关于“数据中心”的最强入门科普
数据中心，英文缩写为IDC，即Internet Data Center。而且，现在的数据中心普遍连接互联网，专注于互联网服务，所以称其为“IDC”更为准确。从功能上看，数据中心是一个超大的机房，有很多服务器专门负责数据的集中管理。据行业组织统计，2020年全球数据中心处理的数据流量达到15.3ZB，占全球总流量的99.35%。用流行的说法来说，数据中心就像水厂、发电厂一样，是重要的基础设施。它们是数字经济的动力，是国家和社会发展的支撑基础。我们先来看看数据中心的发展历史。这个“服务器场”被认为是数据中心最早的原型。于是，数据中心的概念开始逐渐成型。电力供应是数据中心正常运行的基础。
数据中心，英文缩写为IDC，即Internet Data Center。
之所以不直接称为“DC”，主要是为了避免与交流电（Direct Current）混淆。 而且，现在的数据中心普遍连接互联网，专注于互联网服务，所以称其为“IDC”更为准确。
从功能上看，数据中心是一个超大的机房，有很多服务器专门负责数据的集中管理（存储、计算、交换）。
据行业组织统计，2020年全球数据中心处理的数据流量达到15.3ZB（1ZB≈10亿TB），占全球总流量的99.35%。 也就是说，几乎所有的互联网数据都离不开数据中心的处理，可见其重要性。
用流行的说法来说，数据中心就像水厂、发电厂一样，是重要的基础设施。 它们是数字经济的动力，是国家和社会发展的支撑基础。
█ 数据中心的发展阶段
我们先来看看数据中心的发展历史。
20世纪60年代，人类还处于大型机时代。 当时，为了存放计算机系统、存储系统和电力设备，人们建造了计算机房，并将其称为“服务器场”。
这个“服务器场”被认为是数据中心最早的原型。
20世纪90年代，随着互联网的诞生和蓬勃发展，许多企业开始实施信息化。 他们建立了自己的网站，还建设了大量的电子邮件、FTP、OA办公自动化等服务器。
有些公司将服务器放置在内部机房。 也有一些公司，服务器不多，但又不愿意放在办公室（噪音大、容易停电、安全性低），于是就“托管”在运营商机房，租用运营商空间，电力和网络带宽。 ，让对方代你管理和维护。
于是，数据中心的概念开始逐渐成型。 1996年，一家名为Exodus（专门从事机房设施建设和带宽服务）的美国公司首先提出了“IDC”的名称。
这是IDC数据中心发展的早期阶段。
1997年，苹果公司推出了一款名为“Virtual PC”的虚拟机软件。 后来VMWare还推出了现在大名鼎鼎的VMWare Workstation，标志着虚拟机时代的到来，为数据中心的演进奠定了基础。
随着时间的推移，第一代数据中心托管服务开始变得更加精细，从完整的服务器托管扩展到网站托管和虚拟托管服务。
也就是说，在某台服务器上，通过虚拟主机软件，虚拟出N个网站主机，出租给N个客户。
除网站外，数据存储空间租赁等多元化服务也应运而生。 这是IDC数据中心的第二阶段。
后来，20世纪初，亚马逊、谷歌等公司提出了云计算，从而使数据中心进入了第三阶段（云计算阶段），并延续至今。
云计算阶段是升级演进的第二个阶段。 它利用虚拟化技术和容器技术，完全实现数据中心服务器计算资源池化。 所有CPU、内存、硬盘等资源都由更强大的虚拟化软件进行管理，然后分配给用户。
它已经从物理硬件租赁发展到虚拟硬件租赁，甚至软件平台租赁和服务租赁。 IaaS、PaaS、SaaS，就这样出现在我们面前。
█ 数据中心架构
接下来我们看看数据中心由哪些部分组成。
数据中心是一个大型计算机房。 因此，从硬件类型上来说，数据中心与我们以前经常看到的企业内部机房类似，但规格、档次和管理水平更高。
总体而言，数据中心硬件分为两类，即主体设备和配套设备。
