數(shù)據(jù)中心的增長

對于IT業(yè)界的某些人士來說，近距離探訪某處具體的數(shù)據(jù)中心其實與別的上千家數(shù)據(jù)中心并沒有什么不同：他們看起來感覺都沒什么太大的差別：一行行的機架、高架地板、無處不在的線纜以及數(shù)以百萬計的電燈構(gòu)成了典型的數(shù)據(jù)中心訪問體驗，您甚至可能會認(rèn)為數(shù)據(jù)中心的設(shè)計藝術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)被一套優(yōu)良的科學(xué)所取代。

然而，對于諸如微軟、亞馬遜、谷歌這樣的云服務(wù)巨頭來說，數(shù)據(jù)中心并不是一成不變的。相反，隨著服務(wù)器變得越來越強大，電力變得越來越便宜，計算機對于電力資源的需求越來越不那么依賴，并且計算規(guī)模變得越來越大，使得一代代的數(shù)據(jù)中心也不斷發(fā)展演化。這些云服務(wù)巨頭擁有數(shù)百萬臺在不同層面上運行的服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心，其操作運營是受到嚴(yán)密保護的，因為他們都將其數(shù)百萬臺服務(wù)器的運行方式視為自身的一項競爭優(yōu)勢。

上個月，我有幸受邀成為探訪團的成員之一，得以能夠走進微軟公司位于華盛頓昆西的數(shù)據(jù)中心進行幕后一覽：零距離體驗微軟所宣稱的數(shù)據(jù)中心的演變。我們的探訪團是不允許拍照的，但微軟公司提供了一些圖像，是與我們在數(shù)據(jù)中心現(xiàn)場所見到的完全匹配的。下面，就請廣大讀者諸君跟隨我們來看看云計算和超大規(guī)模計算是如何改變了數(shù)據(jù)中心的運營方式的吧。

昆西：數(shù)據(jù)中心園區(qū)和云服務(wù)

美國華盛頓州的昆西不僅是華盛頓州重要的農(nóng)作物產(chǎn)區(qū)，同時也是微軟公司的一處老式公共數(shù)據(jù)中心所在地，其始建于2006年。下圖展示的僅僅只是該占地面積達270英畝、構(gòu)成了龐大的昆西數(shù)據(jù)中心園區(qū)的一部分，該數(shù)據(jù)中心園區(qū)承載了各種工作負(fù)載。 (此外，微軟Azure云服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施正在與當(dāng)前設(shè)施相鄰的位置上興建，由于其當(dāng)時正在建設(shè)過程中，所以我們不允許訪問該Azure云服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施)。

微軟選擇了昆西作為其數(shù)據(jù)中心園區(qū)，是因為該地區(qū)具有相對溫和的氣候，濕度低且接近哥倫比亞河，故而擁有非常便宜且豐富的水力發(fā)電的來源，以供給給其數(shù)據(jù)中心日益增長的服務(wù)器設(shè)備。而該地區(qū)的氣候條件本身又為數(shù)據(jù)中心使用絕熱冷卻提供了絕佳的機會，使得數(shù)據(jù)中心能夠通過讓外部空氣與不同程度的水混合，為數(shù)據(jù)中心園區(qū)的大多數(shù)操作空間提供冷卻需求。 (其他提供商在該地區(qū)也投資興建了數(shù)據(jù)中心，包括雅虎公司。)

事實：微軟于1989年在其位于華盛頓州雷德蒙德的公司總部投資興建了其第一處數(shù)據(jù)中心。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心運營方法或所謂的 第一代數(shù)據(jù)中心

昆西數(shù)據(jù)中心的一部分就像你所能夠想象到的那樣：擁有一排排的機架、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。這些操作環(huán)境機房一般大都是通過大型空調(diào)來實現(xiàn)冷卻的，因為數(shù)百臺服務(wù)器風(fēng)扇的散熱會使得操作環(huán)境溫度升高。(這就是為什么許多數(shù)據(jù)中心運營商會吐槽說，他們主要運行一款大型空調(diào)，順便在里面扔了幾臺電腦的原因所在了。)

在微軟所謂的 第一代 數(shù)據(jù)中心，其傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心創(chuàng)造了熱通道的設(shè)置，以容納來自機架上設(shè)備所散發(fā)的廢熱;這些通道都采用傳統(tǒng)的冷水機組，通過往高架地板傳輸冷卻空氣來實現(xiàn)空氣溫度的調(diào)節(jié)。當(dāng)然，這些冷水機組需要消耗大量的電力資源。熱通道采用絕緣塑料密封以限制散熱。機架的前面暴露于正常空氣中，而不是絕緣，因此更容易被訪問，以便服務(wù)于工作或進行故障排除。這樣所導(dǎo)致的結(jié)果是：形成了一個服務(wù)器機房的一個傳統(tǒng)的模式，因為熱空氣的隔離，實現(xiàn)了冷卻和能源成本的顯著下降。

