IDC机房的建设投资与运行成本分析.doc

IDC机房的建设投资与运行成本分析罗洪元，温开华国家电子计算机质量监督检验中心，中国北京 100083National Computer Products Quality Supervising &Testing Center, Beijing, China 100083E-mail： , LUO Hong-yuan, WEN Kai-hua. IDC room building in investment and operating cost analysisAbstract: From the building of energy-saving IDC room size and configuration of the introduction of new technologies, starting with the extent of the IDC room after the pre-construction investment and operating costs of a brief analysis, and proposing some suggestions that the building of energy-saving IDC room , for the reference to readers of interest.Keywords: energy-saving; IDC room; Construction Investment; Operating costs; Solution摘要：本文从建设节能IDC机房的配置规模及采用新技术的程度入手，对IDC机房的前期建设投资与事后运行成本进行简要分析，并提出了建设节能IDC机房的几点建议，供感兴趣的读者参考。关键词：节能 IDC机房 建设投资 运行成本 解决方案1 问题的提出随着互联网应用的普及，互联网数据中心(Internet Data Center，简称IDC) 利用已有的互联网通信线路、带宽资源，建立标准化的电信专业级机房环境，为企业、政府提供服务器托管、租用以及相关增值等方面的全方位服务。迄今为止, IDC在电信、金融、税务、政府、交通等众多领域的需求快速增长。IDC不仅是数据存储的中心，而且是数据流通的中心，它是Internet网络中数据交换最集中的地方。据统计，2007年中国市场的IDC投入高达124亿元人民币,其业务已经突破30多亿元人民币，实现以30%的增长率高速发展。到2008年，中国建设企业级IDC机房所带来的IT投入的市场规模增长率将是21.5%，市场规模将达到150.7亿元人民币。IDC市场规模的高速增长一方面加速了数据的利用，另一方面也消耗了大量能源，根据2007年全球IDC统计数据(表1)表明全球IDC消耗总电能为1834.56亿千瓦时，成为重点节能对象。表1 全球IDC统计数据项目规模全球IDC数量(个)面积(平方英尺)服务器数量(台)小型56251500035500中型3750200001500170大型23753500020002500超大型3751000002500以上IDC机房是服务器、存储设备、通信设备、冷却设备、负荷开关、UPS、配电柜、机架及配电网络等设备比较集中的场所(图14)，作为一种物理载体在各企业的发展和运营中越来越突出。与此同时，数据中心也正以一种能源消耗黑洞的形式成为企业成本的隐形杀手。随着IDC机房新一轮建设热潮的兴起，电力供应、散热、运营成本对企业数据中心的影响逐渐扩大，日益攀升的能源成本正成为企业的巨大负担。中国政府已经把节能减排作为发展经济的重要指标，企业的IT设备所造成的能源消耗问题也越来越受到重视，并成为制约企业成长的重要因素。图1 配线柜1 图2 配线柜2 图3 理线器 图4 配线架为了迎合全球节能减排的大趋势，很多国际知名公司相继推出了建设节能IDC机房的系统解决方案，提出优化数据中心设备分布、提升服务器和存储系统能效、改进硬件能源利用效率、采用软件能源管理和虚拟技术、对数据中心进行评估和能源利用改进、实现数据中心模块化、完善数据中心规划策略等理念，最终达到建设节能IDC机房的目标。令人遗憾的是到目前为止，还没有哪家公司能够明确提出建成(扩建) 节能IDC机房的投资与节能IDC机房建成(扩建)后的运行成本之间的合理比例和评估方法。也就是说，在IDC机房总性能不变的前提下，建设(改建)节能IDC机房多花的费用是否与节能IDC机房运行成本减少的费用成正比。本文从建设节能IDC机房的典型解决方案入手，对IDC机房的前期建设(扩建)投资与事后运行成本进行分析，并提出了建设(扩建)节能IDC机房的几点建议，供感兴趣的读者参考。