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(fèi)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(zhǎng)有多么迅猛、以及這對(duì)于全部數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和訪問意味著什么，那就會(huì)構(gòu)成巨大的挑戰(zhàn)。

來自商業(yè)、工業(yè)及消費(fèi)領(lǐng)域的眾多因素都在推動(dòng)著數(shù)據(jù)以指數(shù)方式增長(zhǎng)，包含了萬物互聯(lián) (IoE)、AI、社交媒體，以及對(duì)流媒體內(nèi)容分發(fā)的需求。根據(jù)國(guó)際數(shù)據(jù)公司 (IDC) 的預(yù)測(cè)，與目前的 700~800 次相比，到 2025 年，個(gè)人每天平均要產(chǎn)生近 5 000 次的數(shù)字交互，這樣就會(huì)對(duì)全球萬象數(shù)據(jù)庫的規(guī)模產(chǎn)生極大的推動(dòng)，在短短7年內(nèi)就會(huì)從 2018 年的 33 澤字節(jié)擴(kuò)張到 175 澤字節(jié)。其中的每個(gè)澤字節(jié)都相當(dāng)于大約 1  萬億個(gè)千兆字節(jié)。

1   海量增長(zhǎng)，重大挑戰(zhàn)

這種驚人的增長(zhǎng)速度對(duì)數(shù)據(jù)管理構(gòu)成了一系列令人望而卻步的挑戰(zhàn)。隨著數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(diǎn)設(shè)備，云計(jì)算日益填補(bǔ)起了這方面的空缺。眾多的臺(tái)式機(jī)不再需要存儲(chǔ)功能，而且，在不遠(yuǎn)的將來，智能手機(jī)也很可能逐步增加設(shè)備外部的存儲(chǔ)，與此同時(shí)，大家仍然期待著可以即時(shí)的按需訪問他們需要的任何信息。

從 5G 到 AI、到自動(dòng)駕駛汽車的各種功能的成功實(shí)施取決于能否實(shí)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?qū)υ品?wù)的依賴逐步增加，延遲將成為關(guān)鍵的性能指標(biāo)。

除了存儲(chǔ)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(chǔ)設(shè)施帶來了壓力，要求其快速而顯著的發(fā)展。僅舉1個(gè)例子，澳大利亞最近推出了1個(gè)全新的國(guó)家寬帶網(wǎng)絡(luò)，但是已經(jīng)表現(xiàn)出了不足，因?yàn)樵诮ㄔO(shè)這個(gè)網(wǎng)絡(luò)花費(fèi)的7年時(shí)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(luò)正在努力提供更快速度的云計(jì)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(dá)著怎樣的含義，超大規(guī)模一詞主要與可擴(kuò)展性和資源優(yōu)化有關(guān)，而不是指設(shè)施的物理尺寸。

超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心可帶來4項(xiàng)主要優(yōu)勢(shì)：

●   設(shè)計(jì)、構(gòu)造和性能上的模塊化。

●   可靠性、功能性以及超過其各個(gè)組成部分總和的產(chǎn)出。

●   自動(dòng)化的能力；以及

●   規(guī)模經(jīng)濟(jì)，例如降低每端口的成本，無論是新構(gòu)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(gòu)。假設(shè)有一座數(shù)據(jù)中心當(dāng)前按照“網(wǎng)和莢”或者“莢和葉脊”的結(jié)構(gòu)，部署了超過 3 萬臺(tái)服務(wù)器，并且以三處網(wǎng)莢連接來組成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。典型的脊交換機(jī)可支持多達(dá) 432 個(gè) 40-GbE 端口 (36 × 12)。按照 3:1 的比例，上行鏈路網(wǎng)絡(luò)將會(huì)占用 108 個(gè)端口（網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)級(jí)），這就是說，網(wǎng)莢中架頂 (TOR) 交換機(jī)的最大數(shù)量不會(huì)超過 324 臺(tái)。實(shí)際上，TOR 交換機(jī)的數(shù)量應(yīng)當(dāng)更接近 200 臺(tái)，或者最多 300 臺(tái)。每臺(tái) TOR 交換機(jī)都可為下行鏈路提供 48 個(gè) 10-GbE 端口，并且為上行鏈路提供4個(gè) 40-GbE 端口。在葉和脊之間可以設(shè)置 4 × 40-GbE 的網(wǎng)絡(luò)鏈路，該鏈路可配備4條 OM4 光纖構(gòu)成的 MTP12 信道來為網(wǎng)絡(luò)提供支持。

