數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施基本策略:系統(tǒng)模塊化

系統(tǒng)模塊化是數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)的重要理念和基本策略，數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)建造中的很多問題都與系統(tǒng)模塊化程度有關(guān)。模塊化以及與之關(guān)系緊密的標(biāo)準(zhǔn)化，為數(shù)據(jù)中心帶來了廣泛的好處，它不僅簡化了從初始規(guī)劃到日常操作的每一個(gè)流程，還顯著改進(jìn)了數(shù)據(jù)中心商業(yè)價(jià)值的所有三個(gè)主要組成部分–可用性、適應(yīng)性和總擁有成本。模塊化UPS 是可用性級(jí)別最高的模塊化系統(tǒng)，引領(lǐng)著數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)建造的理念和方向。

一、可修復(fù)和可快速修復(fù)功能是提高系統(tǒng)可用性的關(guān)鍵

現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)和運(yùn)行的一個(gè)最基本也是最重要的要求是系統(tǒng)必須能連續(xù)工作。而工作連續(xù)性的程度通常是用系統(tǒng)的可用性來描述的。系統(tǒng)可用性A （t ）的定義為：電子系統(tǒng)在使用過程中（尤其在不間斷連續(xù)使用的條件下）可以正常使用的時(shí)間與總時(shí)間之比。可用性是由可靠性參數(shù)MTBF（平均無故障時(shí)間）和故障后平均修復(fù)時(shí)間參數(shù)MTTR表示的。

可靠性MTBF愈高，系統(tǒng)的可用性愈高，這是不言而喻的事，但設(shè)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(shè)備組成的復(fù)雜的系統(tǒng)，可靠性很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求的水平，使數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施特別是供電系統(tǒng)變得很脆弱。于是，設(shè)計(jì)者和用戶很自然的想到必須從系統(tǒng)的可修復(fù)和可快速修復(fù)上找出路，因?yàn)楸M管系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性達(dá)不到要求的高度，故障隨時(shí)都可能發(fā)生，但只要系統(tǒng)中的所有設(shè)備故障后都是可修復(fù)并可快速修復(fù)的，故障后平均修復(fù)時(shí)間MTTR數(shù)值很小甚至趨近于零，那末系統(tǒng)的可用性同樣可以很高。

可修復(fù)和可快速修復(fù)成為數(shù)據(jù)中心用戶和設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)追求的首要目標(biāo)。只要組成系統(tǒng)的所有具備獨(dú)立功能的子系統(tǒng)，在系統(tǒng)投入運(yùn)行后都是可拆卸、可移動(dòng)、可更換的，那末這個(gè)系統(tǒng)必然是可修復(fù)的。

可快速修復(fù)通常指可無工具拆卸和可拔插更換子系統(tǒng)和設(shè)備。但是，如果功能相同的兩個(gè)設(shè)備可冗余配置，當(dāng)一個(gè)設(shè)備故障停止運(yùn)行后，另一個(gè)與之冗余并機(jī)的設(shè)備可繼續(xù)工作而保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，那末，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言，我們可以認(rèn)為冗余并機(jī)環(huán)節(jié)沒有發(fā)生造成系統(tǒng)宕機(jī)的故障，可靠性很高；也可以認(rèn)為雖然設(shè)備發(fā)生故障，但是在修復(fù)過程中沒有影響整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行，修復(fù)時(shí)間為零。

以上設(shè)計(jì)理念已在數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施用戶和設(shè)計(jì)者中取得了最廣泛的共識(shí)，并在系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和建造中取得了廣泛的應(yīng)用和顯著的效果。

二、“系統(tǒng)模塊化”是可修復(fù)和可快速修復(fù)的根本條件

我們把具有獨(dú)立功能，在系統(tǒng)中可整體安裝、拆卸、移動(dòng)、更換的子系統(tǒng)稱之為模塊，那么上面的設(shè)計(jì)理念可概括為以下三句話：

1 、現(xiàn)代的數(shù)據(jù)中心要求基礎(chǔ)設(shè)施必須是一個(gè)能連續(xù)工作的系統(tǒng)；
      2 、一個(gè)能連續(xù)工作的系統(tǒng)必然是可修復(fù)和可快速修復(fù)的系統(tǒng)；
      3 、一個(gè)可修復(fù)和可快速修復(fù)的系統(tǒng)，組成該系統(tǒng)的所有子系統(tǒng)必然要具備模塊化特征；

