數據中心基礎設施基本策略:系統模塊化

系統模塊化是數據中心基礎設施設計的重要理念和基本策略，數據中心設計建造中的很多問題都與系統模塊化程度有關。模塊化以及與之關系緊密的標準化，為數據中心帶來了廣泛的好處，它不僅簡化了從初始規劃到日常操作的每一個流程，還顯著改進了數據中心商業價值的所有三個主要組成部分–可用性、適應性和總擁有成本。模塊化UPS 是可用性級別最高的模塊化系統，引領著數據中心基礎設施設計建造的理念和方向。

一、可修復和可快速修復功能是提高系統可用性的關鍵

現代數據中心基礎設施設計和運行的一個最基本也是最重要的要求是系統必須能連續工作。而工作連續性的程度通常是用系統的可用性來描述的。系統可用性A （t ）的定義為：電子系統在使用過程中（尤其在不間斷連續使用的條件下）可以正常使用的時間與總時間之比。可用性是由可靠性參數MTBF（平均無故障時間）和故障后平均修復時間參數MTTR表示的。

可靠性MTBF愈高，系統的可用性愈高，這是不言而喻的事，但設備的可靠性是有限的，特別是由若干不同功能不同廠家的設備組成的復雜的系統，可靠性很難達到設計要求的水平，使數據中心基礎設施特別是供電系統變得很脆弱。于是，設計者和用戶很自然的想到必須從系統的可修復和可快速修復上找出路，因為盡管系統和設備的可靠性達不到要求的高度，故障隨時都可能發生，但只要系統中的所有設備故障后都是可修復并可快速修復的，故障后平均修復時間MTTR數值很小甚至趨近于零，那末系統的可用性同樣可以很高。

可修復和可快速修復成為數據中心用戶和設計者在系統設計時追求的首要目標。只要組成系統的所有具備獨立功能的子系統，在系統投入運行后都是可拆卸、可移動、可更換的，那末這個系統必然是可修復的。

可快速修復通常指可無工具拆卸和可拔插更換子系統和設備。但是，如果功能相同的兩個設備可冗余配置，當一個設備故障停止運行后，另一個與之冗余并機的設備可繼續工作而保證系統正常運行，那末，對于整個系統而言，我們可以認為冗余并機環節沒有發生造成系統宕機的故障，可靠性很高；也可以認為雖然設備發生故障，但是在修復過程中沒有影響整個系統正常運行，修復時間為零。

以上設計理念已在數據中心基礎設施用戶和設計者中取得了最廣泛的共識，并在系統方案設計和建造中取得了廣泛的應用和顯著的效果。

二、“系統模塊化”是可修復和可快速修復的根本條件

我們把具有獨立功能，在系統中可整體安裝、拆卸、移動、更換的子系統稱之為模塊，那么上面的設計理念可概括為以下三句話：

1 、現代的數據中心要求基礎設施必須是一個能連續工作的系統；
      2 、一個能連續工作的系統必然是可修復和可快速修復的系統；
      3 、一個可修復和可快速修復的系統，組成該系統的所有子系統必然要具備模塊化特征；

模塊化即將完整的產品或流程按功能分成小塊，即模塊。根據上面講的，模塊的特征應該是

模塊是系統中一個具有獨立功能和可獨立運行的單元；

結構上可整體安裝、拆卸、更換、移動；

 相同單元可冗余并機運行；

在系統中，根據需要對這些模塊進行組裝，以產生原始產品/ 流程的各種變體。以我們很熟悉的手電筒電池為例：可以將不同數量的電池（模塊）進行組合，從而獲得不同功率的電源。在IT設備中，刀片式億恩科技服務器和RAID陣列也是模塊化的典型例子–將多個設備組合在一起獲得不同數量的億恩科技服務器或不同大小的存儲容量。模塊無需完全相同：以Lego積木為例，這些模塊在某些方面相同，某些方面卻不同，譬如，其顏色、大小和形狀各不相同，但連接方式和尺寸均采用標準形式，以便可以將積木（模塊）組裝成一個集成系統。不同的模塊化系統可以根據所需的功能劃分目標，將不同數量的相同模塊或不同模塊（表示不同的標準化級別）并入集成的模塊或系統中。

 數據中心基礎設施是集成了多種功能的復雜系統，需要進行仔細的工程設計，以按照在標準化級別與用戶靈活性之間取得最佳平衡的方式進行模塊化。系統中存在各種級別的模塊化設計的可能性。

三、模塊化系統的優勢

從上面所述可知，模塊化系統設計是建造可修復和可快速修復系統的基礎，采用標準化結構和連接方式的模塊化組件使一切變得更容易、更迅速，且成本更低。從供應商的制造與庫存，到設計與工程規劃過程，再到客戶現場的安裝與運營，無不如此。以下幾點突顯了模塊化系統的優勢：

模塊化系統是可擴展的：模塊化的基礎設施可以根據當前的IT需求進行部署，并且能在以后根據需要添加更多組件。這種“系統規模塊化”能力顯著降低了總擁有成本；

 模塊化系統是可更改的：在系統中可通過模塊的重新配置，為滿足不斷變化的IT需求提供了極大的靈活性；

模塊化系統是可移植的：在安裝、升級、重新配置或移動模塊化時，獨立組件、標準接口以及易于理解的結構既節省了時間又節約了資金；

模塊化組件是可替換的：發生故障的模塊可以很容易被換下，以便進行升級或修理，而且通常無需停止系統運行；

模塊化可提高故障修復的質量：模塊的可移植和可插拔特性使得很多工作可以在工廠進行，既包括交貨之前（如配電設備的預先布線），也包括交貨之后（如電源模塊的修理）。從統計學角度上分析，同樣的工作，在工廠內完成要比在現場操作的性能降低、降容使用和再故障率低得多，例如，與在現場修復的UPS電源模塊相比，在工廠修復的模塊在引起斷電、發生新的故障或無法恢復到滿負荷工作狀態方面的概率要低上千倍。

模塊化是標準化的基礎，是標準化不可或缺的基本條件。幾乎所有好處都能以某種方式追溯至標準化的兩個強大的基礎屬性：模塊化構件結構和提高的人類學習能力，如圖1 所示。

正是這兩個特征產生了遍及整個基礎設施的好處，為基礎設施的幾乎每個方面帶來了累積的正面影響。

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