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

圖1 超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的預(yù)計(jì)增長(zhǎng)量

3   助力未來

大多數(shù)的超大規(guī)模設(shè)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(huì)對(duì)設(shè)施的地點(diǎn)、能源基礎(chǔ)設(shè)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(shè)施的能源成本——對(duì)于任何規(guī)模的數(shù)據(jù)中心都屬于主要的費(fèi)用——降到最低程度，這是一項(xiàng)當(dāng)務(wù)之急。即使在規(guī)模更小的數(shù)據(jù)中心里，交換機(jī)都會(huì)生成大量的熱，使得設(shè)計(jì)并實(shí)施高成本效益的供熱系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)對(duì)于可持續(xù)性與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力來說，都具有至關(guān)重要的作用。

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

計(jì)劃實(shí)施穩(wěn)健的有線和無線網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于未來數(shù)據(jù)中心的成功與否來說，也是一項(xiàng)至關(guān)重要的基礎(chǔ)要素。盡管無線似乎是未來的縮影，但處于網(wǎng)絡(luò)核心的將會(huì)是一種混合模型。無線服務(wù)提供商必須在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行回傳，而且，從信號(hào)傳輸帶寬可靠性的角度來說，光纖和光纜將提供最強(qiáng)勢(shì)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(zhuǎn)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(shí)在內(nèi)，PoE 具有數(shù)不勝數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，安裝極其方便且價(jià)格低廉，可同時(shí)承載數(shù)據(jù)和功率。

4   加以適應(yīng)還是消失不見

兩種競(jìng)爭(zhēng)性的需求將會(huì)定義未來的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)：存儲(chǔ)和延遲。隨著存儲(chǔ)不斷從設(shè)備轉(zhuǎn)向集中化的設(shè)施，邊緣計(jì)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(diǎn)正在變得像路燈一樣常見，從而確保不會(huì)發(fā)生任何丟失。

這個(gè)新現(xiàn)實(shí)對(duì)于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心來說既創(chuàng)造了機(jī)會(huì)又構(gòu)成了威脅，對(duì)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(jì)算和超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)共同發(fā)揮作用的過程中，這類數(shù)據(jù)中心將扮演一個(gè)重要的角色，從而滿足存儲(chǔ)和延遲上的要求–假設(shè)可以通過創(chuàng)新性的方式來與新現(xiàn)實(shí)相適應(yīng)。這就是說，數(shù)據(jù)中心在設(shè)計(jì)或升級(jí)完成后可以實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模的速度、低廉的成本與極高的可擴(kuò)展性。

事實(shí)上，未來可能實(shí)際上已經(jīng)預(yù)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(nèi)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(jié)果就是，可擴(kuò)展性將會(huì)定義數(shù)據(jù)中心的未來。首先，這就需要采取基于設(shè)計(jì)的方式，在商業(yè)、工業(yè)和消費(fèi)領(lǐng)域?qū)δ芎?、?shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理及分發(fā)上的需求采取全局性的長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮。第二，以高成本效益的方式整合并強(qiáng)化可擴(kuò)展性，這取決于在產(chǎn)品和技術(shù)平臺(tái)上建立起可擴(kuò)展性的能力，這類平臺(tái)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(zhuǎn)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(luò)、硬件技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的成功過渡，從而對(duì)全部新用例的集成和多樣化的需求進(jìn)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(shù)提供商開展合作，從而了解他們的獨(dú)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。