2 节能IDC机房的解决方案在很多人的印象中，传统IDC机房意味着充满噪声、布线零乱、发热量巨大、机柜之间空间狭窄、机架式服务器占用面积大、局部高温影响机房整体制冷环境、维护繁琐甚至是资金投入的无底洞。但随着IT技术的不断发展以及各个业务与IT的联系日益密切，当前的数据中心正面临着成本、速度、整合、安全、能源管理等一系列挑战，并经历着巨大的转变，新一代IDC机房呼之欲出。对于今天的电信运营商而言，IDC业务模式是其利润的主要来源，也是其能否成功的重要标志之一，因此目前几乎所有的电信运营商都在积极地进行IDC的建设。除此之外，还有一些基于银行、保险、税务等业务的单位也同样在筹划建设IDC，因此IDC建设的市场非常大。对于一个高品质的IDC机房，在建设过程中对各个方面的要求都很高。IDC建设主要包括机房场地建设及网络建设两部分。IDC机房的场地建设是IDC前期建设投入最大的部分。由于IDC的用户可能把重要的数据和应用设备都存放在IDC机房中，所以对IDC机房场地环境的要求是非常高的。IDC机房的场地建设主要有机房空间、配套系统等几个方面：(1) 机房装修：机房装修主要考虑吊顶、隔断墙、门窗、墙壁和地板等。(2) 供电系统：供电系统是IDC的场地建设重点之一。由于IDC的大量设备需要极大的电力功率，所以供电系统的可靠性、可扩展性建设是极其重要的。(3) 空调系统：机房的温度、通风方式和机房空气环境等。(4) 安全系统：包括门禁系统、消防系统和监控系统。(5) 通信系统：包括数据线带宽、语音线路数量等。IDC机房的网络建设为IDC用户提供包括Internet连接层、核心交换层、策略分布层、服务接入层以及后台管理平台在内的整个数据网路，并保证其网络连接的速度及可靠性，从而为用户提供高质量的服务。网络架建设在布线系统、供电系统等基础系统建设之上，同时为主机系统和应用系统提供平台。IDC的网络运行离不开网络管理和运营维护，网络建设的可靠、稳定、高效、安全、可扩展、可管理性将直接关系到上层的主机系统和应用系统，也将直接关系到IDC业务的顺利开展和运行。总之，网络建设是IDC建设框架中重要而又承上启下的一环，网络建设的设计完善程度将直接影响到IDC建设的质量。IDC提供的业务主要包括网站托管及主机托管等模式。在进行IDC网络建设时，由于IDC提供业务模式的不同，使得其对网络设计的要求也不相同。世界一流的IDC机房应该提供最强大的入侵检测系统防止大部分DDOS攻击(硬件防火墙)、持证工程师7 x 24小时现场解决问题、快速远程自动冷重启服务、病毒/垃圾邮件自动防护、海量同步服务器外磁盘备份服务等。按照世界一流IDC机房的要求，我国企业IDC目前面临很多挑战，2008中国数据中心用户大会用户调查结果(图5)很能说明这些问题。图5 中国企业IDC目前面临的最大挑战为了实现新一代IDC系统的稳定与安全、节能降耗、智能化管理、业务变更灵活等综合目标，业界一些有实力的企业陆续提出了建设节能IDC机房解决方案。通过推荐的虚拟化、绿色、负载均衡、冷却、多核、刀片等技术，在服务器、存储设备、安全产品、网络产品、供电产品、布线产品、管理软件等配置上下功夫的理念受到很多节能IDC机房建设单位的关注。2008中国数据中心用户大会用户调查结果(图6、图7)从一个侧面也反映了各个企业所重点关注的产品采购需求与IDC新技术。图6 企业在年的IDC采购需求 图7 企业当前最关注的IDC技术由此可见，综合目前业界普遍推荐的新一代IDC机房建设解决方案都是想通过在上述产品上采用虚拟化、绿色、负载均衡、冷却、多核、刀片等技术来实现建设目标。但在IDC机房总的性能不变的前提下，对这些新技术在各个产品上的投资与IDC机房事后运行成本之间的合理关系，却未有令人满意的计算方法。3 建设投资与运行成本关系的简单分析IDC机房建设涉及很多专业，要认清这是一个复杂的过程。IDC配套系统及IDC机房空间的扩充性、运行维护成本、机房管理等问题，是所有机房在建设前以及运行维护期间必须着重考虑的问题，另外，电力和制冷也是IDC机房面临的最大问题。由于不同业务的运营部门对IDC机房进行规划及工艺设计时考虑的角度不一样，因此机房正式投入使用并进行运行维护时的使用灵活性、运行成本、运维管理方式以及所面临的问题均有较大出入。此外，我们还要重点关注以下几个问题：一是节省成本不可降低系统的可靠性和可用性，通信中断和数据丢失损失价值会远大于设备降成本的价值；二是“节能减排”需要提高设备效率，采用新材料、新能源及新技术，需要相应的技术革新，因此节能降耗减排有的是降低成本，有些则是提高成本；三是降低产品成本要从产品生命周期和机房生命周期综合成本的变化来评价其成效，谨防将产品成本向产品生命周期后端和机房生命周期成本转移的“伪降成本”。