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边缘微数据中心部署的成本效益分析

来源:机房360 作者:litao984lt编译 更新时间:2017/9/6 10:02:53

摘要:当前的数字化服务的消费方式迫使IT企业亟待调整其数据中心的部署。而其中的重点无疑是降低通信延迟和带宽成本。

  当前的数字化服务的消费方式迫使IT企业亟待调整其数据中心的部署。而其中的重点无疑是降低通信延迟和带宽成本。

  将“微”数据中心分配到更靠近利用点的地方,有助于降低来自云端和其他远程数据中心的延迟和成本。

  在本文中,我们将帮助广大读者诸君深入了解关于未来的数据中心管理的第一大步骤,其中包括:

  微数据中心将如何利用现有的IT基础设施;

  较之传统架构,这种架构将如何帮助IT企业降低42%的资本支出;

  关于单机架微数据中心的相关介绍

  当下,包括物联网(IoT)和内容分发网络(CDN)在内的几大IT趋势正在推动着近一步降低通信延迟和带宽成本的需求。将“微”数据中心分配到更接近利用点的方案有助于降低云或其他远程数据中心的延迟和成本。而且,除了较少的延迟要求,这种分布式数据中心架构还提供了适用于任何小型数据中心的物理基础架构的优势。

  伴随着当前的移动设备的迅速普及,以及我们在家里、办公室以及其他环境对于无数的应用程序的广泛使用,使得日益增长的数字化业务的消费正在改变企业数据中心的部署方式。而随着这些服务对于数据中心的需求越来越多,数据需要更长的时间才能到达目的地。一般而言,距离数据中心越远,提供数字业务所需的时间就越长,带宽成本也就越高。更靠近使用点的数据中心称为边缘计算。这方面的一个例子便是EdgeConneX公司,这是一家在网络边缘部署托管数据中心,以帮助客户减少延迟和带宽成本的公司。

  在本文中,我们将帮助广大读者朋友们捋清为什么说:较之诸如服务器机房和传统数据中心等其他替代方案,微数据中心才是最适合支持边缘计算的方案。首先,我们将为您介绍企业采用微数据中心的驱动因素;接着,我们将讨论促使单一机架微数据中心成为可能的IT技术;然后我们还将重点探讨微型数据中心(仅限物理基础设施)较之集中式数据中心的资本成本优势;最后,我们将提出一个未来的微数据中心架构,其或将取代传统企业数据中心的某些应用程序。当然,微数据中心也是企业分支机构环境的有效解决方案。

  在本文中,我们将单一机架微数据中心(见图1)定义为一个独立的安全计算环境,包括运行应用程序所需的所有存储、进程和网络。它们在一个外壳中传输,并包含所有必要的电源、冷却、安全和相关的管理工具(DCIM)。微数据中心在工厂环境中进行组装和测试。


图1 微数据中心的示例

  微数据中心的驱动因素

  当前,较之诸如服务器机房和传统数据中心等其他替代方案,有四大主要的驱动因素推动了微数据中心在企业中的采用,以便支持边缘计算应用程序。如下,我们将就这四大主要的驱动因素分别进行讨论:

  可扩展性

  部署速度

  可靠性

  外包到云端和托管环境

  1、可扩展性

  可扩展性是通过仅在需要时支付所需资源来节约资本的一种策略。这一策略是基于从2000年代初的互联网泡沫中所吸取的教训。彼时,超大型数据中心都是为未实现的预期IT负载而构建的。随着更多计算需求的增长,微型数据中心可以更容易地适应IT设备的增长。一旦完全利用,另一微型数据中心将被部署在相同或不同的设施中,这取决于电气设备、空间和带宽容量的可用性。与传统的“构建式(stick-built)”专用数据中心相比,它们的标准化、预制的属性以及更小的kW增量基本上使之成为了高度可扩展的解决方案。

  2、部署速度

  一些企业遇到需要快速部署计算解决方案的情况。而由于微型数据中心是一套完整的物理基础设施解决方案(包括IT设备,有时还包括软件),故而与传统的数据中心或服务器机房相比,使得显著的减少项目的时间变得可行。这是因为微数据中心不需要设计、指定、采购和整合一组不同的组件。您企业部署微型数据中心的速度很大程度上取决于其标准化的程度。微型数据中心越标准化,就越有可能成为库存项目。然而,随着微型数据中心的千瓦容量的增加,考虑到更高的承载成本,其成为库存项目的可能性就越小。更大的IT部署(例如1MW)仍然需要专用或托管数据中心。不过,与传统的数据中心或服务器机房相比,微型数据中心的部署总是更快。在某些情况下,配置工具(见图2)允许企业用户将电源、安全和IT设备更改为密闭机箱来快速轻松地自定义标准解决方案。基于规则的配置引擎应检查组件之间的不兼容性,并可以在配置完成后创建订单。


图2 微数据中心配置工具示例

  3、可靠性

  一般来说,数据中心的可靠性会受到其关键系统的定制程度的影响。这就是为什么标准化的汽车要比定制化的车辆更可靠,成本更低的原因所在了。虽然较大的数据中心可以标准化,但针对较小规模的数据中心实施标准化更容易也更实际。这是微数据中心关键的可靠性优势。

