面向未來(lái)的數據中心是什么樣子？

縱觀(guān)世界各地，最終用戶(hù)與各類(lèi)組織都在生成并消費著(zhù)史無(wú)前例的海量數據。然而，如果要單單去理解數據在全球的增長(cháng)有多么迅猛、以及這對于全部數據的存儲、管理和訪(fǎng)問(wèn)意味著(zhù)什么，那就會(huì )構成巨大的挑戰。

來(lái)自商業(yè)、工業(yè)及消費領(lǐng)域的眾多因素都在推動(dòng)著(zhù)數據以指數方式增長(cháng)，包含了萬(wàn)物互聯(lián) (IoE)、AI、社交媒體，以及對流媒體內容分發(fā)的需求。根據國際數據公司 (IDC) 的預測，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 次的數字交互，這樣就會(huì )對全球萬(wàn)象數據庫的規模產(chǎn)生極大的推動(dòng)，在短短7年內就會(huì )從 2018 年的 33 澤字節擴張到 175 澤字節。其中的每個(gè)澤字節都相當于大約 1  萬(wàn)億個(gè)千兆字節。

1   海量增長(cháng)，重大挑戰

這種驚人的增長(cháng)速度對數據管理構成了一系列令人望而卻步的挑戰。隨著(zhù)數據存儲的需求超過(guò)了傳統上數據中心的需求，更不用提各種端點(diǎn)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(lái)，智能手機也很可能逐步增加設備外部的存儲，與此同時(shí)，大家仍然期待著(zhù)可以即時(shí)的按需訪(fǎng)問(wèn)他們需要的任何信息。

從 5G 到 AI、到自動(dòng)駕駛汽車(chē)的各種功能的成功實(shí)施取決于能否實(shí)現高度可靠、靈活而又可持續的低延遲、或者是零延遲。隨著(zhù)全球對云服務(wù)的依賴(lài)逐步增加，延遲將成為關(guān)鍵的性能指標。

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

2   超大規模走向前端和中心

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

超大規模數據中心可帶來(lái)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(guò)其各個(gè)組成部分總和的產(chǎn)出。

●   自動(dòng)化的能力；以及

●   規模經(jīng)濟，例如降低每端口的成本，無(wú)論是新構建 35 MW的系統還是向現有的數據中心添加 1 MW的功率。

我們來(lái)更近一步的了解一下超大規模云數據中心的典型架構。假設有一座數據中心當前按照“網(wǎng)和莢”或者“莢和葉脊”的結構，部署了超過(guò) 3 萬(wàn)臺服務(wù)器，并且以三處網(wǎng)莢連接來(lái)組成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )。典型的脊交換機可支持多達 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），這就是說(shuō)，網(wǎng)莢中架頂 (TOR) 交換機的最大數量不會(huì )超過(guò) 324 臺。實(shí)際上，TOR 交換機的數量應當更接近 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(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置 4 × 40-GbE 的網(wǎng)絡(luò )鏈路，該鏈路可配備4條 OM4 光纖構成的 MTP12 信道來(lái)為網(wǎng)絡(luò )提供支持。

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

圖1 超大規模網(wǎng)絡(luò )架構的預計增長(cháng)量

3   助力未來(lái)

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

如此一來(lái)，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)的不相干組件的數量越多，節約的潛力也就越大。

計劃實(shí)施穩健的有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，對于未來(lái)數據中心的成功與否來(lái)說(shuō)，也是一項至關(guān)重要的基礎要素。盡管無(wú)線(xiàn)似乎是未來(lái)的縮影，但處于網(wǎng)絡(luò )核心的將會(huì )是一種混合模型。無(wú)線(xiàn)服務(wù)提供商必須在網(wǎng)絡(luò )上進(jìn)行回傳，而且，從信號傳輸帶寬可靠性的角度來(lái)說(shuō)，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(xiàn)纜，這就使以太網(wǎng)供電 (PoE) 系統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，PoE 具有數不勝數的優(yōu)點(diǎn)，安裝極其方便且價(jià)格低廉，可同時(shí)承載數據和功率。

4   加以適應還是消失不見(jiàn)

兩種競爭性的需求將會(huì )定義未來(lái)的數據中心架構：存儲和延遲。隨著(zhù)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(lái)源處捕捉數據，節點(diǎn)正在變得像路燈一樣常見(jiàn)，從而確保不會(huì )發(fā)生任何丟失。

這個(gè)新現實(shí)對于現有的數據中心來(lái)說(shuō)既創(chuàng )造了機會(huì )又構成了威脅，對于 1 MW或更低功率的數據中心來(lái)說(shuō)尤其明顯。好消息則是，在與邊緣計算和超大規模網(wǎng)絡(luò )架構共同發(fā)揮作用的過(guò)程中，這類(lèi)數據中心將扮演一個(gè)重要的角色，從而滿(mǎn)足存儲和延遲上的要求–假設可以通過(guò)創(chuàng )新性的方式來(lái)與新現實(shí)相適應。這就是說(shuō)，數據中心在設計或升級完成后可以實(shí)現超大規模的速度、低廉的成本與極高的可擴展性。

事實(shí)上，未來(lái)可能實(shí)際上已經(jīng)預見(jiàn)到了一大批位于市中心的數據中心塔——也就是在之前辦公樓內部建起的更小一些的數據中心。

5   重新思考數據中心

結果就是，可擴展性將會(huì )定義數據中心的未來(lái)。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(lǐng)域對能耗、數據存儲、管理及分發(fā)上的需求采取全局性的長(cháng)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(shù)平臺上建立起可擴展性的能力，這類(lèi)平臺可以相互混合、匹配、重新安排并再次使用，從而滿(mǎn)足不斷發(fā)展中的需求。

我們現在已經(jīng)踏上了一段旅程，即將轉向面向未來(lái)的數據中心，但是還需要完成更多的工作來(lái)確?，F有的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、硬件技術(shù)及網(wǎng)絡(luò )架構的成功過(guò)渡，從而對全部新用例的集成和多樣化的需求進(jìn)行管理。隨著(zhù)這一過(guò)渡過(guò)程的快速升溫，數據中心必須確保與創(chuàng )新性的技術(shù)提供商開(kāi)展合作，從而了解他們的獨特需求，并且協(xié)助他們來(lái)開(kāi)發(fā)面向未來(lái)的下一代數據中心解決方案。