数据中心报告

数据中心的发展趋势

数据中心，作为互联网行业的基础服务体系，是承载云计算与未来业务发展的重要载体。随着网络建设的不断发展，数据中心越来越重要，企业对于数据中心的依赖性越来越强，企业业务相关数据越来越庞大，新形势下对数据中心的要求越来越高。所谓数据中心，是一套由计算机及相关配套设备所组成的，以储存、传递、展示、加工处理数据为主要目的的完善系统工程。本文将追溯数据中心的发展历程，阐述当下对数据中心新的要求，从而总结未来数据中心的发展趋势。

1.数据中心的发展历程

图1数据中心发展历程

数据中心的发展历史并不长，是人类社会进入21 世纪以后刚刚出现的新生事物。

但是，其短短的十几年发展历程仍然可以划分为三个阶段：

第一阶段是数据中心的外包业务时期。在这一阶段，数据中心刚刚产生，业务范围比较狭窄，提供的服务大部分属于场地、电源、带宽等资源的出租服务和维护服务等，服务所面向的客户群体主要是一些大型的企业和特殊行业

2007年后数据中心进入第二阶段，数据中心的业务范围得到了拓展，除了在基础资源的出租服务和维护服务上，也产生了一些增值业务，数据中心的服务模式也变成了“基础资源出租业务+增值业务”的服务模式。增值业务的种类包括网站托管、服务器托管、应用托管、网络加速、网络安全方案、负载均衡、虚拟专用网等。

第三阶段，数据中心的概念被进一步拓展，功能更加多样化。这一阶段的数据中心，以虚拟化、综合化、大型化为主要特征。目前，数据中心正处于第二阶段向第三阶段转型的过渡阶段。

2.大数据行业环境分析

全球流量正在以极快的速度发展，以国内为例，三大运营商骨干网从 2009 年以前的 10G 带宽技术、2010 年推广 40G 带宽技术、2012 年实施 100G 骨干波分技术、2015 年测试 400G 技术，宽带增速以倍数级增长。

未来，随着5G铺开，视频业务、物联网、VR、AR 等应用会在未来逐渐落地，流量增长将持续上演，思科的数据显示，到 2020 年，固网和移动数据流量将达目前的 2 倍和 5 倍。

图2.全球IP流量（Petabytes/月，2015-2020 年）

IDC预测显示，全球数据中心数量将在 2017 年达到 860 万（目前约 400-500 万），其中大型数据中心（产量超过 9000 架的空间或有超过 225000 平方英尺的计算空间）的占比将超过70%，数据中心数量大幅增加。

流量方面，思科的数据显示，到2020 年，全球进行云计算的数据总流量将达到网络数据总流量的92%，数据中心的数据流量将达到14.1 ZB，是 2015 年的 5 倍，这对数据中心内部的信息传输和处理提出了很高的要求

图3.全球数据中心流量（Zettabytes／年，2015-2020 年）目前全球数据中心以40G、100G 模块为主（国内目前正在测试25G），数据中心内部（芯片内部、芯片与芯片之间、机架内部、机架与机架之间等）的传输以电信号传输为主。数据中心流量的爆发式增长，对数据中心内部传输提出了新的要求，未来数据中心必定很快向200G、400G 甚至更高的传输速度演进。铜线的这一传输极限未来将无法满足数据中心通信和云计算产业的发展需求，需要更快的传输速度，数据中心内部的光进铜退成为必然。2016年8月，Intel 宣布其硅光子模组（100G 收发器）正式投入商用，代表数据中心的铜线架构将快速被高速光纤的硅光架构取代。

云计算的发展也为数据中心提出了新的要求，云计算是分布式处理（Distributed Computing）、并行处理（Parallel Computing）和网格计算（Grid Computing）的发展，它通过互联网络，将计算处理的数据，拆分成无数个小的计算模块，经过多方位的快速运算后，再交由多部服务器所组成的庞大系统经计算分析之后将处理结果回传给用户。云存储是在云计算（cloud computing）概念上延伸和发展出来的一个新的概念。

随着产业规模的扩大，数据中心的耗能越来越大，据估算，2015年中国数据中心电力消耗达到1000亿度，堪比三峡水电站的年发电总量。据不完全统计，我国数据中心总量已超过40万个，年耗电量超过全社会用电量的1.5%，其中大多数数据中心的PUE仍普遍大于2.2，与国际先进水平相比有较大差距，节能潜力巨大。

3.数据中心的发展趋势

数据爆炸式增长以及云计算的发展，使云存储顺势而生。云存储是指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。云存储是一个由网络设备、存储设备、服务器、应用软件、公用访问接口、接入网、和客户端程序等多个部分组成的复杂系统。各部分以存储设备为核心，通过应用软件来对外提供数据存储和业务访问服务

图4.云存储的结构模型

3.1云存储的结构模型

存储层是云存储的基本部分，相当于云存储的心脏部分，其他的功能与应用都是围绕此部分来设计的。各个存储设备通过网络设备连接在一起，存储设备可以是FC 光纤通道存储设备，也可以是NAS 和iSCSI 等IP 存储设备。管理这些存储设备的，是一个名为“存储设备管理”的系统，它的任务就是负责实现储设备的逻辑虚拟化管理、多链路冗余管理以及硬件设备的状态监控和故障维护。

