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超大规模数据中心:给我一个用整机柜的理由先

乐高玩具是一款老少咸宜的玩具,只要你有丰富的想像力,就可以将那些标准的模块拼装成任意你想要的东西:小到一朵花,大到一座宏伟的城市。标准化、模块化就是这么神奇,它不仅可以在玩具的世界里化普通为神奇,而且在数据中心领域也可以变不可能为可能。

标准化、模块化深入人心

举例来说,Facebook全球的数据中心、腾讯天津数据中心都借鉴了乐高玩具的设计经验,将数据中心的建筑模块像乐高玩具一样堆叠在一起,让超大型的数据中心成为可以重复利用的可快速部署的数据中心。

在数据中心物理基础设施领域,模块化的设计和部署方式已经是一种被广泛接受的思路。与数据中心基础设施相关的“风、火、水、电”等设备都可以变成模块化的设备,从而实现整个数据中心物理基础设施的快速部署。从2014年开始,一种预制模块化数据中心的理念开始在中国渐渐兴起。所谓预制模块化数据中心,就是在工厂中按照用户的需求将数据中心所需的基础设施按模块进行设计、制造和测试,然后到数据中心现场再进行安装。这种方式可以大大减少施工现场因素的干扰,缩短数据中心基础设施的建设周期,降低数据中心整体拥有成本。

预制模块化数据中心解决方案将数据中心这样一个复杂的系统工程产品化,从而有效提高了数据中心部署和上线的速度,非常符合现在云计算、大数据项目快速上马的需要。2014年3月29日,位于深圳盐田港的云基地的一座对外提供服务的大型数据中心正式启用,而该数据中心一期工程从2013年9月设备进场到2014年1月整个项目顺利完工,用时不到4个月,与通常需要1-2年建设一个数据中心的周期相比已经大大缩短。这就得益于该数据中心在建设过程中采用了预制模块化数据中心解决方案。

数据中心物理基础设施采用标准化、模块化的方式已经是一种趋势,未来或许会成为一种新的标准,尤其是在兴建大规模甚至超大规模的云数据中心时,这种方式在缩短建设周期、降低复杂性和成本等方面具有明显的优势。

既然数据中心物理基础设施可以采用模块化的方式,那么数据中心内部的IT设备是不是也能适用模块化的方式呢?其实,机架式服务器、刀片式服务器都可以看成是一种模块化的服务器构建方式,在企业级数据中心里,它们都发挥了自己的作用。但是,随着ICT技术从第二平向第三平台的跨越,云计算、大数据、移动化和社交化的趋势对企业应用的改变,不仅企业的数据中心规模越来越大,而且一些提供社会化服务的第三方数据中心的规模也在持续增加。原来,一个数据中心如果拥有数百台甚至上千台服务器就已经算是大规模了,而现在,像国外的Google、Amazon、Facebook等以及国内的BAT企业,其数据中心拥有的服务器动辄就几十万台甚至达上百万台。这种超大规模的数据中心随着云计算、大数据等项目的不断增加,变得越来越普遍。在这些超大规模数据中心里,如果还像原来一样依靠人工更换出现故障的服务器已经不现实,如果还采用传统的服务器,企业有可能无力负担机房每年的电费;如果还采用传统的管理方式,即使有再多的管理人员也于事无补。

改变传统IT设备的部署和使用方式的要求已经迫在眉睫。在云计算领域,数据中心处于核心位置。无论云计算采用何种业务模式,都需要高可靠、高可用的IT服务,都需要柔性、经济的数据中心作为支撑。云数据中心对于部署速度、灵活扩展、高密度、绿色节能、智能化管理等有特殊要求。IDC也认为,云计算、大数据、移动化和社交化的兴起带动了第三平台的发展,而横向扩展、高密度和低功耗将改变数据中心资源的应用模式和使用生命周期。

数据中心构成和部署方式的改变是必然,尤其是在超大规模数据中心如雨后春笋般涌现的今天。IDC的数据显示,从2010-2017年,小型数据中心和企业级数据中心的年均增长都呈负数,只有超大规模(互联网)数据中心的年均增长率达到12%。未来五年,超过六成的数据中心投资的增长将来自超大规模数据中心,这些数据中心的工作负载都是基于第三平台实现应用并交付给最终用户,而整机柜解决方案是实现第三平台特性的发展方向。

与第二平台数据中心突出“集成”特性不同,第三平台数据中心强调的是“扩展”,以资源池为基础,关注能耗、同构环境、高密度和资本性支出(CAPEX)能指标,而整机柜解决方案可以很好地解决上述问题。

