大多数新的数据中心均以其最佳可用性运行,并保证了基础设施能效接近于理论设计目标。因此,这可能会让人觉得,过去30年来,数据中心技术面临的两大挑战已经得到解决。

但是,尽管取得了不少的进步,但数据中心行业的变化发展的速度将会持续下去,并且在未来十年内可能会进一步加速。这将受到数字化服务需求的增长以及需要采用新技术和创新,同时减轻未来停机中断事故等一系列因素的推动。同时,还必须满足日益严格的业务参数和服务水平。

这种业务和技术驱动因素的结合可能导致新一类的数据中心设施的出现。这些新的数据中心类型将与现有设施共享一些特性,但也将针对新的用例进行定制。例如,预计将需要新的边缘数据中心容量来聚合、处理、存储和分析来自物联网(IoT)基础设施的数据。

在本文中,我们将为广大读者朋友们分析推动未来十年的这些变革的力量,并对新的数据中心类型和特定用例进行了预测,最后提出了面向未来的现有数据中心如何防止停机中断,及如何利用创新的方法。

各种新的数据中心形式因素(规模大小)和架构要求正在不断出现,而这是由潜在的变革力和特定技术趋势的结合驱动的。

现有数据中心类型的相对数量和分布已经由于云提供商的影响和向混合IT的转移而发生了变化。长期来看,边际需求的增长也将是新容量和形式因素的重要因素。

特殊数据中心(提供特定的应用程序和服务)将与一些通用设施(主要是企业站点)并存,但最终将被替代。此外,我们预计数据中心的设计和施工将进一步标准化和实现产业化,从而实现更加模块化的扩容能力。

通配符颠覆性技术(如后硅技术和量子计算)也可能导致设计和操作的重大变化,并可能使一些现有的数据中心设计,业务模型和服务在较长时间内过时。

积极的运营商们将寻求面向未来的新的和现有的物理数据中心基础架构,以尽量减少中断和最大化资本支出。提高敏捷性应该使得他们能够利用创新和新兴技术。

技术讨论

根据市场调研机构451 Research的数据中心监控部门称,目前全球范围内共计有超过四百万处数据中心。 这些数据中心的范围包括了从小型企业所属服务器机房(今天绝大多数数据中心站点类型)到商业化的多租户数据中心(MTDC)和大型超大规模数据中心站点。 行业变化的一些动态变化已经对这些不同设施类型的分布和相对数量产生了影响。 2015年,全球约80%的数据中心空间(以平方英尺计)全部由企业所有。然而,到2020年,这一比例预计将下降到75%以下。这一转变的主要原因是某些工作负载从企业所有的数据中心站点迁移到更具成本效益的云和托管设施。

预计朝着混合IT模式的转变这一趋势将继续,导致许多企业将整合站点,并进入更大,但更少的数据中心设施。企业将越来越多地将云和托管空间视为自己的本地容量能力的延伸(或更换)。公共云等云服务提供商也对批量的托管空间带来了显著的需求。预计从一般企业数据中心站点到高效率托管和云设施的迁移步伐将继续加快。然而,在一些企业中仍然需要专门的,优质的企业数据中心站点。新兴的微数据中心也将在一定程度上取代“传统边缘”企业服务器机房,并支持新的用例。

根本的力量和技术趋势

数据中心设计和操作运营的变化在一定程度上由一些潜在的力量所塑造。这些力量反过来又推动了特定的新兴技术趋势,其中一些趋势已经开始对新的数据中心设施的架构和运行产生了影响。所谓的“通配符”——理论上非常具有颠覆破坏性且难以预测的技术,如后硅技术和量子计算,也可能导致设计和操作的重大变化。在这些力量和具体技术的共同作用下,预计将在未来十年带来新的设施,利用创新技术,进而越来越多地满足特定的业务需求。

变更力

需求——即使考虑到IT中的增量创新,数字中心的空间,功率和带宽也可能难以跟上未来二十年预期的全球IT服务的需求。将需要大量新的容量能力,但现有的数据中心场地也可能需要承担一些负担。如果企业数据中心得到充分利用,这将是一个重大挑战,但目前的大多数数据中心的IT利用率都非常低,电力和冷却水平配置过高。因此,除了利用新的数据中心容量之外,还有一个重要机会可以用来提高利用率,迁移工作负载(企业内部部署)和优化现有数据中心站点的效率。

成本透明度——托管和服务提供商在技术投资方面处于领先地位,以提供更多的透明度(如电力使用和IT容量),showback和实时成本计算。使用这些工具,鉴于有了更多的对于真实成本的可见性(可能会动态变化),关于最佳执行场所,所需可用性级别,延迟性,邻近性,性能和服务的决策将更加有针对性。这可能带来更多实时和动态决策的制定。

