部署边缘微型数据中心的成本效益分析

部署边缘微型数据中心的成本效益分析摘要当前，物联网（IoT）和内容分发网络（CDN）等多项IT趋势，推动了市场对减少通信延迟和降低带宽成本的需求。将“微型”数据中心分布在更接近于使用地点，可降低访问云或其他远程数据中心所产生的延迟和成本。这种分布式数据中心架构还具有物理基础设施优势，适用于小型数据中心，而无论其对延迟的要求如何。本白皮书将阐述微型数据中心如何利用现有的基础设施，以及相较于传统的架构，此架构如何降低42%的投资成本。同时也将讨论该架构的其他优势，比如缩短项目周期等。版本0第223号白皮书作者：VictorAvelar施耐德电气–数据中心科研中心第233号白皮书版本02部署边缘微型数据中心的成本效益分析移动终端、家居生活、办公以及其他多种应用（如制造业、采矿、石油天然气等）方面的数字服务消费日益增长，正在改变着数据中心的部署方式。随着此类服务增长，对数据中心的需求不断提升，数据到达目的地的时间就会变得更长。一般情况下，与数据中心的距离越远，交付数据服务所需的时间越长，并且带宽成本增加。让数据中心就近于使用地点部署被称为“边缘计算”。EdgeConneX便是一个典型的例子，这家公司将托管数据中心部署在网络边缘，以助力其客户减少延迟和降低1带宽成本。如需了解有关此方面的更多信息，请参阅第226号白皮书《边缘计算的驱动因素与优势》。本白皮书确认了微型数据中心相比服务器机房和传统数据中心等其他可替代方案更适合支持边缘计算。首先，我们列举了有利于采用微型数据中心的驱动因素，然后对使单机柜微型数据中心变得可行的IT技术进行了探讨，并重点介绍微型数据中心（仅物理基础设施）相对于集中式数据中心而言所具备的成本优势。最后，我们提出在某些应用领域能够替代传统企业数据中心的未来微型数据中心架构。尽管并非本白皮书的阐述主题，但微型数据中心对于分支机构环境而言同样是高效的解决方案。如需了解有关此方面的更多信息，请参阅第174号白皮书《在小型服务器机房和分支机构部署IT设备的可行方案》。在本白皮书中，我们将单机柜微型数据中心2（图1）定义为独立的安全计算环境，包括所需的所有存储、处理和联网功能。它们以单一机柜形式发货，并配备所有必要的电源、制冷、安全及相关管理工具（DCIM）。微型数据中心在出厂时便已完成组装和测试。“驱动因素”可激发或促进某种行为。与服务器机房和传统数据中心等可替代方案相比较，采用微型数据中心支持边缘计算应用的主要其驱动因素有四个。我们将在下文各子章节中逐一讨论各驱动因素。•可扩容性•部署速度•可靠性•外包到云及托管1微型数据中心也可采用预制模块化形式装入集装箱内交付，但是在本白皮书中，我们仅讨论单一机柜形式。参阅第165号白皮书《预制模块化数据中心的分类》简介图1微型数据中心示例微型数据中心的驱动因素施耐德电气–数据中心科研中心第233号白皮书版本03部署边缘微型数据中心的成本效益分析可扩容性可扩容性是一种通过按需付费节省成本的策略。我们需要吸取21世纪初的互联网泡沫（dotcombubble）的教训，当时是为了从未实现的预期IT负载而过度规划数据中心。微型数据中心更易于“逐步扩容和复制”，以在更多的计算量需求出现时应对IT设备的增长。当容量被完全使用后，可在同一设施或者另一设施内部署下一个微型数据中心，主要取决于电气、空间和带宽的可用容量。它们的标准化和预制化性质，结合较小的功率增量，使得其可扩容性高于现场施工、专门设计的传统数据中心。部署速度一些企业会遇到需要快速部署计算解决方案的情况。由于微型数据中心是一种完整的物理基础设施解决方案（IT设备，有时也包括软件等），它相比传统的数据中心或服务器机房，在大幅缩短项目时间方面更具可行性。这是因为微型数据中心无需设计、规格制定、采购和集成一系列各不相同的组件。