在数据中心高单位建设成本投入下企业必然追求高运行效率及投资回报,目前一般规划数据中心的生命周期约为15年或更长,其15年累计的运行成本将远超初期建设成本,高效运行的数据中心应是建设前期的规划设计重点指标之一,过度或不足的规划将导致运行成本提高或增加变更成本或生命周期缩短。
在众多数据中心运行效益相关的考核指标中,能耗费用的控制、电力密度的提升、容量的扩容能力最大化是最主要的3项指标。他们除了对运行费用有较大的影响外,同时也对业务支撑能力、经济及社会效益、提升机电运行安全有重大影响,也会间接优化建设成本,是衡量安全生产、建设成本及运行效率的多维度平衡效益指标。
1.能耗费用
数据中心的耗能大(机房耗电每平方米为其他建筑的30倍以上,能耗费用约占数据中心运行费的50%,电费平均年增长率为18%),电力成本及效率已成为互联网数据中心(IDC)行业的核心竞争力指标。但对其他企业而言,普遍现象是大多数的数据中心使用方的主要考核并不包含用电及能耗效益,UI在2014年5月针对海外用户调研,得出以下结论。
1)47%用户每月/季申报运行费。
2)70%有PUE考核。
3)71%高度重视能耗费。
4)但仅有16%的数据中心电费由科技部门支付。
依据某知名IT企业针对数据中心能耗的调研,在每年电力增长10%的前提下,数据中心20年运行总成本为建设成本的5倍,其中以电费为主的能耗成本约为建设成本的3倍。中国数据中心的耗能增长率高于经济发达国家,电力消耗的增长率预计为19%,依此高增长率在20年生命周期间,总能耗费将达到建设成本的10倍,如图13⁃5所示。
图13⁃5 数据中心20年总成本分析
参照本书5.2及13.2节,数据中心的能源效率指标目前虽以PUE为主,也能主观反映能耗效率,但企业核心竞争力为费用率,基于以下因素,整体能耗费(EEE)考核更能反映企业需求。
1)PUE较偏重电力效率,而数据中心能耗应包含水、电、油及其他能源,The GreenGrid在PUE的基础上于2009年提出DCEP(总能耗)观念,在2014年9月数据中心工作组发行的数据中心能源白皮书也有类似诉求,部分海外先进国家如新加坡也提出EEE概念(E1=电力,E2=其他发电燃料,E3=地区冰水)。
2)因IT设备利用效率的提升而可能得出较差的PUE值。
3)同等电耗PUE值不等于同等能耗费,例如夜间水储冷可充分利用峰谷电价,故总能耗费评估效益较客观。
未来新建数据中心参考PUE值在满足监管要求的前提下,根据数据中心安全级别、所在地的地理环境等主客观条件的不同,建议定在1.4~1.8之间,EEE值建议在不同方案间采用在相同IT设备电力容量条件下总能耗费较低者。适度采用诸如变频、自控、储冷、自然冷却、水冷、冷板等节能或节能耗费的高新科技成本可略高但ROI回收期较短、业务支撑力度较大、PUE及EEE较佳者。也可对同一机房总能耗费用率逐年进行比较,作为企业内部指标或资源管理使用部门的考核依据。
2.设备密度
根据IDC2012调研,2/3的用户认知它的机房IT设备使用效率目前低于30%,多数企业规划在5年内推动先进IT的发展,如虚拟、集中、双活、云模块、耐高温等云计算相关工作,以弹性满足业务发展以及提升设备使用效率,与此同时将带动IT设备密度的逐年提升,在中国银行业IT硬件发展方向亦倾向较高密度设备。
根据IDC2012海外客户调研,定义“高效运行”为服务器虚拟化达到60%以上,未来数据中心的电力及机柜的规划密度,将随科技发展及云计算的普及而同步提升。另根据ASHRAE2014调研,海外机房密度平均达9kW/机柜,IBM调研机房密度在2020年将有60%达到10~15kW/机柜,中国目前IT及机房设备密度均值较先进国家为低。
未来规划高效数据中心除保障安全生产外,应支持IT设备高密发展趋势,从而达到机房设备利用率的提升,以降低单位建设成本及运行费用。近年新建的大型银行数据中心密度平均已达4.5kW以上且具备局部高密,建议银行业规划自用数据中心时,应考虑平均密度为5kW/机柜以上,局部高密。海外数据机房密度调研数据如图13⁃6所示。(www.xing528.com)
图13⁃6 设备密度的发展趋势
电力密度的提升,除了能支持下一代的IT设备以及满足未来云计算业务需要,进而延长数据中心的生命周期外,也减少或延迟了数据中心改建或扩容产生的业务影响,以及生命周期总成本中的改建成本。
目前中国IDC行业以及IT行业的领头企业规划其下一代数据中心时,其电力密度已调高至10kW/机柜或以上,由此可在相同数据中心面积下满足更多的IT业务或支持下一代云计算,银行业如在未来业务需求不确定的条件下,可参考发展趋势适度规划局部高密。
单位密度的提升不但代表千瓦建设成本单价的优化,也能在相同机房面积的条件下,支持更多的IT计算及存储业务能力,从而降低单位运行成本,成为数据中心效益评估的关键指标之一。
3.数据中心容量扩容能力
由于互联网金融、云计算等业务急速兴起,数据中心的规模、容量、随需供应能力等已成为数据中心建设的关注点。已建设的数据中心面临的困境是,机房面积或电力的不平衡提前满载,以及业务发展的速度较基础设施的成长为快。某知名IDC企业的新机房投产9个月,空间与电力满载;某大银行的生产中心在投产5年即满载,远低于规划的10年需求。某托管/租赁IDC企业数据中心在5年内增长了20倍,有专家估算,未来数据中心规模将达今日规模的16倍,IDC的中国数据中心调研后的结论是今后5年数据中心复式增长率将达29%。
企业在未来业务需求不确定时,通常尽可能避免初期的过度建设。在此背景下,数据中心的水平扩充(机柜数、高架地板面积)及垂直扩充(机柜电力密度、制冷密度)能力将成为合理建设成本,弹性支持业务发展,满足中长期使用需求的重要条件。提升机房容量以及扩容能力的建议包含:
1)容量规划应以满足10~15年需求,可模块化分步实施。
2)选用容量较平衡的IT设备。
3)选用能支持随需供应且移动性能较优的机电系统。
4)具备垂直(密度)及水平(机柜数)扩充能力的机房方案。
5)具备冗余容量共享的规划,可在银行内或银行间共用冗余空间及电力。
6)建议包含机房容量及扩容能力的效益考核。
7)相同机房面积下的出柜率以及得房率。
8)相同机房电力配置下较高的IT配电率。
9)能支持云计算具备随需供应能力且容量平衡的方案。
10)合理的高密空间及配置。
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