1.3 数据中心的发展历程

1.3.1 数据中心的四个发展阶段

从数据中心的功能来划分其发展历程，可以分为以下四个阶段。

（1）数据存储中心阶段 在信息化早期，数据中心主要是作为数据的存储和管理中心，比如用来存储工作流业务或电子文档等数据，并进行期中管理。那时数据中心采用单向存储和应用，采取的维护是救急式的；仅仅是为了方便数据的集中存放和管理，其功能单一，对整体可用性要求也低。

（2）数据处理中心阶段 随着基于局域网的企业ERP、其他应用系统的逐渐普遍应用，数据中心开始承担起核心计算、数据处理的功能。此时数据中心偏重于数据的单项应用，有了专门的信息人员进行维护；开始面向核心计算，但整体上可用性仍然较低。

（3）数据中心应用阶段 随着广域网或互联网的应用普及，信息资源重要性日益突出。此阶段数据中心担负起核心计算、核心业务支撑的任务，并且开始提供信息资源服务，事前预防也列入维护中，为企业的信息资源共享与有效利用提供了很大的便利，要求有较高的可用性。

（4）数据运营服务中心阶段 发展到目前为止，组件化、平台化的技术有了更加广泛的应用，企业对信息系统的依赖性不断加强。此阶段数据中心承担起企业运营支撑、信息资源服务、核心计算、数据存储等任务。业务运营对数据中心的要求将不仅仅是支持，而是提供持续可靠的服务。信息应用系统与业务融合在一起，很难独立分开，运维服务已成为一种标准的工作，数据中心要求具有高可用性。

通过上述四个阶段的发展，数据中心对企业的作用越来越大。未来随着信息化不断普及、技术不断创新，数据中心也将迎来新的发展时代。未来的数据中心将通过采用自动化、资源整合、虚拟化、安全、能源管理等新技术，能够使成本逐渐降低，可解决信息安全、资源管理日益复杂、能源消耗巨大等问题。灵活、模块化、整合、自动化、虚拟化、云计算、稳定、安全、绿色节能将成为未来数据中心的发展趋势。

1.3.2 四代数据中心的发展变革历程

一个完整的数据中心包括IT 设备、后台支撑系统以及业务信息系统。而随着“互联网+”理念的深入，我们已然步入新的云时代，而数据中心作为云时代的基础设施，它的发展也必然步入一个新的时代，包含网络、电力、环境调节等的后台支撑系统都将迎来新的机遇和挑战。

纵观国外的知名互联网公司，他们的数据中心正不断朝着节能环保、高效运营的方向发展，而我国的数据中心近年来也在不断发展。国内一些大型互联网公司的数据中心一般都经历了租用、合建、自建三个阶段，每个阶段都相应地出现了一些关键性的新技术举措。

1.第一代数据中心

（1）机房建设方面 第一代数据中心多采用传统的电信解决方案，在机房建设方面存在很多不足，比如建设周期长、扩展性差、能耗高、机房运维难度大等问题。传统的建设方案涉及大量的定制过程，包括可行性研究、规划设计、设备供应及安装、设备调试等，还会因为预测未来可能导致的问题造成项目延期，这完全无法满足高速度的发展需求。同时，数据中心的利用率低、能耗高等也成为困扰各大运营商以及互联网企业的问题，测试结果显示数据中心的电能利用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）在1.6左右，这与国外知名互联网公司的能耗有较悬殊的差距。

（2）制冷系统方面 制冷系统是除了服务器之外的第二大耗电大户，其耗电量可以占到数据中心总耗电量的35%。第一代数据中心制冷系统的特征是地板下送风且冷通道封闭，一般多采用风冷直膨式精密空调制冷，空调室内机一般部署在机房一侧或者两侧，空调机将冷空气送至地板下，再通过送风地板瞳孔送出，经设备前段的进风口吸入，再加上封闭式的冷通道，优化了制冷效果。机房内的各点送风量可以通过送风地板调整，但随着地板下敷设的电缆的增加，容易导致送风不畅、存在火灾隐患，数据中心规模的逐步增加也让耗电问题日益凸显。

（3）供电系统方面 第一代数据中心的供电大多采用的是AC UPS（Unin-terruptible Power Supply）+后备电池方案，通常的2N UPS实际的系统效率仅为80%～90%，甚至更低。而且系统架构比较复杂，内部元件也多，输出端的静态开关切换时容易产生瞬断，性能比不高。2N UPS架构示意图见图1-5。

2.第二代数据中心

第二代数据中心是在第一代的基础上发展起来的。在数据中心的发展过程中，某些互联网公司开始参与机房建设，使得数据中心朝着更加符合需求的方向发展，制冷方式和供电方式也都进行了相应改革，PUE值降为1.4左右。