基础管理层，就是云存储的大脑部分，云存储的大部分功能，都是以管理层为前提来完成的，这部分也难实现。基础管理层，通过自身设定好的规则，来完成文件之间的集群、交互、文件分布和计算等功能，协调多个云存储设备之间的协同工作任务。同时，基础管理层还要负责数据之间的备份，保证云存储中数据的安全等等。

云存储相比以往的存储设备，大的优势就是能为客户提供不同的应用接口，比如提供视频监视的平台、IPTV 和视频点播应用平台及远程数据备份应用平台等。

任何一个授权用户都可以通过公用应用接口登录云存储系统，享受云存储服务。不同的云存储运营单位提供的访问类型和访问手段也不尽相同。

3.2云存储安全模型

大数据中心云存储安全模型由云计算服务器、用户（数据所有方）和可信第三方（属性发布机构）等构成。

3.2.1云计算服务器

为保证业务系统和用户数据的安全，云计算服务器必须先通过安全审查，才有资格能向用户提供云计算服务；它负责对用户运行状况和所提供的云计算服务进行监管，确保能够持续满足用户安全需求；合同关系结束后，应依据用户业务和数据的迁移需求提供相关服务，并确保数据安全。

3.2.2用户（数据所有方）

用户选择已通过安全审查的云计算服务器，承担迁移或部署到云计算服务器上的业务和数据的最终安全责任；用户可对云计算服务的运行进行监管，并根据相关规定开展信息安全检查。

3.2.3可信第三方（属性发布机构）

为用户提供属性私钥或数字证书，为大数据中心及其提供的云计算服务开展独立的安全评估。

3.3云存储的技术支撑

3.3.1宽带网络的发展

真正的云存储系统将会是一个多区域分布，遍布全国甚至于全球的庞大公用系统，使用者需要通过ADSL 、DDN等宽带接入设备连接云存储。只有宽带网络得到充足的发展，拥有足够大的数据传输带宽，使用者才能真正意义的享受云存储服务。

3.3.2Web2.0技术

通过Web2.0技术，云存储的使用者才有可能通过PC、手机、移动多媒体等多种设备，实现数据、文档、图片和视音频等内容的集中存储和资料共享。Web2.0技术的发展使得使用者的应用方式和可得服务更加灵活和多样

3.3.3集群技术、网格技术、分布式文件系统

不同的存储设备之间需要借助这些技术实现协同工作，共同构成云状结构。

3.3.4CDN内容分发技术、P2P技术、数据压缩技术

CDN内容分发系统、数据加密技术保证云存储中的数据不会被未授权的用户所访问，同时，通过各种数据备份和容灾技术保证云存储中的数据不会丢失，保证云存储自身的安全和稳定

3.4云存储未来发展趋势

从现在看来，云存储必将成为未来存储行业的领头羊，甚至是存储行业发展的一种趋势。现阶段，云存储厂商正在致力于将各方面的应用技术与云存储相结合，以此来为广大客户群体提供更加细致和人性化的服务

图5.发展趋势

3.5数据中心的绿色化趋势

3.5.1数据中心制冷技术

数据中心制冷技术领域，为了有效降低制冷系统的能耗开展了大量的探索与实践。从制冷技术发展趋势来看制冷方式逐渐由机械制冷向自然制冷方式转变，包括设备级、空气级、水冷级的自然冷。制冷设备逐渐由低COP值向高COP值迈进。气流组织逐步精准化，通过冷热通道隔离、气流组织有序实现就近精确送风，减少循环风阻，降低风机功耗，气流组织

方式逐渐由机房级向机柜池级、机柜排级、机柜级演变。

3.5.2数据中心供电技术

从供电技术发展趋势来看，供电系统逐渐由交流/ 高压/集中式向直流/低压/分布式转变。传统UPS模式下，电池放在电池室内，微模块数据中心电池放于机柜旁边，整机柜服务器电池放于机柜内部，服务器内置模式下，电池将置于主板上，电池越靠近末端服务器，供电系统也越为分散，从电网到CPU供电路径上的转换级数减少，转换效率更高，但同时供电系统的定制化程度越高，对IT电源及电池控制管理水平要求也越高。

3.5.3数据中心节水技术

水是数据中心消耗的另一个主要能源，据相关数据显示，1MW的数据中心平均一年消耗水3万吨以上。当数据中心规模较大时，尤其对于采用冷冻水自然冷系统的数据中心，水资源消耗是不容忽视的。目前，一方面可通过降低数据中心PUE、提高数据中心机房温度等降低数据中心能耗，减轻数据中心制冷系统负担；另一方面可使用闭式冷却塔等节水装置，或者采用其他风冷、直接蒸发冷却等方式降低数据中心对水的需求量

4．结论

在云计算、物联网、光进铜退等背景下，我国的数据中心企业必须要认识到数据中心的发展特点，顺应数据中心的发展趋势，从云存储、绿色数据中心、信息安全等角度入手，早日进行产业布局，拓展数据中心的业务类型，以便在国际竞争中争得一席之地。