部署微型数据中心的速度很大程度上依赖于其标准化程度。微型数据中心标准化程度越高，其成为库存物品的可能性越大。但是，随着微型数据中心的功率容量增加，考虑到库存成本较高，其成为库存产品的可能性也会降低。大型IT部署（例如1MW）仍需专门建造的数据中心或托管数据中心。尽管如此，微型数据中心的部署速度始终快于传统的数据中心或服务器机房。在某些情况下，配置工具（图2）可用于快速、轻松地定制标准解决方案，让用户能够更改机柜的功率、安全性和IT设备。基于规则的配置引擎可以检查组件之间是否兼容，并在完成时生成订单。可靠性一般情况下，数据中心的可靠性会因其关键系统的定制程度而被削弱。这是因为标准模型工具比定制的一次性工具更可靠，且成本更低。在大型数据中心实施规格标准化的今天，将小型数据中心标准化来得更容易和实用。这是微型数据中心重要的可靠性优势之一。如需了解有关本主题的更多信息，请参阅第116号白皮书《数据中心物理基础设施中的标准化和模块化》。对传统的“一次性部署”数据中心而言，设计师提高可靠性采用的方式之一是增加冗余系统。采用多地分布（例如边缘计算）时，数据中心还可通过使用自动化工作负载镜像和地域性冗余来改善可靠性3。这与RAID阵列存储驱动器分布在各地，以及在任何驱动器出现故障时利用软件来恢复数据相似。就数据中心而言，虚拟机及其数据的存储方式大致相同。数据中心的规模越小，这种阵列的数据中心则分布更广、过度规划的可能性更小，其恢复能力也就更强。这是微型数据中心的另一大可靠性优势。外包到云及托管决定将其IT设备从本地部署的数据中心迁移至托管数据中心的首席信息官，或者决定将应用外包给云提供商的首席信息官，仍需在总部和分支机构内保持一定数量的IT设3地理性冗余意味着多个数据中心可彼此远距离部署，这样的话，当一个数据中心出现宕机情况，也不会影响其他数据中心（即，不会出现共同原因的故障）。图2微型数据中心配置工具示例施耐德电气–数据中心科研中心第233号白皮书版本04部署边缘微型数据中心的成本效益分析备。由于微型数据中心占地空间小，而且能够置于开敞的办公区域，因此在这些情况下，它们非常适用于支持这些IT设备。这使得现有数据中心或服务器机房空间可转化为办公区域或者用于出租。例如，图3中的机柜很容易让人以为是办公家具，但它的确是办公环境中的微型数据中心。如需了解有关本主题的更多信息，请参阅第256号白皮书《为何云计算需要我们反思边缘计算的弹性》。“驱动要素”是指让某事情的完成变得可行或更加轻松的要素。微型数据中心的实现与三项信息技术相关。上文所述的微型数据中心部署的驱动因素与IT驱动要素无关。我们在此扼要说明这些技术，并介绍它们如何简化和/或降低微型数据中心的部署成本。•超融合IT•紧凑化•虚拟化超融合IT如果所部署的微型数据中心配有各不相同的IT部件（例如服务器、存储阵列、网络交换机、管理软件、中继电缆等），所有这些元件的集成会限制微型数据中心的“部署速度”优势。从基础层面来讲，超融合IT指的是计算（例如处理器）、存储（例如硬盘驱动器）和网络资源整合到单一的组件包（例如机柜、机箱）中。当所有这些部件整合为单一解决方案时，可以提高整个微型数据中心的部署速度。此外，IT可靠性可以提高，以及物理占地空间在某种程度上可以减小，这是因为融合堆栈是以单一的解决方案形式进行重新设计，而不是简单地将它们放在一起。紧凑化尽管紧凑化在一定程度上与超融合IT相关，但我们在本文中所指的紧凑化是指IT设备技术改进的成果。例如，晶体管尺寸的连续缩小已使得IT设备中的芯片尺寸缩减，同时提高了性能。数据存储也明显更加紧凑，尤其是固态硬盘的出现。占用的空间更少，同时性能得到提升，所有这一切使得单个机柜内的服务器具有相当于8年前13个机柜的服务器的IT工作处理能力4。虚拟化紧凑化让一个机柜相当于过去13个机柜的同时，虚拟化则使得管理人员能够充分利用各种不同工作负载下的所有计算能力。