集装箱数据中心发展历程与进展

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集装箱坊 发表于 2020-9-13 07:45:58 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题


到数据中心,我们往往会想起宽敞的机房和排列整齐的机架,的确,传统的数据中心就是这个样子。不过近年来,一个新生事物杀入了数据中心行业——将服务器、存储、网络设备等一股脑的放入集装箱,这就是集装箱数据中心。如今,集装箱数据中心已成为行业热点,IBM、惠普、谷歌、SGI、思科、微软等巨头纷纷涉足,本文就来讨论这些具有不同特点的集装箱数据中心。

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Sun微系统公司的“黑盒子”开启集装箱数据中心时代

集装箱数据中心的概念最早源于Sun微系统公司在2006年10月提出的“黑盒子计划”,Sun微系统公司当时的想法是将构成数据中心的一些基本原件,包括计算机硬件、供电和冷却设备等全部置于一个20英尺长、8英尺宽、8英尺高的标准集装箱中(图1)。这样的设计带来很多优势:易搬运、低成本、建设速度快,且不受场地限制,利用废弃的场地就可以在短期内快速构建起一个数据中心。

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Sun微系统公司的“黑盒子”可以容纳最多250台SunFireT1000或x64服务器,内存最高7TB,硬盘存储空间1.5PB(1PB=1024TB)或2PB磁带存储空间,只要接通网络、供电和冷水管线就可以开始运作。“黑盒子”可以容纳近10吨的硬件设备,可以承受9倍地球重力的冲击。

从Sun这个堪称“原型”的黑盒子上可以看到现今集装箱数据中心所具备的一些共同特点。首先,实现了“便携”可搬运,对于那些因为工作需要将计算设备转移到灾难现场,或是因拓展业务需要将计算设备进行远距离搬运的企业来说是个好选择。再者,就是成本低,可快速搭建,传统数据中心的造价一般都很昂贵,并且从设计到建造需要耗费很长时间,而采用集装箱数据中心成本低,并且这种模块化的设计便于搭建和扩充,不受空间和地域限制。对于用户来说,这种一体化的数据中心也免去了自行建造中的不少麻烦。

不过,这种集装箱数据中心也具有其劣势,因为这个大铁盒子空间并不大,狭窄的空间并不利于IT人员的管理(图2)。当然,还有重要的一点也需要注意,各家厂商的集装箱数据中心基本还是采用自家及其合作伙伴的硬件设备,无法安装其他厂商的服务器设备。再者,集装箱数据中心虽然便于搬运,但在搬运过程中需要关闭,因此,Sun在推出“黑盒子”时曾说过,这是便于“搬运”的数据中心,而不是“移动”的数据中心。

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Sun是集装箱式数据中心的先行者,虽然已经被收购,但这种新型数据中心的理念,还一直被传承着。

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IBM公司的便携式模块化数据中心

作为服务器行业老大IBM公司自然不甘人后,2008年中开始推出其模块化数据中心产品。2009年12月,“蓝色巨人”IBM在美国拉斯维加斯举办的第28届Gartner数据中心大会上展示了名为便携式模块化数据中心的集装箱数据中心,从外观来看,这个数据中心名副其实的就像一个涂满油漆的集装箱(图3)。

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IBM的集装箱数据中心现在有20英尺和40英尺两种型号,密封性好,而且隔热,所以适用于多种环境——无论有没有电、无论有没有冷却装置,无论冰原还是沙漠。除了IBM自己的服务器机架、存储和网络设备以及管理系统外,这个集装箱里还安装了电源设备、冷却设备、紧急供电系统以及合作伙伴的设备。此外还拥有和传统数据中心同样的控制功能,包括磁卡读卡器、生物扫描仪、数字小键盘、内外部闭路电视监控。

据IBM称,和具有大量空调甚至具有活动地板和天花板的传统数据中心相比,集装箱数据中心在设计和建造上要便宜30%。此外,IBM表示,利用便携式模块化数据中心,可以在8到12周内建立500至2500平方英尺的数据中心,建造周期远远快于传统数据中心,并且建设的地点更加灵活,如果有需要,甚至可以在停车场建立。

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大小兼顾的惠普POD集装箱数据中心

作为数据中心产品巨头,惠普公司在2008年7月推出了名为POD的集装箱数据中心。首次推出的惠普POD体积较大,这个8*40英尺的POD集装箱设备提供了12TB的存储空间(图4)。此外,POD还预装了惠普InsightManager或Open-View服务器管理软件。

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惠普POD内还安装了用于优化散热和冷却的冷热通道,可将一端排放的热空气吸入到顶部的热交换器,经过冷却之后作为冷空气被回送到另一端。在能源密度上,POD也要远远高于传统数据中心,据惠普介绍,传统数据中心每平方英尺功率为200~300瓦,而POD可以达到1800瓦。另外,POD从下订单到供货只需要6周时间,可以让用户快速搭建出一个数据中心。

惠普在设计40英尺集装箱时,显然想到的是所有大的互联网公司,例如谷歌和微软,但其他很多客户却并不需要这么大的容量。于是,在2010年初惠普又推出了集装箱数据中心的小型版本,采用了标准长度为20英尺的船载集装箱,外形尺寸只有首款产品的一半大(图5)。小尺寸的集装箱数据中心价格更低,只有40英尺型号的一半,并且更容易运输。

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虽然体积小了一半,但是小型POD也具有很高的功率密度,据惠普介绍,20英尺的集装箱数据中心可以为每个机柜提供29千瓦的电力,最高可达34千瓦,POD的每效率单位耗电量(PUE)比值为1.25,而传统数据中心每个机柜的供电量只有12千瓦左右,小于POD。在每个集装箱的顶部还装有4个可变速风扇,每个机柜还配有测温感应器,风扇速度可根据每个机柜的实际温度进行调节。