融合——尽管进展缓慢,但有迹象表明,通常独立的IT和设施(设备和员工)企业正在变得更加整合一体化。这样可以实现与IT工作优化集成的数据中心设计和设施管理更全面的方法。例如,通过使用软件和智能电力设备整合和移动工作负载来提供“虚拟电力”的可能性正在变得更加现实。数据中心基础架构管理(DCIM)软件工具还可以帮助提供IT和设施运行的整体视图。预制模块化(PFM)数据中心设计(包括微数据中心)也将使IT和设施基础设施更紧密地耦合。

工业化(和标准化)——数据中心行业的规模非常大,且工业化程度越来越高。例如,整个PFM数据中心可以在工厂内建造。在未来,全球数据中心市场的大规模可能使得供应商们能够生产或预配置广泛的设备和设计目录,每一项都能够针对客户特定的要求和应用进行优化。

研究与开发——具有科学性要求的研究,但有时并没有明确的商业案例,也将塑造未来数据中心的设计和运营。许多新兴技术可能会对运行数据中心的经济性产生重大影响。这些包括量子计算,硅光子学,忆阻器和包括5G的高速、高带宽网络。

特定的技术趋势

数据中心行业更广泛的变革力量与重新设计和运营新数据中心容量能力的一些具体技术和趋势紧密结合。

超大规模云(驱动效率和创新)———— 企业和托管机构的数据中心运营商们正面临越来越大的压力,以适应亚马逊、Facebook、Google和微软等超大运营商所引领的效率和成本优化方面的大趋势。 云运营商们能够利用规模经济和IT基础设施(计算、存储、网络)方面的进步,以提升虚拟化和利用率,并在数据中心架构中测试和应用创新。 一些竞争对手的运营商必须以争取长远发展合作伙伴关系策略的审慎态度认真考虑这方面的投资是否有意义。

PFM设计——预制模块化数据中心使用一个或多个结构构建块组装,在工厂环境中进行组装和测试,并进行最终的现场集成。已经采用该方法的前瞻性运营商们将享受PFM数据中心建设所带来的竞争优势:标准化、压缩时间表、更紧凑的预算控制、降低安全风险,并更好地与业务目标保持一致。

软件和数据驱动——越来越多的数据中心正在采用软件控制,以提高利用率、可用性、弹性和灵活敏捷性。尽管早期的采用者们更多的关注数据中心基础架构管理软件部署及其投资回报率,但DCIM已经开始被认为是软件定义基础设施的一个组成部分。随着云计算数据中心管理服务(DMaaS)的最新发展,DCIM数据的价值在规模上得到了大量的综合和分析。这可能最终推动基于大型数据集使用的数据中心实现数据驱动的、实时、自主的管理(可能只有很少或没有现场工作人员)。

智能和交互式能源——数据中心在提高能源效率和电源使用效率(PUE)方面取得了长足的进步。然而,这一过程的下一个阶段是将能源使用与需求联系起来,并且更多地控制能源供应。这可能涉及能源的智能采购和销售,包括更多地使用需求响应,并通过更多地使用电源管理和电源上限来管理IT功耗。

连接性——公共云的崛起给企业和MTDC提供商们带来了更大的压力,同时也为公有云与私有云和非云服务的连接和整合开辟了新的机会。因此,互连(直接连接到云提供商、合作伙伴、运营商网络等的企业)正在成为越来越重要的服务。在许多情况下,应用程序和数据恢复(包括灾难恢复)将在网络和软件层面上实现,通过内部跨区域和区域之间的设施网络复制流程和数据。

开放式架构(开放计算项目 / Open 19)——开放式计算项目(OCP)尚未产生明显的影响(在超大规模数据中心之外),但由于开放式生态系统的不断发展,长远而言可能带来深远的影响。开源的硬件和软件有望为企业和托管市场带来超大规模设计和效率,并且颠覆传统的设备架构,包括分布式UPS,替代机架设计,分布式连接和直流配电。最近推出的Open19规范在某些方面具有比OCP低的条目,还引入了新的机架形状因素。

边缘数据中心—— “边缘计算”这一术语涵盖了一系列的工作负载类型和用例,其中包括已建立的一些和正在出现的一些。 对于新的数据中心类型和形式因素,包括微型数据中心(其中包括预制微型模块化数据中心站点在内的小型因素站点)以及新的集中式设施,预计这方面的需求将会是新的数据中心类型和形式因素的重要驱动因素。