何谓整机柜服务器?整机柜服务器是一类全新的数据中心模块,它将电源、散热、交换等非计算机IT体系结构模块集成在一个机柜中,从而形成一个整体的平台,并可根据用户的特定应用需求,配置不同特色的节点,灵活满足不同的应用对硬件平台的要求。整机柜服务器拥有更高的集成度,可以实现整机柜一体化的快速交付,提高了管理效率和交付速度。

以前,数据中心的服务器系统都是以1U或几U的服务器为基本构成单元,而整机柜服务器则是将一个服务器机柜作为基本组成单元,在一个机柜内部,除了基本的计算、存储、网络等部件以外,还将电源、制冷、管理等模块全部集成在一起。与上文提到的预制模块化数据中心解决方案一样,整机柜服务器变原来复杂的服务器系统为一个产品,原来需要用户或系统集成商做的计算、存储与交换设备的集成工作现在都可以交由服务器供应商在其工厂内完成。整机柜服务器从数据中心的层面对开放性、标准化重新做了诠释。

整机柜服务器带来的六大改变

整机柜服务器给超大规模数据中心的部署带来了什么样的变化呢?

第一,整机柜服务器改变了服务器的形态。以浪潮最新发布的SmartRack V4.0整机柜服务器为例,它采用一体式设计与整体交付,一个机柜(42U、46U)就是一个产品单元。另外,整机柜服务器采用集中供电、散热和管理设计,实现了更高的电源使用效率,达到了节能和简化管理的目标。

第二,整机柜服务器的出现,改变了服务器产业的业态和竞争格局。无论是全球整机柜服务器组织OCP(开放计算项目),还是国内的整机柜服务器组织开放数据中心委员会(原天蝎联盟),它们都致力于数据中心硬件的“开源”。在这种情况下,用户能以更低的成本或在无成本的情况下,任意选择硬件供应商,甚至可以在拿到公开的技术文档、图纸后,自行寻找工厂生产整机柜服务器的部件。

整机柜服务器的出现是IT由厂商主导转变为客户主导的一个标志。以前,IT产品的功能、性能全部由厂商说了算,用户只能被动地接受。但是现在,客户的需求是第一位的,厂商必须围着用户的需求转。在硬件“开源”的情况下,用户自己可以主导服务器的设计甚至生产。比如,一些率先采用整机柜服务器的大型互联网企业,它们现在扮演着双重角色,一方面是用户,另一方面也是整机柜服务器的设计者。

整机柜服务器的出现,抬升了ODM厂商的地位,同时也刺激或将改变品牌服务器厂商的地位。最近Facebook已经直接向台湾的服务器和存储ODM厂商下单,定制自己所需的服务器和存储。京东也开始自己定制服务器。浪潮集团副总裁胡雷钧表示,浪潮现在也是一个服务器的ODM厂商,可以根据用户的需求提供定制化的服务器产品。浪潮与那些传统的ODM厂商相比,最大的不同在于,浪潮有自己的专业服务体系,可以提供完整的解决方案。

第三,整机柜服务器更适合超大规模数据中心,在此领域可以取代刀片服务器。经过这么多年的应用,用户对刀片服务器的认识越来越清楚,刀片服务器未必能有效降低运营成本这一论断已经成了人们讨论的热点话题之一。刀片服务器是一类独立的服务器产品,有自己的特殊标准,它已经形成了一种垂直的结构。在一定规模范围内,刀片服务器可以展现它的灵活性,但是当节点超过一定数量,特别是在超大规模数据中心里,刀片服务器在扩展性、成本等方面的瓶颈就会逐渐显现出来。

IDC预测,到2018年,在北美市场上,高密度服务器的出货量将是传统刀片服务器的2.5倍。以浪潮SmartRack整机柜服务器为例,它已成功应用于全球最大、最复杂的在线购票系统。经实测,从能耗上看,浪潮SmartRack比传统传统机架服务器低15%左右,比传统刀片服务器低6%;从空间节省方面看,浪潮SmartRack的总体空间利用率提高31%,计算密度比传统刀片服务器提升两倍以上。在超大规模数据中心里,高密度的整机柜服务器已经显现出替代传统刀片器的潜质。不过,胡雷钧认为,刀片服务器技术未来可能与整机柜技术慢慢融合在一起。

第四,众所周知,整机柜服务器是在互联网企业的数据中心里诞生的。互联网企业是服务器采购的大户,而互联网行业则是所有服务器厂商的必争之地。互联网企业直接定制服务器的方式除了让ODM厂商受益以外,也对传统的品牌服务器厂商产生了深刻影响。也许那些老牌的品牌服务器厂商,都要考虑像浪潮一样,也转型为一个具有更强服务能力的新型ODM厂商,这样才能不落后于云计算时代的发展。