主设备是真正实现计算和通信功能的设备，即以服务器、存储为代表的IT计算设备和以交换机、路由器、防火墙为代表的通信设备。
配套设备是指为保证主要设备正常运行而存在的底层基础保障设备（也包括一些设施）。
底层基础配套设备设施分为多种，主要是供配电系统和散热制冷系统，还有消防系统、监控系统、楼宇管理系统等。
主要装置
我们先来看看主要设备。
数据中心最基本的主要设备当然是服务器。 服务器实际上是一台高性能计算机。 大家应该都看过。 它和台式电脑一样，包括CPU、内存、主板、硬盘、显卡（GPU）、电源等。
过去的服务器基本都是基于Intel架构的（更早的还有PowerPC、SPARC等）。 如今，随着国家政策的变化，国产CPU崛起，占据的份额越来越大。 这些国产CPU采用ARM架构，性价比更高，成本更低。
华为芯片Hi1620（数据中心ARM架构处理器）
服务器通常放置在机架（也称为机柜）上。
服务器机架
常见的标准机架高度通常为42U。 U是表示服务器外部尺寸的单位，是unit的缩写。 1U等于4.445cm。 至于机架宽度，有600mm或800mm。
机架深度有多种，包括600mm、800mm、900mm、1000mm、1200mm等。一般来说，IT设备（服务器）机架较深（1100mm或1200mm），而通信设备机架较浅（600mm）。
IT设备与通信设备机架深度对比
机架内的IT设备除了服务器之外，还包括磁盘阵列等专业存储设备。
如今，大数据无处不在。 我们人类产生的数据量每年都在增加，这也提高了存储设备的数量和性能要求。
大家应该知道，目前主流的电脑存储硬盘分为两种：HDD和SSD。 HDD是我们传统的机械硬盘，而SSD则是逐渐普及的固态硬盘。
SSD是一种半导体存储器，存储速度快，体积小，因此很受欢迎。 然而，它很昂贵。 对于数据中心来说，出于成本效益的考虑，HDD仍然是主流选择。 SSD目前主要用于高端客户和需要高性能的企业。
除了IT计算设备外，还有交换机、路由器、防火墙等数据通信设备。
说到交换机，就必须提到一个术语——TOR，Top of Rack。
TOR交换机是数据中心领域的常用术语。 顾名思义，就是机架顶部的交换机。 此类交换机是数据中心最底层的网络交换设备。 它负责连接机架内的服务器并连接到上层交换机。
TOR 开关位置
其实机架交换机并没有说一定要放在机架顶部。 它可以位于机架顶部，也可以位于机架中部或底部。 它通常放置在顶部，因为它最有利于内部布线。
再往上机架，有一排机架和N排机架。 为了连接这些机架和服务器，需要数据中心网络技术。
现在最流行的数据中心网络架构是Spine-Leaf。
叶脊网络架构
值得一提的是，为了传输高带宽的数据，现在数据中心普遍使用光纤来代替网线。 因此，光纤、光模块和光通信设备（OTN等）成为数据中心的重要组成部分。
尤其是光模块，高速光模块（如400G）价格非常昂贵，占数据中心成本的很大一部分，制约了发展。
还有一个流行的光通信术语叫DCI，即数据中心互连。 现在流行分布式部署，数据中心之间的数据流量非常大，需要很高的带宽。
因此，运营商和云服务提供商搞DCI，在数据中心之间建设专门的光通信骨干网络，这是一个很大的市场。
我国搞的“东西部数字计算”涉及到数据中心的互联互通，这对DCI相关市场有着不可忽视的刺激作用。
光通信骨干网设备
分组设备
接下来我们看看数据中心的配套配套设备和设施。
我们先来看看供配电。
电力供应是数据中心正常运行的基础。 没有电，数据中心就是废金属。
数据中心配电设备的主要功能是接通和断开、控制和保护电能。 最重要的配电设备是配电柜。
数据中心配电柜分为中压配电柜和低压配电柜。 中压配电柜主要为10kV电压等级。 向上连接市电，向下连接低压配电柜。 低压配电柜主要是400V电压等级，对电能进行进一步转换、分配、控制、保护和监测。