  设计人员提高传统数据中心可靠性的一个方法是添加冗余系统。当通过诸如边缘计算进行地理区域分配时,数据中心还可以通过使用自动化工作负载镜像和业务流程来获得地理冗余可靠性方面的改进。这类似于在全国各地分配RAID阵列的存储驱动器,并在任何驱动器出现故障的情况下使用软件恢复数据。在数据中心方面,虚拟机及其数据的保存方式大致相同。数据中心的规模越小,数据中心阵列的分布范围就越广,弹性也就越大。这是微数据中心的另一大关键的可靠性优势。

  4、外包到和托管环境

  对于那些决定将其IT设备从本地数据中心迁移到托管设施或决定将应用程序外包给云服务提供商的企业首席信息官们仍然在企业和分支机构中留有一定数量的IT设备。在这些情况下,微数据中心是理想的选择,以支持这种IT设备,因为其占地面积小,并且能够被放置在开放式办公区域。这样就可以将现有的数据中心或服务器机房的空间转换为办公空间,或者将其租出去。例如,图3中的机柜可能被误认为是办公室的家具,但实际上这是办公环境中的微型数据中心。


图3办公室环境中的微数据中心示例

  IT推动因素

  当前,有三大主要信息技术推动了企业用户对于微数据中心的采用。如上所述,部署微数据中心的驱动因素是独立的IT推动者。我们将简要介绍这些技术,并描述它们是如何帮助IT企业简化或降低微数据中心的部署成本的:

  超融合IT

  压缩

  虚拟化

  1、超融合IT

  如果微型数据中心部署了不同的IT部件(即服务器、存储阵列、网络交换机、管理软件、互连缆线等),则所有这些部件的集成将限制微数据中心的“部署速度”方面的优势。

  在基本层面上,超融合IT指的是将计算(即处理器)、存储(即硬盘驱动器)和网络资源集成整合到单一的打包(即,机架、机箱)中。当所有这些部件都作为单一解决方案集成整合时,您企业可以提高整个微型数据中心的部署速度。此外,IT可靠性也获得了提高,并且在一定程度上减少了占用的物理空间量,因为融合堆栈被设计为从头开始的单一解决方案。

  2、压缩

  虽然超融合IT中有一定程度的压缩,但我们在这里所提到的压缩则是IT设备技术改进的结果。例如,晶体管尺寸的持续降低已经降低了IT设备中芯片的尺寸,同时提高了性能。数据存储也出现了显著的压缩,特别是随着固态驱动器的出现。所有这一切的压缩,同时提高了性能,使得当前的单机架服务器就能够处理8年前13台服务器所能够处理的相同的IT工作负载。

  3、虚拟化

  虽然压缩使得将13台机架设备整合到一台单一的机架成为了可能,但虚拟化技术则使得管理员们得以能够在各种工作负载之间利用所有计算能力。虚拟化可以涉及到服务器、存储和网络。而且,这是所有三者的抽象,允许地理上分布在各处的微数据中心能够作为单个物理数据中心。

  资本成本优势

  较之建造一处传统的集中式数据中心,建造微型数据中心最大的资本支出优势在于其通常可以从建筑物现有的物理基础设施中运行。在许多情况下,现有建筑物具有来自公用供电和应急发电机的备用电力,以支持微型数据中心。换句话说,微型数据中心可以利用设备功率(例如接电装置),冷却(例如冷却器)以及核心和壳体结构中的“沉没成本”,使其与建立一处新的数据中心相比,较少的资本密集。

  微数据中心还有一些税收优惠。由于它们通常被视为“商业设备”,而不是“建筑物改进”,所以它们可以在较短的使用寿命内折旧贬值。

  1、分析方法

  我们对微数据中心部署的数据中心架构进行了资本成本分析,并将其与传统的集中式数据中心进行了比较。对于这种分析,我们使用了与图4所示的数据中心资本成本计算器交易工具相同的数据中心资本支出模型。该工具估计数据中心中每个子系统的材料,人工和设计的资本成本。对于集中式的传统数据中心,我们使用了工具结果部分所示的数据中心成本价值。我们将传统的数据中心与分布在各种建筑中的200处微型数据中心(单机架5 kW /机架)进行了比较。请注意,这并不意味着您企业将需要200栋建筑,因为您完全可以将一台以上的微型数据中心安装在单一建筑中。

  微数据中心的资本成本是基于当今市场上可用的微数据中心估算的。对于微型数据中心,我们排除了建筑物中通常存在的子系统的资本成本(材料、人力和设计)(沉没成本)。这些子系统包括核心和外壳,高架地板,开关柜和发电机。


图4 用于估算传统的数据中心资本支出的数据中心资本成本计算模型

  2、假设

  下表1提供了资本成本分析中所使用的相关假设。 “环境与安全”成本部分包括摄像头、温度、湿度和烟雾传感器。图4所示的投入为传统资本成本中包含的内容提供了其他细节。

  该分析还假设在传统数据中心中运行的应用程序可以通过互连的广域网(WAN)跨多处微数据中心进行分区。这种“逻辑”数据中心由于超融合的基础设施和各处微数据中心之间的低延迟链路而上升。有些应用程序可能与此类型的架构不兼容。我们在后文中讨论这种类型的架构的可能性。