就在浪潮发布新一代SmartRack整机柜服务器的当天上午,记者正好和戴尔负责企业级产品的市场部门领导见面。当时记者问戴尔有没有关注整机柜服务器市场。他们的第一反应是,整机柜服务器就是云服务器。这种理解从某个角度说也对,云服务器是从应用的角度定义服务器,而整机柜服务器是从服务器架构的角度定义服务器。不管从什么角度取名字,这种为规模庞大、具有极高扩展性、灵活性、低成本和低功耗特性的高密度服务器将成为未来云数据中心基础架构的核心。

互联网行业在IT新技术的应用方面一直走在各行业的前列,它们的许多成功应用经验都会被传统行业所模仿甚至是直接照搬过来。”去IOE”、闪存、云计算、开源等,都是先从互联网行业开始试水。如今,传统企业在IT方面学习互联网企业的思维和方式已经蔚然成风。但是需要强调的一点是,互联网行业的成功经验可以学习、借鉴,但一定不能完全照搬。不同行业有不同的应用,它们对于IT的需求也不同。以浪潮为例,它的SmartRack整机柜服务器也是率先从互联网领域取得突破,然后再视情况慢慢向传统领域***。

浪潮发布新一代SmartRack整机柜服务器的时候,正好也是浪潮SmartRack整机柜服务器第5万个节点下线的时候。而这5万个节点的SmartRack整机柜服务器基本都是用于互联网企业。而在接下来的5万个节点的销售中,浪潮希望有更多的设备能够应用于银行、电信、交通、能源、教育等行业。为此,浪潮会针对不同行业的特定需求,在SmartRack平台上融入一些新的特性。胡雷钧相信,接下来这5万个节点的销售速度会超过之前的5万个,而现在已经出现了整机柜服务器市场爆发的苗头。他预测,2015年,互联网行业所采购的服务器一半以上都会是整机柜服务器,甚至更高。

第五,整机柜服务器这种新型的计算架构背后,其实是“开源硬件”、“软件定义”这些无形之手在推动其发展。“开源硬件”改变了产业链创新的模式,而“软件定义”则是整机柜服务器未来的走向。我们已经进入软件定义一切的时代。大家都在强调软件重要性的同时,硬件的发展又将何去何从呢?硬件不重要了吗?硬件没有进一步优化的空间了吗?整机柜服务器的出现已经做出了明确的回答。在“开源”和“软件定义”的指引下,硬件的组合、部署方式还可以进一步优化,硬件的成本、功耗还有进一步降低的空间。

有业内专业人士指出,软件定义数据中心的下一个目标就是开源。对于软件的开源,厂商和用户已经逐渐敞开了胸怀,开源的虚拟化KVM、开源的操作系统Linux、开源的云计算架构OpenStack、开源的大数据平台Hadoop等。现在,开源硬件也要奋起直追了。

第六,一项新技术、新产品的平稳发展需要标准来推动。整机柜服务器的主要推动者——全球整机柜服务器组织OCP、国内的整机柜服务器组织开放数据中心委员会(原天蝎联盟),都在制定和升级自己的技术标准。对于想涉足整机柜服务器市场的厂商来说,学习和参考相关组织的标准十分重要,在标准的基础上再融入自己对服务器、客户需求的理解,才能制造出适合用户需求的产品。

以浪潮为例,它这次发布的新一代SmartRack整机柜服务器,不是一款产品,而是一个完整的系列,包括协处理加速、高密度计算、高温耐腐蚀、高性能存储和冷存储,可以满足超大规模数据中心用户的多种需求。

胡雷钧表示,超大规模化让数据中心面临更严峻的能耗、部署、管理和运维问题。因此,超大规模数据中心用户迫切需要一种与众不同的硬件基础设施,可以实现更低功耗、快速部署、智能管理和灵动扩展。正是这些需求催生并带动了整机柜服务器在全球的快速发展。

IDC描绘了一幅整机柜服务器未来发展的蓝图:从物理整合开始,经过节点集成,最终走向子系统集成,而更高的系统灵活性、计算密度和资源使用率是整机柜服务器追求的最终目标。最后要说的是,整机柜服务器就像是一个大型的乐高玩具,在标准化、模块化的基础上,可以实现灵活的组合、部署,以满足超大规模数据中心用户对扩展性、灵活性、低成本和低功耗的要求。


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