模塊化即將完整的產(chǎn)品或流程按功能分成小塊，即模塊。根據(jù)上面講的，模塊的特征應(yīng)該是

模塊是系統(tǒng)中一個(gè)具有獨(dú)立功能和可獨(dú)立運(yùn)行的單元；

結(jié)構(gòu)上可整體安裝、拆卸、更換、移動(dòng)；

 相同單元可冗余并機(jī)運(yùn)行；

在系統(tǒng)中，根據(jù)需要對(duì)這些模塊進(jìn)行組裝，以產(chǎn)生原始產(chǎn)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(shù)量的電池（模塊）進(jìn)行組合，從而獲得不同功率的電源。在IT設(shè)備中，刀片式億恩科技服務(wù)器和RAID陣列也是模塊化的典型例子–將多個(gè)設(shè)備組合在一起獲得不同數(shù)量的億恩科技服務(wù)器或不同大小的存儲(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)形式，以便可以將積木（模塊）組裝成一個(gè)集成系統(tǒng)。不同的模塊化系統(tǒng)可以根據(jù)所需的功能劃分目標(biāo)，將不同數(shù)量的相同模塊或不同模塊（表示不同的標(biāo)準(zhǔn)化級(jí)別）并入集成的模塊或系統(tǒng)中。

 數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施是集成了多種功能的復(fù)雜系統(tǒng)，需要進(jìn)行仔細(xì)的工程設(shè)計(jì)，以按照在標(biāo)準(zhǔn)化級(jí)別與用戶靈活性之間取得最佳平衡的方式進(jìn)行模塊化。系統(tǒng)中存在各種級(jí)別的模塊化設(shè)計(jì)的可能性。

三、模塊化系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

從上面所述可知，模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)是建造可修復(fù)和可快速修復(fù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，采用標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)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(yīng)商的制造與庫存，到設(shè)計(jì)與工程規(guī)劃過程，再到客戶現(xiàn)場(chǎng)的安裝與運(yùn)營，無不如此。以下幾點(diǎn)突顯了模塊化系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)：

模塊化系統(tǒng)是可擴(kuò)展的：模塊化的基礎(chǔ)設(shè)施可以根據(jù)當(dāng)前的IT需求進(jìn)行部署，并且能在以后根據(jù)需要添加更多組件。這種“系統(tǒng)規(guī)模塊化”能力顯著降低了總擁有成本；

 模塊化系統(tǒng)是可更改的：在系統(tǒng)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(tǒng)是可移植的：在安裝、升級(jí)、重新配置或移動(dòng)模塊化時(shí)，獨(dú)立組件、標(biāo)準(zhǔn)接口以及易于理解的結(jié)構(gòu)既節(jié)省了時(shí)間又節(jié)約了資金；

模塊化組件是可替換的：發(fā)生故障的模塊可以很容易被換下，以便進(jìn)行升級(jí)或修理，而且通常無需停止系統(tǒng)運(yùn)行；

模塊化可提高故障修復(fù)的質(zhì)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(jìn)行，既包括交貨之前（如配電設(shè)備的預(yù)先布線），也包括交貨之后（如電源模塊的修理）。從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度上分析，同樣的工作，在工廠內(nèi)完成要比在現(xiàn)場(chǎng)操作的性能降低、降容使用和再故障率低得多，例如，與在現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的UPS電源模塊相比，在工廠修復(fù)的模塊在引起斷電、發(fā)生新的故障或無法恢復(fù)到滿負(fù)荷工作狀態(tài)方面的概率要低上千倍。

模塊化是標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)，是標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化的兩個(gè)強(qiáng)大的基礎(chǔ)屬性：模塊化構(gòu)件結(jié)構(gòu)和提高的人類學(xué)習(xí)能力，如圖1 所示。

正是這兩個(gè)特征產(chǎn)生了遍及整個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施的好處，為基礎(chǔ)設(shè)施的幾乎每個(gè)方面帶來了累積的正面影響。

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