面向未来的数据中心是什么样子？

纵观世界各地，最终用户与各类组织都在生成并消费着史无前例的海量数据。然而，如果要单单去理解数据在全球的增长有多么迅猛、以及这对于全部数据的存储、管理和访问意味着什么，那就会构成巨大的挑战。

来自商业、工业及消费领域的众多因素都在推动着数据以指数方式增长，包含了万物互联 (IoE)、AI、社交媒体，以及对流媒体内容分发的需求。根据国际数据公司 (IDC) 的预测，与目前的 700~800 次相比，到 2025 年，个人每天平均要产生近 5 000 次的数字交互，这样就会对全球万象数据库的规模产生极大的推动，在短短 7 年内就会从 2018 年的 33 泽字节扩张到 175 泽字节。其中的每个泽字节都相当于大约 1  万亿个千兆字节。
 
1   海量增长，重大挑战

这种惊人的增长速度对数据管理构成了一系列令人望而却步的挑战。随着数据存储的需求超过了传统上数据中心的需求，更不用提各种端点设备，云计算日益填补起了这方面的空缺。众多的台式机不再需要存储功能，而且，在不远的将来，智能手机也很可能逐步增加设备外部的存储，与此同时，大家仍然期待着可以即时的按需访问他们需要的任何信息。
 
从 5G 到 AI、到自动驾驶汽车的各种功能的成功实施取决于能否实现高度可靠、灵活而又可持续的低延迟、或者是零延迟。随着全球对云服务的依赖逐步增加，延迟将成为关键的性能指标。
 
除了存储功能以外，这些新需求正在迫使着云端将功能拓展到数据传输上去，这就给 IT 基础设施带来了压力，要求其快速而显著的发展。仅举 1 个例子，澳大利亚最近推出了 1 个全新的国家宽带网络，但是已经表现出了不足，因为在建设这个网络花费的 7 年时间里，数据流的发展速度就已经如此之快了。
 
2   超大规模走向前端和中心

由于传统的数据中心网络正在努力提供更快速度的云计算所需的延迟，超大规模数据中心已经成为了首选的方案。不管名称中到底传达着怎样的含义，超大规模一词主要与可扩展性和资源优化有关，而不是指设施的物理尺寸。
 
超大规模数据中心可带来 4 项主要优势：
●   设计、构造和性能上的模块化。
●   可靠性、功能性以及超过其各个组成部分总和的产出。
●   自动化的能力；以及
●   规模经济，例如降低每端口的成本，无论是新构建 35 MW 的系统还是向现有的数据中心添加 1 MW 的功率。
 
我们来更近一步的了解一下超大规模云数据中心的典型架构。假设有一座数据中心当前按照“网和荚”或者“荚和叶脊”的结构，部署了超过 3 万台服务器，并且以三处网荚连接来组成网状网络。典型的脊交换机可支持多达 432 个 40-GbE 端口 (36 × 12)。按照 3:1 的比例，上行链路网络将会占用 108 个端口（网状网络级），这就是说，网荚中架顶 (TOR) 交换机的最大数量不会超过 324 台。实际上，TOR 交换机的数量应当更接近 200 台，或者最多 300 台。每台 TOR 交换机都可为下行链路提供 48 个 10-GbE 端口，并且为上行链路提供 4 个 40-GbE 端口。在叶和脊之间可以设置 4 × 40-GbE 的网络链路，该链路可配备 4 条 OM4 光纤构成的 MTP12 信道来为网络提供支持。
 
但是，随着带宽的消耗以指数方式增长，10 GbE 将不足以提供支持。计划已经要求在新建的超大规模数据中心内采用 25 GbE，这样就会将叶和脊之间的速度提高到 100 GbE，通过 OM4 光纤构成的 MPO12 来为链路提供支持。然而，为了真正做到面向未来准备就绪，如图 1 所示，就需要从服务器到叶交换机的主流速度达到 40 GbE。

图 1 超大规模网络架构的预计增长量

3   助力未来

大多数的超大规模设施都极其庞大，功率范围可从 10 MW 一直到 70 MW。这种功率要求明显会对设施的地点、能源基础设施的操作方式以及可持续性产生影响。将超大规模设施的能源成本——对于任何规模的数据中心都属于主要的费用——降到最低程度，这是一项当务之急。即使在规模更小的数据中心里，交换机都会生成大量的热，使得设计并实施高成本效益的供热系统和冷却系统对于可持续性与市场竞争力来说，都具有至关重要的作用。
 
如此一来，利用自动化和智能技术的能力就可以发挥关键的作用。实现了自动化与集中控制的恒温器、照明装置及其他与能源有关的不相干组件的数量越多，节约的潜力也就越大。
 
计划实施稳健的有线和无线网络，对于未来数据中心的成功与否来说，也是一项至关重要的基础要素。尽管无线似乎是未来的缩影，但处于网络核心的将会是一种混合模型。无线服务提供商必须在网络上进行回传，而且，从信号传输带宽可靠性的角度来说，光纤和光缆将提供最强势的选择。
 
5G 拓展的范围越大，就需要越多的线缆，这就使以太网供电 (PoE) 系统成为了众人注目的中心。电源正日益从 110 V 和 220~240 V 的交流电转向 USB 供电，而在 PoE 系统中就可以产生或者输送这样的功率。包括低压这一事实在内，PoE 具有数不胜数的优点，安装极其方便且价格低廉，可同时承载数据和功率。
 
4   加以适应还是消失不见

两种竞争性的需求将会定义未来的数据中心架构：存储和延迟。随着存储不断从设备转向集中化的设施，边缘计算有可能呈爆炸性发展。由于可以从如此之多各不相同的来源处捕捉数据，节点正在变得像路灯一样常见，从而确保不会发生任何丢失。
 
这个新现实对于现有的数据中心来说既创造了机会又构成了威胁，对于 1 MW 或更低功率的数据中心来说尤其明显。好消息则是，在与边缘计算和超大规模网络架构共同发挥作用的过程中，这类数据中心将扮演一个重要的角色，从而满足存储和延迟上的要求–假设可以通过创新性的方式来与新现实相适应。这就是说，数据中心在设计或升级完成后可以实现超大规模的速度、低廉的成本与极高的可扩展性。
 
事实上，未来可能实际上已经预见到了一大批位于市中心的数据中心塔——也就是在之前办公楼内部建起的更小一些的数据中心。
 
5   重新思考数据中心

结果就是，可扩展性将会定义数据中心的未来。首先，这就需要采取基于设计的方式，在商业、工业和消费领域对能耗、数据存储、管理及分发上的需求采取全局性的长远考虑。第二，以高成本效益的方式整合并强化可扩展性，这取决于在产品和技术平台上建立起可扩展性的能力，这类平台可以相互混合、匹配、重新安排并再次使用，从而满足不断发展中的需求。
 
我们现在已经踏上了一段旅程，即将转向面向未来的数据中心，但是还需要完成更多的工作来确保现有的无线网络、硬件技术及网络架构的成功过渡，从而对全部新用例的集成和多样化的需求进行管理。随着这一过渡过程的快速升温，数据中心必须确保与创新性的技术提供商开展合作，从而了解他们的独特需求，并且协助他们来开发面向未来的下一代数据中心解决方案。