（1）制冷系统方面 第二代数据中心制冷系统使用离心冷水机组，采用板换自然冷、新风自然冷以及水蓄冷的技术。相对于风冷精密空调，采用冷冻水系统，第二代数据中心制冷系统冷机制冷的冷凝温度可以控制在更低的范围内，消耗的压缩功减少，制冷效率提升了。自然冷却的技术充分利用了气候特点，是节能的重要举措。

（2）供电系统方面 第二代数据中心供电系统则开始采用“市电+HDVC”构架。“2N UPS” 和市电+“240V HVDC” 容量等级都约为400kV·A，按照UPS输出功率因数典型值为0.8～0.9计算，容量可以折算成360kW，相当于同样功率的单套1200A的高压直流系统，即两套400 kV·A的“2N UPS”和一路360kW市电+另外一路360kW的“240V HVDC”混合供电架构做对比，两者容量基本一样，但前者供电效率较低，其自身损耗就占到数据中心PUE值的10%左右，而后者可以节约配电柜数量，节约建设投资成本，市电直供的供电效率接近100%。同时，HVDC 本身具备休眠功能，减少了逆变器的损耗，比传统UPS节能6%以上。市电+HVDC架构示意图见图1-6。

3.第三代数据中心

传统方式建设的数据中心成本偏高，建设速度跟不上业务发展的步伐，扩容搬迁有很大难度，后期维护中也存在维护复杂、无法提供统一备件等问题，基于以上诸多原因，出现了第三代模块化数据中心的概念。国外模块化的数据中心出现得比较早，集装箱式的应用已经很普遍，我国模块化的应用主要体现在微模块上。

（1）微模块的概念

微模块数据中心是以微模块作为基本单位来对机房进行部署，每个微模块都包含空调、电源和消防设备等，采用模块化的部件和统一的接口标准，可以大幅降低成本，缩短建设周期，节约能源，同时不影响后期的扩建。微模块组成架构见图1-7。

第三代数据中心是以微模块为代表。与前面两代数据中心相比较，最大的突破在于微模块。在云计算和大数据应用的促进下，传统“固态”数据中心已开始被划分为若干个独立区域，企业都可以按照自己的需求来定制属于自己的模块数据中心，同时可以按照业务的需求量，继续扩展。国外的企业比如IBM、微软（Microsoft）、谷歌（Google）等都已经开始采用模块化数据中心，而在我国，百度、腾讯和阿里巴巴等企业也都相继开始采用模块化数据中心。

（2）微模块的分类 微模块数据中心可以分成两类，一类是部分预制化数据中心，即由预制化模块（机柜、制冷、走线、监控系统于一体）与传统的现场施工相结合；另一类是全部预制化数据中心，即由预制化模块（供电、机柜、制冷、走线、监控系统于一体），每个都是独立的封闭空间，当然还需要外部基础配套设施的支持，如发电机组、冷水机组、高低压配电装置。

（3）微模块的制冷系统 第三代数据中心制冷系统采用水平行间送风，将PUE降到1.4，通过定制末端水分配单元以及列间水平送风空调，标准化、模块化的产品实现了精细化制冷，从而降低了能耗。列间空调就近送风，微模块分批启用等都可以减少能耗。

4.第四代数据中心的展望

随着数据中心规模的不断扩大，工业和信息化部及国家发展和改革委员会等多个部门出台了相应的文件法规，提出了要提升国内数据中心能效水平的要求。因此，第四代数据中心将在政策的引导下向清洁能源富集的地区迁移。

未来可移动、绿色节能将是数据中心最大的亮点，具有大数据、云时代技术的数据中心朝着高密度、高可靠性发展的同时，还将朝着绿色、可持续发展的方向前行。

5.四代数据中心的比较

数据中心的每一代变革，都是为了降低能耗、减少成本、提高效率，但每个新的技术在性能上都不亚于旧技术。下面就几代数据中心提到的关键技术做个简单比较。四代数据中心的比较见表1-3。

第四代数据中心还处于规划阶段，但它的突出特点是移动性以及利用新能源技术，因此它的出现势必又会引领数据中心新的潮流。大数据是发展的新引擎，而数据中心则是发展的基石。回首数据中心一代一代的发展历程，体现出的是技术的进步、理念的进步，但是我国的数据中心与国际先进水平相比仍有较大的差距。建设绿色数据中心，不仅是响应国家节能降耗的号召，也是企业节约成本的重要途径。云时代优秀的数据中心依靠的不仅是领先的设计，还有技术的创新，相信在不远的未来，根据不同气候和能源概况设计适宜的数据中心将成为可能，届时国内数据中心又将迎来新一轮的突破。