面向未來的數(shù)據(jù)中心是什么樣子？

縱觀世界各地，最終用戶與各類組織都在生成并消費著史無前例的海量數(shù)據(jù)。然而，如果要單單去理解數(shù)據(jù)在全球的增長有多么迅猛、以及這對于全部數(shù)據(jù)的存儲、管理和訪問意味著什么，那就會構成巨大的挑戰(zhàn)。

來自商業(yè)、工業(yè)及消費領域的眾多因素都在推動著數(shù)據(jù)以指數(shù)方式增長，包含了萬物互聯(lián) (IoE)、AI、社交媒體，以及對流媒體內容分發(fā)的需求。根據(jù)國際數(shù)據(jù)公司 (IDC) 的預測，與目前的 700~800 次相比，到 2025 年，個人每天平均要產(chǎn)生近 5 000 次的數(shù)字交互，這樣就會對全球萬象數(shù)據(jù)庫的規(guī)模產(chǎn)生極大的推動，在短短7年內就會從 2018 年的 33 澤字節(jié)擴張到 175 澤字節(jié)。其中的每個澤字節(jié)都相當于大約 1  萬億個千兆字節(jié)。

1   海量增長，重大挑戰(zhàn)

這種驚人的增長速度對數(shù)據(jù)管理構成了一系列令人望而卻步的挑戰(zhàn)。隨著數(shù)據(jù)存儲的需求超過了傳統(tǒng)上數(shù)據(jù)中心的需求，更不用提各種端點設備，云計算日益填補起了這方面的空缺。眾多的臺式機不再需要存儲功能，而且，在不遠的將來，智能手機也很可能逐步增加設備外部的存儲，與此同時，大家仍然期待著可以即時的按需訪問他們需要的任何信息。

從 5G 到 AI、到自動駕駛汽車的各種功能的成功實施取決于能否實現(xiàn)高度可靠、靈活而又可持續(xù)的低延遲、或者是零延遲。隨著全球對云服務的依賴逐步增加，延遲將成為關鍵的性能指標。

除了存儲功能以外，這些新需求正在迫使著云端將功能拓展到數(shù)據(jù)傳輸上去，這就給 IT 基礎設施帶來了壓力，要求其快速而顯著的發(fā)展。僅舉1個例子，澳大利亞最近推出了1個全新的國家寬帶網(wǎng)絡，但是已經(jīng)表現(xiàn)出了不足，因為在建設這個網(wǎng)絡花費的7年時間里，數(shù)據(jù)流的發(fā)展速度就已經(jīng)如此之快了。

2   超大規(guī)模走向前端和中心

由于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡正在努力提供更快速度的云計算所需的延遲，超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為了首選的方案。不管名稱中到底傳達著怎樣的含義，超大規(guī)模一詞主要與可擴展性和資源優(yōu)化有關，而不是指設施的物理尺寸。

超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心可帶來4項主要優(yōu)勢：

●   設計、構造和性能上的模塊化。

●   可靠性、功能性以及超過其各個組成部分總和的產(chǎn)出。

●   自動化的能力；以及

●   規(guī)模經(jīng)濟，例如降低每端口的成本，無論是新構建 35 MW的系統(tǒng)還是向現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心添加 1 MW的功率。

我們來更近一步的了解一下超大規(guī)模云數(shù)據(jù)中心的典型架構。假設有一座數(shù)據(jù)中心當前按照“網(wǎng)和莢”或者“莢和葉脊”的結構，部署了超過 3 萬臺服務器，并且以三處網(wǎng)莢連接來組成網(wǎng)狀網(wǎng)絡。典型的脊交換機可支持多達 432 個 40-GbE 端口 (36 × 12)。按照 3:1 的比例，上行鏈路網(wǎng)絡將會占用 108 個端口（網(wǎng)狀網(wǎng)絡級），這就是說，網(wǎng)莢中架頂 (TOR) 交換機的最大數(shù)量不會超過 324 臺。實際上，TOR 交換機的數(shù)量應當更接近 200 臺，或者最多 300 臺。每臺 TOR 交換機都可為下行鏈路提供 48 個 10-GbE 端口，并且為上行鏈路提供4個 40-GbE 端口。在葉和脊之間可以設置 4 × 40-GbE 的網(wǎng)絡鏈路，該鏈路可配備4條 OM4 光纖構成的 MTP12 信道來為網(wǎng)絡提供支持。

但是，隨著帶寬的消耗以指數(shù)方式增長，10 GbE 將不足以提供支持。計劃已經(jīng)要求在新建的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心內采用 25 GbE，這樣就會將葉和脊之間的速度提高到 100 GbE，通過 OM4 光纖構成的 MPO12 來為鏈路提供支持。然而，為了真正做到面向未來準備就緒，如圖 1 所示，就需要從服務器到葉交換機的主流速度達到 40 GbE。