因此，对于IDC机房的设计规划是以标准量为依据来计算的，机房营业的空间则是以业务所需要达成的目标为基准来进行规划的，那么机房及配套系统规划设计的结果是系统所能达成的计算最大值，相应的建设投资与运行成本费用也是系统的最大值。为了尽可能减少建设成本，部分IDC建设单位在工程最初的规划设计中以现有系统的规模及可能的投产使用量为标准来进行机房规模的估算，而这种情况对机房及配套系统的扩容性带来一定的影响。因此IDC建设单位在不能准确预期系统增设规模与需求量的情形下，经常会遭遇到扩容困难的状况，使用单位也会经常陷入机房改建或忍受风险的两难之境。除此之外，根据摩尔定律，计算机的性能大约每18个月会提升一倍。换言之，更高的性能代表更热的组件、更高密度的封装与单位面积的更多耗电需求。如今，IT很容易陷入更多应用系统、数据、服务器、存储以及更多能耗的“恶性循环”当中；因此，在制定新一代IDC机房的节能策略上，应当考虑这个重要因素，才能在符合低能耗的同时，保持稳定的营运服务水平。根据上述问题，在规划设计IDC机房时，IDC建设单位对于机房空间利用率的问题应该最优先考虑。通常机房空间的扩充会导致其它配套系统容量的可能不足，因此配套系统的增容问题也会因此伴随而来，这对IDC机房配套系统的整体架构造成很大影响。所以，在新的IDC机房设计中，往往将空间利用率列为最优先的考虑因素，而在进行系统的设计时应以此为计算依据。当系统整体的规划设计完成以后，再根据不同的项目建设周期和建设项目投资预算情况，对整体项目进行分阶段实施。这样既可以使工程建设保持比较好的扩展性，又不至于造成一次建设投资过大的问题。配套系统的扩容性与机房空间的扩容性比较起来，其影响面较为单纯，但造成配套系统扩容的原因与机会，要比造成机房空间扩充的原因来得多。目前信息与网络应用设备更新的速度加快，设备体积的不断缩小以及功能的不断增强是设备供货商研发的共同目标，这就导致机房设备的用电需求与机房散热量增加的问题出现，使IDC机房原设计的电力与空调计算量已无法配合现有的使用状况。IDC机房节能是一个从产品到系统的节能，涉及的环节比较多，对其投资分析和评估方法相对比较复杂。让我们尝试通过简单的思路，对节能IDC机房的建设投资与运行成本进行分析前，假设我们将要建设的IDC机房的目标性能不变，分析IDC机房不节能、节能的两种建设目标的前期建设投资与事后运行成本之间的关系。假设建设不节能IDC机房需要的基础设施、服务器、存储设备、安全产品、网络产品、供电产品、布线产品、管理软件、其他(如人员)的投资分别是M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9，不节能IDC机房的5年(IDC机房的使用期一般按5年计算，下同)运行总费用为S1（表2）。表2 建设不节能IDC机房的投资基础设施服务器存储设备安全产品网络产品供电产品布线产品管理软件其他总投资5年费用M1M2M3M4M5M6M7M8M9MS1 假设建设节能IDC机房需要的基础设施、服务器、存储设备、安全产品、网络产品、供电产品、布线产品、管理软件、其他(如人员)的投资分别是N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8、N9；节能IDC机房的5年运行总费用为S2（表3）。表3 建设节能IDC机房的投资基础设施服务器存储设备安全产品网络产品供电产品布线产品管理软件其他总投资5年费用N1N2N3N4N5N6N7N8N9NS2 假设建设节能IDC机房采用虚拟化、绿色、负载均衡、冷却、多核、刀片、其他(如人员减少)技术需要的投资分别是K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7（表4）。表4 建设节能IDC机房采用新技术的投资虚拟化绿色负载均衡冷却多核刀片其他总投资K1K2K3K4K5K6K7K 建设不节能IDC机房的总投资为：M=M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M8+M9；建设节能IDC机房的总投资为：N=N1+N2+N3+N4+N5+N6+N7+N8+N9；建设节能IDC机房采用新技术产生的总投资为：K=K1K2K3K4K5K6K7；不节能IDC与节能IDC机房5年运行总费用为：S=S1-S2。 那么，N-MK应该小于或至少等于S( N-MKS )，否则建成的节能IDC机房的节能减排目标就算没有达到。因此，在建设IDC机房时不仅要考虑建设投资，同时要考虑IDC机房建成后的运行成本以及它们之间的合理关