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思科公司推广UCS集装箱数据中心

2016年,网络巨头思科公司宣布推出统一计算系统(UCS),试图通过UCS进军数据中心市场。UCS在单一的高能效系统中统一了计算、网络、存储访问和虚拟化资源,打包成了一个整体的解决方案。以UCS为中心,思科与IT行业的领先企业建立了全面的协作和开发关系,包括BMC Software、EMC、英特尔、NetApp和VMware等,推出模块化的集装箱数据中心,这也是思科推广UCS的一种方式。

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思科集装箱数据中心有40*8英尺和20*8英尺大小标准的两种产品,一种为船只服务,另一种服务于卡车运输。所有必需的服务器、存储和网络设备都被塞进这些集装箱中。思科官网介绍,思科集装箱数据中心是其政府行业解决方案的一部分,可以在12到16周时间内完成部署,其PUE值在1.05到1.25之间,相比传统数据中心要更低些。

思科表示,通过采购应用集装箱数据中心,不论是40英尺大小的,还是20英尺的,企业均可以节省50%的成本支出以及30%的运营费用。正是这种集装箱数据中心的推出,使思科在其UCS推广方面有了新思路,通过提供一个IT套件方案,不断扩大其数据中心市场的影响力。思科相关工作人员表示,思科的数据中心解决方案完全以集装箱形式提供给客户,使他们能轻松地具有部署数据中心的能力。

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Google:集装箱数据中心的先行者

Google是全球最大的搜索引擎,所拥有过的服务器数量也最多,到底有多少台?谁也说不清,不过这个数字可能比我们想象的要多。另外,让人惊讶的是,Google的服务器都是自家设计的,并且配备了12V的电池作为备用电源。Google似乎总是特立独行,虽然Sun最早提出“集装箱数据中心”的概念,但实际上,Google的应用更早一些,早在2005年秋天就已经开始应用了。

从2005年开始,Google的数据中心就已经开始采用标准的集装箱设计,当时Google用45个集装箱搭建了一个比较奇怪的设施,其中一些就放在阳台上,谁也想不到它就是一个数据中心,这种设计在当时可以说是非常罕见。Google的集装箱具有250kW的功率,每平方英尺具有超过780W的功率密度。

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Google集装箱数据中心的设计着重于“电源在上,水在下”,机架从集装箱的天花板悬挂下来,冷却设备在机架下面,以便让冷空气通过机架。冷却风扇速度可变,并能进行精确管理,保证风扇在能够冷却机架的前提下运行在最低速度。

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图8为Google在俄勒冈州部署的一个大型数据中心,该中心就是采用集装箱数据中心建造,占地30英亩,在四个装备有巨大空调设施的仓库内,放置了数万台互联网服务器,这些服务器每天处理数十亿条数据,再由Google网站传递给世界各个角落的用户。

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微软芝加哥集装箱数据中心

除了Google,微软的巨型数据中心也采用了集装箱设计。微软最大的数据中心位于芝加哥,该数据中心占地面积70万平方英尺(约合6.502万平方米),也是全球最大的数据中心之一。即使只启用一半数量的服务器,这个数据中心的能耗也将达到30MW,是普通数据中心的数倍之多。该数据中心有两层,一层如同停车场一样,停放着几辆拖车,上面放置了集装箱。这些集装箱放置着微软云计算产品的重要组件,每个拖车的集装箱都存放了1800至2500台服务器,每台服务器都可以用来为微软即将发布的云计算操作系统Windows Azure收发电子邮件、管理即时通信或运行应用程序。二层布置了4个传统的升降板服务器机房,平均每个机房约1.2万平方英尺,功率为3MW。

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SGI“冰立方”集装箱数据中心

高性能计算行业巨头SGI的集装箱数据中心有个好听的名字: lce Cube,即“冰立方”。2017年5月下旬,SGI对“冰立方”进行了改造,可以在集装箱内安装其他公司的硬件,而之前的“冰立方”只能安装SGI的硬件。该集装箱数据中心也有两种规格,20英尺和40英尺。

SGI对“冰立方”进行改进时,采用了模块化设计,可容纳SGI所有的服务器和存储设备,包括其AltixUV向上扩展的超级计算机和AltixICE向外扩展的超级计算机,允许客户对数据中心硬件进行混搭,从而增加灵活性。SGI模块化数据中心可以达到超高密度,每个集装箱可以支持46080个处理器核或存储29.8PB的数据。这些优势使得“冰立方”成为了建立新数据中心、改造旧数据中心或取代各种规模的传统数据中心的理想选择。

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SGI“冰立方”的PUE可以低于1.12,具有多种型号。集装箱内的双排服务器设计可以使用最优化的SGIRackable半长机架服务器,中间设有大通道,方便维护和服务。双排服务器集装箱内也可通过特殊装置安装标准长度的服务器。“冰立方”也具有多种通用型号,可以支持包括SGI或第三方的标准长度的服务器和存储系统。

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结语

从集装箱数据中心概念的提出到现今的广泛应用,不过短短数年时间。这种低成本、易运输、易搭建、易扩展、周期短、能效高、不苛求环境的一体化数据中心解决方案给行业带来了一股新热潮。但集装箱数据中心也并非适合所有的应用环境,比如大部分集装箱数据中心只能安装一家的服务器或网络硬件,不具有广泛扩展性,且空间狭窄,IT人员维护不够方便,一旦集装箱数据中心里的服务器等硬件设备达到寿命周期,升级或更换难免会有难度和限制。

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