数据中心供配电图（案例）
数据中心低压配电柜
除了配电柜外，为了保证紧急情况下的正常供电，数据中心还配备了大量的UPS（不间断电源）甚至柴油发电机组。
“UPS+市电”是传统的供电方案。 目前比较流行的方案是“HVDC+市电”方案。
HVDC是HighVoltageDirectCurrent，高压直流输电。 它和UPS的区别涉及到比较复杂的强电知识，以后有机会再介绍。
总之，“HVDC+市电”更加可靠、安全，供电效率比“UPS+市电”更强。 是不间断电源的主流发展趋势。
我们简单说一下——48V和220V。
有ICT行业实践经验的同学都知道，服务器等IT设备通常使用220V交流电，而核心网、无线等通信设备大多使用-48V直流电。
主电源通常为交流电源。 数据中心一般同时提供-48V直流和220V交流（通过AC-DC转换和DC-AC逆变器转换）。
事实上，DC现在正在成为更多数据中心（如Google）的选择，因为DC损耗更小，电能利用率更高，符合当前高算力数据中心高能耗的趋势。
我们来看看冷却情况。
制冷系统是数据中心仅次于主要设备的第二大能耗设备。 目前，数据中心冷却主要有两种方式，一种是风冷，另一种是液冷。
风冷一般采用风冷空调系统。 和我们家用空调一样，数据中心风冷空调也分为室内机和室外机。 相对而言，技术成熟、结构简单、易于维护。
液冷采用液体作为制冷剂来降温散热。
液体的导热系数是空气的25倍。 相同体积下，液体带走的热量是空气的近3000倍。 从噪音角度来看，同等散热水平下，液冷噪音比风冷低20-35分贝。 从能耗角度来看，液冷比风冷省电30%-50%。
目前液冷技术被业界普遍看好，但仍处于探索阶段。 总体来看，液冷的市场前景非常广阔，据说市场规模超过千亿。
中兴通讯展示服务器浸没式液冷技术
在冷却散热方面，值得一提的是，机柜池级、行级、机柜级等近端冷却方式不断涌现，成为新建数据中心的主流选择。
传统的制冷是在房间层面，整个机房都装有空调和冷藏。 这种方法冷却路径太长，效率太低。 无法满足高耗电设备的冷却需求，消耗大量能源。
机柜池级、排级、机柜级是以一个机柜池、一排机柜或单个机柜为中心进行散热设计。
对于机柜行级散热，风道是根据机柜排进行设计的。
这样，气流路径明显缩短，散热效率非常高。
数据中心除了配电和散热制冷外，还拥有一些与管理和运维相关的设备设施，如动态环境监控系统、楼宇自控系统、消防系统等。
动态环境监控是指动力和环境监控，实时监控和管理数据中心的运行状态。
近年来，在传统动态环境监测系统的基础上，DCIM开始演变。
DCIM的全称是Data Center Infrastructure Management，由知名咨询公司Garter提出。 其管理范围更加全面，利用工具对数据中心内所有IT主要设备及支撑基础设施进行监控、管理和控制。
数据中心的消防系统相当有趣。 由于机房内布满了电子设备，一旦发生火灾，切勿直接喷水、泡沫或灰尘。
那我们该怎么办呢？ 气体灭火。
火灾发生后，火灾和烟雾传感器报警响起，然后机房区域可以释放氩气、氮气等惰性气体，剥夺火焰中的氧气，将火扑灭（大约几十秒即可完成）。
气体灭火
模块化数据中心
数据中心是一个庞大的系统，建设过程非常复杂繁琐，建设周期也非常长。 近年来，为了更加快速、灵活地部署数据中心，厂商引入了模块化数据中心的概念。
说白了，就是将数据中心的结构系统、供配电系统、暖通系统、消防系统、照明系统、综合布线等一一整合成“积木”。 然后，将“积木”运到现场后，只需简单吊装、搭设即可完成搭建和部署。
采用该方法，大型数据中心建设周期由18-24个月缩短至6个月左右，经济效益明显。
模块化数据中心（模型）
█ 结论
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