未来的数据中心及其具体属性

长期以来,准确预测物理数据中心设计和运营的演进显然是具有挑战性的。自早期的大型主机时代以来,数据中心的形式因素和类型已经发生了显著的变化。我们预计,在可预见的将来,变化的步伐将继续加快,朝着远离通用的、无效的企业所有的数据中心场所方向发展。

确定未来十年或更长时间内可能占主导地位的数据中心的类型(其中一些在今天已经存在)是有可能的。未来的数据中心可能包括但不限于以下类型:

● 超大规模数据中心(云服务运营商,还有一些其他的服务提供商)

● 云(非超大规模)和服务提供商

● 托管(MTDC)和服务提供商

● 企业(专用的、优质数据中心站点和较少的机柜/机房)

● 边缘数据中心(微数据中心以及核心站点)

● HPC和专业的数据中心

这些不同的数据中心类型将由以下一些标准和属性定义:

业务模型

基于所有权的不同,业务模式将因数据中心的类型而异。例如,托管和服务提供商的数据中心站点将需要提供高可用性,并且通常是低延迟服务,通常通过邻近和连接实现。同样,一些企业将具有特定的工作负载,数据需求或管理问题,这些问题必须继续设计和运行自己的高级数据中心。因此,这些企业可能有机会以不对商业化(托管)运营商们开放的方式获得创新和定制化。

规模化

有迹象表明,现有超大规模数据中心站点享有的规模效率意味着尽管伴随着计算能力的进步和更多的工作负载迁移到边缘,但未来对于超大规模数据中心的需求还会持续存在。在另一方面,小规模微型站点预计将变得更为广泛,以支持物联网和其他应用。然而,将服务器机房和机柜(传统边缘)整合到托管、云端,有时甚至是微数据中心的趋势也将继续。

弹性

弹性要求将与业务案例和功能更为密切相关。例如,由于较低的服务水平,并具备能够通过负载平衡来管理可用性的能力,超大规模数据中心可能具有较轻的物理基础设施(减少了UPS,较低级别的设计)。一些MTDC也可以根据客户要求在同一设施内建立不同的弹性水平。还将更多地采用基于软件的分布式弹性,并减少对物理基础设施(发电机、UPS)的依赖。

效率

效率将继续成为更全面的要求。一些设施,如超大规模的数据中心站点,将大大优先考虑效率。在某些情况下,超出大多数其他标准。绝大多数的超大规模站点也将通过利用更多的可再生能源(通过电力采购协议,可再生能源发电,或在某些情况下,采用现场发电)继续关注可持续发展和碳减排。

IT密度

由于AI /机器学习,高性能计算和大数据等应用程序的推动,目前小于5kW的平均机架功率密度,可能会随着时间的推移而持续增长。然而,一些通配符技术(例如量子计算)有可能增加计算能力,同时显著降低功率需求。密度越来越多地与业务功能和工作负载相关联。可以创建高密度区域,以实现更高效的冷却和配电。例如, HPC和其他专业站点可能拥有高密度IT设备(每台机架大于25kW),每单位空间/机架消耗更多能量。这意味着冷却也可能紧密耦合:即针对相对较少数量的高密度机架的要求。

地理位置和分布

一些大型云运营商已经在特定地点(例如欧洲)建立或已经选择从MTDC提供商租赁,部分原因是为了符合数据监管的规定。未来数据中心类型的趋势可能会持续下去。超大规模数据中心站点也将继续建设在低能源成本,税收优惠和所在地气候允许获得免费冷却的地区。边缘容量将被添加到集中式数据中心以及核心数据中心枢纽以外的城域网(见图3)。

边缘数据中心

在形成未来数据中心发展的所有趋势中,边缘计算的需求预计将是更重要的一个,因此值得特别注意。边缘计算可以被描述为在数据生成和数据使用点附近的计算和存储能力分布到网络的边缘。这可能是企业工厂车间或运营商的入网点,发射塔或智能建筑。

虽然诸如内容分发网络(CDN)和本地处理及存储等用例预计将在短期内推动边缘计算需求,但物联网(IoT)预计将成为新兴边缘容量的长期推动力之一。IoT的用例很广,但即使在类似的用例中,数据路径和数据中心类型也会有所不同。在我们看来,似乎有一些IoT的部署可能最终将数据托管在公共云和非公有云设施的组合中,同时需要分布式微数据中心和非常大的集中式站点。

