述了正确规划和实施设计中心所需的要素，包括：

• 建筑规范
• 数据保护
• 弹性和设计
• 安全与健康
• 能源利用效率
• 业务连续性

如何设计数据中心

数据中心的设计或建造没有强制性或承诺性的指南。数据中心的设计是为了满足特定业务的独特需求，而不是反过来。然而，任何标准的根本目的都是建立一个共同的最佳实践基础。目前存在多种数据中心标准，企业可以将一种或多种标准或标准的组成部分融入到数据中心项目中。标准有助于确保对以下因素给予充分的关注：

• 创新设计。
• 空间规划和布局。
• 建筑施工标准。
• 物理安全考虑。
• 建筑物内的机械、电气、管道和消防系统。
• 运营和程序。
• 维护。

以下列出了一些最重要的数据中心基础设施和设计指南：

正常运行时间组织级别标准：正常运行时间组织级别标准侧重于数据中心的设计、建造和调试，用于确定设施作为四个冗余/可靠性级别相关的强度。

ANSI/TIA 942-B：该标准包括建筑布线、消防保护、IT 和维护的规划、设计、建造和调试。它还使用由 BICSI 认证的专业人员实现的四个级别的可靠性评级。

EN 50600 系列：这一系列指南侧重于 IT 布线和网络设计，并具有一系列基础设施冗余和可靠性概念，这些概念大致基于正常运行时间组织的级别标准。

ANSI/BICSI 002-2019。“数据中心设计和实施最佳实践”文件包括对功率散热和冷却系统、锂离子电池技术的利用、托管规划和对开放计算项目倡议的支持的讨论。

ASHRAE。ASHRAE 指南并非针对 IT 或服务器场，而是与供暖、通风、空调、制冷及相关领域的规划和实施有关。

此外，数据中心可能受到各种运营和监管标准的约束。HIPAA、GDPR、SAS 70 Type I 或 II、萨班斯-奥克斯利法案和格拉姆-利希-布莱利法案是监管标准的例子。运营标准可以在 EN 50600-2-6 中找到，用于管理和运营信息，ISO 9000 用于质量，ISO 14000 用于环境管理，ISO 27001 用于信息安全，以及支付卡行业数据安全标准用于支付卡安全。遵守监管标准和程序可以确保最终的数据中心设计满足企业的监管合规性要求，即使它们与数据中心架构没有直接关系。业务治理、业务连续性以及设施和工作负载的可用性是其他适用的最佳实践。

物理空间和数据中心组织

其本质上，数据中心是一个经过深思熟虑的仓库，用于容纳和操作要求苛刻的 IT 基础设施。虽然企业级数据中心可能是一个庞大而复杂的工程，但最初的问题是一个简单的空间问题，以平方英尺或平方米表示。

也许最显著和最令人困惑的空间问题是准确地为企业衡量数据中心。数据中心非常昂贵：太小，数据中心可能无法满足当前或未来的业务需求；太大，可能会浪费大量资本提供未使用的空间。建立一个提供容量以供发展但提高利用率的设施的基础。数据中心定价有时被视为一项技术。数据中心空间内需要考虑的各种因素包括：

• 照明：在没有人的情况下，大多数数据中心几乎没有照明。
• 温度：由于制冷需求，当温度较低时，人类可能需要穿防护服。
• 噪音：数十甚至数百台服务器的风扇发出的噪音可能非常响亮，以至于需要佩戴听力保护装置。
• 重量：由于设备很重，地板需要设计成能够承受大量重量。管理冷却气流的架空地板可能需要特殊的重量考虑。

除了实际空间之外，数据中心的设计还应仔细考虑设备位置和布局，即 IT 基础设施在设施中的放置位置。任何数据中心设计中最常见的元素是服务器机架，也称为机架。机架是一个空的金属框架，具有标准的间距和安装选项，用于安装标准化的机架式 IT 设备，例如服务器、存储子系统、网络设备、布线、辅助电源系统（如 UPS 设备）以及用于管理访问的控制台和显示器等 I/O 选项。

数据中心设计挑战

尽管没有单一统一的数据中心设计和建造公式，但数据中心设计者和运营商面临着许多持续的挑战。以下是一些广泛的考虑因素和挑战：

可扩展性：数据中心是一项长期投资，可以使用多年。然而，当今运行的数据中心可能与几年后的数据中心截然不同。设计师必须考虑如何处理当前的角色和服务，以及未来应如何扩展这些资源。挑战在于提供增长空间（空间、电力和制冷），同时降低在需要之前提供这些容量的成本。

灵活性：数据中心有点像重型制造工厂：设备被安装，但随着需求的增长，可能很难移动和更改。无法移动设备和改变通道可能会使企业无法适应和改变以满足新的业务需求。挑战在于满足变革需求，而无需停机或进行昂贵且耗时的升级。

弹性：企业依赖其数据中心。如果数据中心不工作，企业就不工作。电力中断、网络中断、环境灾难，甚至黑客攻击和其他恶意行为都可能导致数据中心瘫痪。设计师面临的挑战是确定最普遍的风险，并设计适当的弹性来应对这些风险。

变更：新的计算技术和新需求不断被开发和引入。数据中心设计师必须考虑如何在不进行根本性基础设施升级以适应每项变更的情况下进行调整和集成，而这些变更往往是不可预测的。

结论

数据中心的设计和建造涉及许多重要步骤。首先，通过仔细规划，彻底评估对电力、制冷、空间和冗余的需求。选择地点时，优先考虑可靠的电力和互联网连接，同时考虑安全问题和自然灾害的潜在影响。在基础设施设计中整合高效的冷却系统、高速网络和强大的电力供应系统（包括 UPS 和发电机）。确保可扩展性以适应未来的增长。根据行业标准和指南实施严格的物理和网络安全措施。部署前，对每个系统进行严格测试。最后，建立定期的检查和维护计划，以确保持续、不间断的运行。