有趣的是，這些室內(nèi)機械設(shè)備的占地面積正在不斷縮小。昆西園區(qū)的每一部分都被認(rèn)為是一處具有一定兆瓦數(shù)量級的數(shù)據(jù)中心。隨著時間的推移，服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)硬件變得更高效，相應(yīng)的設(shè)備將越來越多的被整合到越來越少的機器設(shè)備上，而這些硬件設(shè)備所需要的以維持其運行的電力資源也在變得越來越少。其結(jié)果是，建造一處具備一定數(shù)量兆瓦級的數(shù)據(jù)中心設(shè)施的一部分已經(jīng)不再接近其容量需求了。我們參觀時所被允許看到的分隔操作空間的大部分都是空的，有凸起的高架地磚卻沒有支撐任何東西。

事實：微軟的數(shù)據(jù)中心24x7x365全天候的為200多種在線服務(wù)提供交付服務(wù)。

容器集裝箱式的服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)

在世紀(jì)之交時，微軟公司在構(gòu)建新的數(shù)據(jù)中心時開始嘗試容器集裝箱化其服務(wù)器負(fù)載。微軟基本上是在一個盒子中設(shè)計了具有一定規(guī)范的數(shù)據(jù)中心，并邀請大型計算供應(yīng)廠商競爭，提供一個充滿了服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、電源和UPS的 pod 。而微軟公司所需要做的就是將它們接入電源，提供上游網(wǎng)絡(luò)的任何所需，并且當(dāng)他們被交付到數(shù)據(jù)中心站點時，直接采用軟管進行冷卻。

對于這一容器集裝箱的概念有各種不同的版本和修訂，微軟將其稱為 ITPAC ，其中兩種如下圖所示。

這僅僅只是將數(shù)據(jù)中心視作為一個單一單元的開始，而不是將其視作為需要實施管理的數(shù)千臺離散的服務(wù)器 當(dāng)您企業(yè)需要管理超大規(guī)模的計算時，這無疑是相當(dāng)重要的一點，而微軟Azure一定是合格的分類。我們看到：微軟公司在其產(chǎn)品中推出了軟件定義的網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心，但這主要是因為使用軟件定義的網(wǎng)絡(luò)只是企業(yè)客戶如何管理組成其在線服務(wù)的數(shù)百萬臺服務(wù)器的方式。

通過 ITPAC 訂購數(shù)千臺服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，企業(yè)客戶可以輕松地忽略各個硬件設(shè)備所做的具體工作 您企業(yè)可以輕松地使用系統(tǒng)管理軟件重新定義路由、工作負(fù)載、故障轉(zhuǎn)移流程等等。

事實：微軟公司證實，在其數(shù)據(jù)中心有超過一百萬臺獨立的物理服務(wù)器。

ITPACS

起初，微軟(從某家大型的OEM廠商)訂購了ITPAC，并計劃將它們存儲在具有混凝土地板、安全墻壁和一個簡單的屋頂?shù)牟黄鹧鄣募軜?gòu)中，這將有助于保持穩(wěn)定的溫度和濕度。下圖的照片顯示存儲ITPAC的初始設(shè)施。這實際上不是一個冷卻設(shè)施，事實上，該ITPACS是在屋頂安裝之前就已經(jīng)投產(chǎn)操作了的。這是因為每臺ITPAC都有其自己的冷卻集成;其實際上是一個獨立的數(shù)據(jù)中心。一個有趣的故事是：在昆西的寒冷的冬天，當(dāng)屋頂仍然打開時，雪會落下并覆蓋到這些設(shè)施的一部分上面。你在左邊看到的被添加的擋板在大部分時間用以保持自然狀態(tài)。

事實：微軟在全球范圍內(nèi)擁有100多處數(shù)據(jù)中心。

擺脫建筑物

如果你將前幾代ITPAC分類為 容器服務(wù)器 ，那么您從第二波的ITPAC趨勢中所學(xué)到的教訓(xùn)便是要 擺脫這種糟糕的建筑物 。在昆西數(shù)據(jù)中心園區(qū)里，安置了一排排最新一代的ITPAC，隨便被安置在混凝土地面之上。由于這些單元是獨立的，因此像在昆西這樣的具有相對溫和氣候的地方暴露于天氣和自然環(huán)境中的數(shù)據(jù)中心容器的風(fēng)險非常小。

鑒于微軟已經(jīng)打造了其Azure云服務(wù)，而且正在將越來越多的個人在線服務(wù)遷移到Azure平臺，該公司已經(jīng)遠離了ITPAC模式。這種模型根本沒有足夠的規(guī)模來處理微軟正在經(jīng)歷的云服務(wù)的增長。相反，該公司正在尋求購買成千上萬臺自定義設(shè)計的服務(wù)器作為開放式計算項目的一部分。

事實：微軟的數(shù)據(jù)中心存儲了超過30兆單獨的數(shù)據(jù)。

ITPAC內(nèi)有什么?