在某些情况下,包括其他应用程序和人员所需的数据的关键数据可在大型数据中心的“近端”提供,其中托管位置和其他城域数据中心位于靠近数据生成地点的位置。云重量级正在快速建立超大型数据中心,并将直接光纤连接到租赁托管位置。这将使超大规模云容量更接近边缘——推动了有效运作“近边缘”数据中心的能力。云提供商还将利用“云端” ——分布式边缘容量以便用于数据缓存或低延迟计算。

一旦被消费或集成,数据将通常被迁移传输到大型或超大型远程数据中心,以进行聚合、分析(包括通过与其他数据和应用程序的集成)并归档。这些大型设施代表着“核心层”。

今天的基础设施经得住时间考验

有时候,最有效率的数据中心是不需要构建的。尽管新的形式因素将带来好处,但是运营商们却被激励以确保现有的数据中心站点的可用性,持续的生产运营,高度利用率和高效率(见图4)。今天建成的拥有10到15年的使用寿命的数据中心,也将是2020年代和2030年代的数据中心。运营混合IT环境在容量管理方面提供了更大的灵活性,但对内部部署IT基础架构的整合或升级以及虚拟化的部署则可以提高现有站点的利用率和生产力。

数据中心的IT硬件通常在三到四年的时间内进行更新,但大多数设施基础架构相当复杂,更新的成本昂贵。过度配置的冷却和电源开销是匹配未来IT容量需求(与效率相平衡)的标准做法。但是,这可以被描述为经得住时间考验的负载变化,而不是可能使设计方面过时的新物理技术。而新兴的和已建立的策略和技术(一些正在塑造未来数据中心类型的技术)则可以帮助最大限度地提高效率和容量管理,并降低过时的风险。这些包括:

模块化设计——使用PFM(包括容器或微数据中心)增加新空间在短期容量要求方面提供了好处,同时也为长期创新提供了益处。架构师和工程师可以利用预制来探索新颖的(在某些情况下是激进的)方式来改进架构,机械和电气特征的设计。下一代PFM基础设施的工厂集成和模块化安装将以更低的成本和复杂性向现有的现场提供这种新的设计。

灵活的配电和存储——使用诸如可升级和智能(三相)的PDU,中压配电和母线电力分配等特定技术,可以提供现有站点对不断变化的负载要求的可扩展性和适应性。在诸如智能PDU控制器的智能设备中建立足够的计算空间也有助于确保其使用寿命。运营商将受益于在现有站点中测试和采用这些技术,因为它们可能在未来的数据中心构建中变得越来越标准化。包括微电网在内的新兴能源管理(现场)发电和存储技术也可能最终帮助面向未来的电力供应和恢复能力。

高效和高密度的冷却——与配电一样,冷却设计的灵活性是有效的产能管理和未来发展的关键。目前依赖机械冷却的运营商应研究无冷冻设计,因为免费的空气冷却可能成为大多数未来数据中心站点的默认选项(取决于地理位置)。还应建立新的容量,以支持紧耦合冷却,包括后门热交换或直接液体冷却(需要向机架或排配水)。

管理软件——诸如DCIM之类的工具可以降低风险,同时还能提高新的效率,带来更好的产能预测和提高业务敏捷性。此外,使用DCIM和DMaaS的数据驱动的分析洞察见解更密切地监控和管理现有站点可以显着提高设施效率和容量规划。

结论和展望

数据中心运营商面临着前所未有的变化。未来十年来,数据中心的发展愿景很可能会与以前描述的宏观趋势和技术趋势有所不同:

今天的分布式数据中心可能会发展成为一个更加智能,高度互联的网络,由新的数据中心形式组成。紧凑型,自我管理的数据中心节点和集线器(数据或连接,或两者结合)将被嵌入和普及,由大数据中心园区支持和供给。

新的边缘容量将由明显不同的数据中心类型组成。它们将包括超大规模云和大型托管设施,这些设施靠近 数据生成点,以支持许多应用程序;新的微数据中心在边缘;并且容量较小的集群可能规模不大或重要性不强,无法在技术上被描述为数据中心。

大型数据中心可以有效地为自身进行电力供应,并充当能源中心。能够通过例如私有微电网来控制其电源的数量,质量和安全性,进而提高能量弹性。

连接性,可靠的电力和能源成本将继续成为决定新数据中心设施选址的关键。然而,随着数据中心运营商对更严格的法规和公众的压力作出反应,数据治理和隐私的重要性将会增加。由物联网和其他应用/用例驱动的边际需求的增长也将推动对大部分城市地区新的特定数据中心形式的需求。

在未来十年将经历的前所未有的变革和新的颠覆性技术中,很明显,数据中心将以其所有新形式、形态和作用继续实现其创新,推动技术和企业业务的转型。

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