虚拟化可以指服务器、存储和网络，它是涵盖所有这三项的抽象概念，使得异地分布式微型数据中心能够以单一的物理基础设施形式出现。4基于数据，2008和2015-2016年间在利用率为100%的情况下每机柜的性能比较。图3办公环境中的微型数据中心示例IT驱动要素施耐德电气–数据中心科研中心第233号白皮书版本05部署边缘微型数据中心的成本效益分析微型数据中心相比建造传统集中式数据中心的最大投资成本优势在于，它们通常可以在楼宇的现有物理基础设施中稳定运行。在多数情况下，现有楼宇拥有剩余的配电容量用于支撑微型数据中心，并由市电和备用发电机供电。换言之，微型数据中心可以利用设施供电（例如开关柜）、制冷（例如冷水机）和维护结构方面的“既定成本”，使其在资本强度方面小于新建数据中心。微型数据中心的优势还包括一些税务方面的优惠。由于它们通常被认为是“业务设备”，而不属于“建筑物升级”的范围，因此它们的折旧周期会比较短。有关此方面的更多详情，请参阅第115号白皮书《便捷式模块化数据中心基础设施的财务和税务收益》。分析方法我们对部署有微型数据中心的数据中心架构的成本进行了分析，并将其与传统的集中式数据中心进行比较。在此次分析中，我们使用了与图4所示的《数据中心投资成本计算器》权衡工具（TradeOffTool）相同的数据中心投资成本模型。这款工具对数据中心内各子系统所需的材料、劳动力和设计成本进行了估算。传统的集中式数据中心方面，我们使用了该工具“结果”部分所示的数据中心成本值。我们将这一传统的数据中心与分布在不同楼宇的200个微型数据中心（单机柜功率5kW）进行了比较。请注意，这并不意味着您需要200栋楼宇，因为一栋楼宇可容纳不止一个数据中心。微型数据中心成本基于当前市面上供应的微型数据中心进行估算。微型数据中心方面，我们去除了通常在楼宇中现成的子系统的（材料、劳动力和设计）成本（既定成本）。这些子系统包括维护结构、高架地板、开关柜和发电机。假设条件表1提供了成本分析中使用的相关假设条件。“环境和安全”成本要素包括摄像机、温度、湿度和烟雾传感器。图4所示的输入参数提供了传统投资成本所用的其他详细信息。投资成本优势图4用于估算传统数据中心投资成本的《数据中心投资成本计算器》施耐德电气–数据中心科研中心第233号白皮书版本06部署边缘微型数据中心的成本效益分析此分析还假设运行在传统数据中心的应用可在通过广域网（WAN）互联的多个微型数据中心中分散实现。该“逻辑”数据中心由超融合基础设施及独立微型数据中心间的低延迟链路实现。有一些应用可能无法与此类架构兼容。我们将在下一章节讨论此类架构的可行性。成本要素传统数据中心微型数据中心机柜密度和数量5kW/机柜，200个机柜5kW/机柜，200个微型数据中心供电和制冷冗余NNDXCRAC制冷机组房间级制冷，带冷凝器行级制冷，带冷凝器气流遏制类型热通道全封闭（前面和后面）维护结构成本1,615美元/平方米0美元UPS总容量（含监控）1.2MW容量，在线双变换1.6MW容量，在线双变换环境与安全具备具备消防预作用喷淋装置NOVEC1230灭火罐结论建造支持1MWIT负载的单个集中式数据中心的资本支出为698万美元，即每瓦6.98美元。建造200个5kW微型数据中心的资本支出为405万美元，即每瓦4.5美元。微型数据中心比集中式数据中心的投资成本节省42%。请注意，如果将消防装置同时从传统和微型数据中心中去除，整体节省成本将增加至48%。这是因为传统数据中心中的预作用喷淋系统成本明显低于微型数据中心中假设的NOVEC清洁气体灭火剂系统。微型数据中心中的UPS总容量大于传统数据中心。建造单个1MW数据中心时，UPS的设计容量通常为IT容量的1.2倍。但是，当UPS分布在200个机柜中时，1.2倍的余量设计将需要容量为6kW的UPS，该