微軟最初是為其芝加哥數(shù)據(jù)中心指定打造該ITPAC基礎(chǔ)架構(gòu)的。該款第一代的ITPAC從來沒有在昆 西數(shù)據(jù)中心園區(qū)服務(wù)過，所以我們無法看到它，或?qū)⑵渑c后幾代的ITPAC進行比較。然而，其概念是保持不變的。微軟表示， 把一些服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和電源設(shè)備放在一個盒子里，而我們要做的就是將其連接到電源，網(wǎng)絡(luò)和水，所有的細節(jié)都在內(nèi)部處理。

ITPAC的內(nèi)部看起來像一個普通的數(shù)據(jù)中心，雖然是壓縮的。 ITPAC本身將區(qū)域隔離成熱通道和冷通道，非常類似于在上文圖片中所看到的建模的 常規(guī) 數(shù)據(jù)中心。然而，每架供應(yīng)商的總體ITPAC的配置文件是不同的;一架個供應(yīng)商基于集裝箱建造ITPAC，而另一家供應(yīng)商所交付的ITPAC更像是臨時的建筑拖車或大型雙掛車拖車。

事實：微軟的數(shù)據(jù)中心每秒處理超過150萬次請求。

安全至上

安全性是微軟數(shù)據(jù)中心戰(zhàn)略的重要組成部分。因此，這個數(shù)據(jù)中心實際上是微軟的一項巨大的財產(chǎn)。其看起來就像各種沒有任何公司名稱或識別標(biāo)記的工業(yè)建筑和發(fā)電機，所以你身處其中，并不知道你到了哪里。

要進入該數(shù)據(jù)中心園區(qū)，您必須獲得該公司的數(shù)據(jù)中心團隊的預(yù)先批準(zhǔn)，并簽署提交一些關(guān)于禁止您泄露的內(nèi)容的協(xié)議。您還必須出示政府相關(guān)機構(gòu)頒發(fā)的身份證明，因此將掌握所有訪客的記錄，包括具體進出該數(shù)據(jù)中心園區(qū)的時間。在該數(shù)據(jù)中心園區(qū)內(nèi)還有一些程序，我不能談?wù)摚湟彩俏以谠L問期間必須嚴(yán)格執(zhí)行的。也許其最酷的功能是巨型磁盤碎紙機，使得每塊硬盤驅(qū)動器在過時或不需要之后都會在被回收之前徹底進行處理。驅(qū)動器在離開數(shù)據(jù)中心園區(qū)之前，永遠上不能有涉及到該數(shù)據(jù)中心園區(qū)的任何數(shù)據(jù)信息。

我此前曾經(jīng)參觀過一系列的數(shù)據(jù)中心，但沒有任何一家具備如此深度的安全性，并致力于這些安全措施的徹底執(zhí)行。這不禁讓我想知道為什么有些人會不愿意相信主要的云服務(wù)供應(yīng)商的安全性，您企業(yè)的數(shù)據(jù)中心的外部安保和內(nèi)部保護能夠達到像微軟一樣的水平嗎?這真是發(fā)人深思的問題。

事實：微軟的光纖網(wǎng)絡(luò)是北美洲最大的光纖網(wǎng)絡(luò)之一，其長度可以從地球拉伸到月球來回三次。

開放計算項目和Open CloudServer

盡管微軟公司對于其數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的許多細節(jié)仍然保密，但該公司正在通過開放式計算項目(Open Compute Project)共享其在服務(wù)器設(shè)計方面的一些最佳實踐方案。OCP是由 Facebook所主導(dǎo)的一個合資項目，以創(chuàng)造最佳的服務(wù)器設(shè)計，整合電力，計算和網(wǎng)絡(luò)，在今天的數(shù)據(jù)中心環(huán)境打造一個具有前瞻性的配置，以利用電力和網(wǎng)絡(luò)交付未來的創(chuàng)新。微軟貢獻了Open CloudServer設(shè)計，這是一款底層系統(tǒng)，利用比正常的19英寸機架高的機架。根據(jù)該項目，12U底層有專用的硬連線的帶外管理，相平衡式功率電源和高效率的冷卻效率。

最終，微軟發(fā)現(xiàn)，為了延長其數(shù)據(jù)中心的壽命并增強其軟件定義的性質(zhì)，回到標(biāo)準(zhǔn)機架式服務(wù)器是一條要走的路。其能夠更容易的更換設(shè)備和升級設(shè)備，以利用最新的電源，冷卻和網(wǎng)絡(luò)。事實上，在未來，昆西數(shù)據(jù)中心園區(qū)的一部分將作為Azure區(qū)域，其是以 面向未來 的概念方式設(shè)計的，以便能夠在數(shù)據(jù)中心建筑物內(nèi)充分利用電力傳輸技術(shù)的進步。此外，正在開發(fā)的在線電池，使得園區(qū)中的擁有巨型電池的大操作房間在電源故障的情況下不需要保持服務(wù)器運行。

事實：自2012年以來，微軟及其數(shù)據(jù)中心一直是碳中性的，該公司正在繼續(xù)增加可再生能源(如風(fēng)能，太陽能和水電)的使用組合。