圖1 超大規(guī)模網(wǎng)絡架構的預計增長量

3   助力未來

大多數(shù)的超大規(guī)模設施都極其龐大，功率范圍可從 10 MW一直到 70 MW。這種功率要求明顯會對設施的地點、能源基礎設施的操作方式以及可持續(xù)性產(chǎn)生影響。將超大規(guī)模設施的能源成本——對于任何規(guī)模的數(shù)據(jù)中心都屬于主要的費用——降到最低程度，這是一項當務之急。即使在規(guī)模更小的數(shù)據(jù)中心里，交換機都會生成大量的熱，使得設計并實施高成本效益的供熱系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)對于可持續(xù)性與市場競爭力來說，都具有至關重要的作用。

如此一來，利用自動化和智能技術的能力就可以發(fā)揮關鍵的作用。實現(xiàn)了自動化與集中控制的恒溫器、照明裝置及其他與能源有關的不相干組件的數(shù)量越多，節(jié)約的潛力也就越大。

計劃實施穩(wěn)健的有線和無線網(wǎng)絡，對于未來數(shù)據(jù)中心的成功與否來說，也是一項至關重要的基礎要素。盡管無線似乎是未來的縮影，但處于網(wǎng)絡核心的將會是一種混合模型。無線服務提供商必須在網(wǎng)絡上進行回傳，而且，從信號傳輸帶寬可靠性的角度來說，光纖和光纜將提供最強勢的選擇。

5G 拓展的范圍越大，就需要越多的線纜，這就使以太網(wǎng)供電 (PoE) 系統(tǒng)成為了眾人注目的中心。電源正日益從 110 V和 220~240 V的交流電轉向 USB 供電，而在 PoE 系統(tǒng)中就可以產(chǎn)生或者輸送這樣的功率。包括低壓這一事實在內，PoE 具有數(shù)不勝數(shù)的優(yōu)點，安裝極其方便且價格低廉，可同時承載數(shù)據(jù)和功率。

4   加以適應還是消失不見

兩種競爭性的需求將會定義未來的數(shù)據(jù)中心架構：存儲和延遲。隨著存儲不斷從設備轉向集中化的設施，邊緣計算有可能呈爆炸性發(fā)展。由于可以從如此之多各不相同的來源處捕捉數(shù)據(jù)，節(jié)點正在變得像路燈一樣常見，從而確保不會發(fā)生任何丟失。

這個新現(xiàn)實對于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心來說既創(chuàng)造了機會又構成了威脅，對于 1 MW或更低功率的數(shù)據(jù)中心來說尤其明顯。好消息則是，在與邊緣計算和超大規(guī)模網(wǎng)絡架構共同發(fā)揮作用的過程中，這類數(shù)據(jù)中心將扮演一個重要的角色，從而滿足存儲和延遲上的要求–假設可以通過創(chuàng)新性的方式來與新現(xiàn)實相適應。這就是說，數(shù)據(jù)中心在設計或升級完成后可以實現(xiàn)超大規(guī)模的速度、低廉的成本與極高的可擴展性。

事實上，未來可能實際上已經(jīng)預見到了一大批位于市中心的數(shù)據(jù)中心塔——也就是在之前辦公樓內部建起的更小一些的數(shù)據(jù)中心。

5   重新思考數(shù)據(jù)中心

結果就是，可擴展性將會定義數(shù)據(jù)中心的未來。首先，這就需要采取基于設計的方式，在商業(yè)、工業(yè)和消費領域對能耗、數(shù)據(jù)存儲、管理及分發(fā)上的需求采取全局性的長遠考慮。第二，以高成本效益的方式整合并強化可擴展性，這取決于在產(chǎn)品和技術平臺上建立起可擴展性的能力，這類平臺可以相互混合、匹配、重新安排并再次使用，從而滿足不斷發(fā)展中的需求。

我們現(xiàn)在已經(jīng)踏上了一段旅程，即將轉向面向未來的數(shù)據(jù)中心，但是還需要完成更多的工作來確?，F(xiàn)有的無線網(wǎng)絡、硬件技術及網(wǎng)絡架構的成功過渡，從而對全部新用例的集成和多樣化的需求進行管理。隨著這一過渡過程的快速升溫，數(shù)據(jù)中心必須確保與創(chuàng)新性的技術提供商開展合作，從而了解他們的獨特需求，并且協(xié)助他們來開發(fā)面向未來的下一代數(shù)據(jù)中心解決方案。