  表1传统与微数据中心资本支出分析的假设


  3、发现

  建造一处IT负载为1MW的集中式数据中心的资本费用为698万美元,或6.98美元/瓦。200台5kW的微型数据中心的资本开支为405万美元,即4.05美元/瓦。微型数据中心比每瓦数据中心节省42%。请注意,如果从传统和微型数据中心移除灭火装置,则总体的资金节约将增加至48%。这是因为传统数据中心的预动喷水灭火系统成本明显低于微数据中心所采用的NOVEC清洁系统。

  微型数据中心的UPS具有比传统数据中心更多的总UPS容量。当构建单一的1兆瓦的数据中心时,UPS通常超过IT容量的1.2倍。然而,当UPS分布在200台机架上时,1.2倍的尺寸因素将导致一台6 kW的UPS,这可能不够。由于负载分集效应,分布式架构中的UPS容量应稍高一些,以适应偶尔的机架密度高于5 kW /机架的平均值。在这个分析中,我们使用了8 kW的UPS。分集效应一般是分布式架构的缺点之一。尽管有这个缺点,分布式架构比传统的数据中心具有高度可扩展性的优势。

  微数据中心本身就是可扩展的,因为企业只有在需要的时候才能全面部署。在这种分析的情况下,我们可以一次部署5 kW。这种“现收现付”的模式节省了现金流,故而在企业分支机构的部署中尤其有用。

  未来的微数据中心架构

  超融合基础架构及其管理软件使得软件定义数据中心(SDDC)的概念更容易实现。

  本质上,SDDC为互联网巨头和一般性的企业带来了一些益处。微数据中心通过在不同的地理位置分配计算、存储和网络资源,使SDDC概念进一步得到了发展,而不是将所有IT设备安置在一处单一的集中式数据中心。

  跨多处数据中心管理工作负载的这一概念并不是什么新概念,其早就已经由包括亚马逊和谷歌在内的几家大型云服务提供商所使用了。然而,将SDDC应用于分布式微数据中心,并将其作为单个逻辑数据中心管理的想法对于不具备互联网巨头这样大的规模的一般企业来说则是新的。这种分布式计算的一个例子是Qarnot Computing公司。该公司在分布式微数据中心处理信息,并利用微型数据中心的余热来为住宅供暖。

  如上述分析所示,该数据中心架构具备帮助企业节省重大资本费用的潜在优势。其另一大优点是专门用于存储、网络和计算的专业IT管理员的运营费用较低。超融合基础架构将这三种资源抽象为单个硬件堆栈,以消除每个资源的专用硬件设备。所有的分布式数据中心作为一处单一的数据中心,提供IT服务的一个类似的效用。

  未来数据中心架构的一个主要未知和风险是网络延迟为分布式微数据中心所带来的影响。谷歌在其数据中心之间使用专用的“非公开”光纤链路,以允许数据流之间的数据流传输。这对于一般的企业来说成本高昂,因此,微数据中心之间的联系将需要使用“公共”WAN连接,并为其支持的应用程序提供足够的带宽。

  部署方法

  您企业可以通过三种基本方式来部署小型数据中心:

  1、通过指定,购买和组装各个零件,从头开始构建

  2、使用预配置的解决方案构建,并组装零件

  3、使用预制和完全组装的微型数据中心构建

  在从第一种方法转到最后一种方法时,您企业将在数据中心的设计中遇到更多的标准化和更少的选择。需要自定义配色方案,特殊电源插座配置,特定冷却系统等的企业用户可能需要使用第一种方法。此外,您企业可以选择从单一供应商处购买整个解决方案,也可以选择从多家供应商处分开采购。从单一来源购买整套解决方案意味着您企业需要获得每家供应商的报价(至少需要两家供应商的报价),而从不同的供应商处购买6个独立额部件(例如机架、电源、冷却、存储、计算和网络)意味着至少需要12个报价。而如果你企业使用整合器,那么所有的零件都必须集成在一起,这可能会有额外的费用。

  IT行业的趋势是朝着易于部署和操作的标准化超融合IT基础设施方向发展。如果您企业计划使用超融合的IT解决方案,我们认为使用微数据中心部署物理基础架构是合乎逻辑的。该方法的目的是将整个解决方案(包括IT计算、存储和网络设备)部署为单个模块。该方法提高了数据中心的安装,运行和整体可靠性的可预测性。

  结论

  分发微数据中心的好处是它们可以根据需要进行扩展,减少了计算延迟,并降低了整个数据中心操作(即减少单点故障)的风险。与分布式IT架构类似,如果在未来需要更多的容量,则会添加另一微数据中心。标准化这些微数据中心可带来进一步的好处,包括缩短部署时间,简化管理,降低维护和资本成本。

  责任编辑:DJ编辑

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