未來的數據中心將從核心向邊緣轉變

大多數新的數據中心均以其最佳可用性運行，並保證了基礎設施能效接近於理論設計目標。因此，這可能會讓人覺得，過去30年來，數據中心技術面臨的兩大挑戰已經得到解決。

但是，儘管取得了不少的進步，但數據中心行業的變化發展的速度將會持續下去，並且在未來十年內可能會進一步加速。這將受到數字化服務需求的增長以及需要採用新技術和創新，同時減輕未來停機中斷事故等一系列因素的推動。同時，還必須滿足日益嚴格的業務參數和服務水平。

這種業務和技術驅動因素的結合可能導致新一類的數據中心設施的出現。這些新的數據中心類型將與現有設施共享一些特性，但也將針對新的用例進行定製。例如，預計將需要新的邊緣數據中心容量來聚合、處理、存儲和分析來自物聯網(IoT)基礎設施的數據。

在本文中，我們將為廣大讀者朋友們分析推動未來十年的這些變革的力量，並對新的數據中心類型和特定用例進行了預測，最後提出了面向未來的現有數據中心如何防止停機中斷，及如何利用創新的方法。

各種新的數據中心形式因素(規模大小)和架構要求正在不斷出現，而這是由潛在的變革力和特定技術趨勢的結合驅動的。

現有數據中心類型的相對數量和分布已經由於雲提供商的影響和向混合IT的轉移而發生了變化。長期來看，邊際需求的增長也將是新容量和形式因素的重要因素。

特殊數據中心(提供特定的應用程序和服務)將與一些通用設施(主要是企業站點)並存，但最終將被替代。此外，我們預計數據中心的設計和施工將進一步標準化和實現產業化，從而實現更加模塊化的擴容能力。

通配符顛覆性技術(如後硅技術和量子計算)也可能導致設計和操作的重大變化，並可能使一些現有的數據中心設計，業務模型和服務在較長時間內過時。

積極的運營商們將尋求面向未來的新的和現有的物理數據中心基礎架構，以盡量減少中斷和最大化資本支出。提高敏捷性應該使得他們能夠利用創新和新興技術。

技術討論

根據市場調研機構451 Research的數據中心監控部門稱，目前全球範圍內共計有超過四百萬處數據中心。 這些數據中心的範圍包括了從小型企業所屬伺服器機房(今天絕大多數數據中心站點類型)到商業化的多租戶數據中心(MTDC)和大型超大規模數據中心站點。 行業變化的一些動態變化已經對這些不同設施類型的分布和相對數量產生了影響。 2015年，全球約80%的數據中心空間(以平方英尺計)全部由企業所有。然而，到2020年，這一比例預計將下降到75%以下。這一轉變的主要原因是某些工作負載從企業所有的數據中心站點遷移到更具成本效益的雲和託管設施。

圖1：全球數據中心空間分布

資料來源：451 Research，數據中心監控 Q1 2017

預計朝著混合IT模式的轉變這一趨勢將繼續，導致許多企業將整合站點，並進入更大，但更少的數據中心設施。企業將越來越多地將雲和託管空間視為自己的本地容量能力的延伸(或更換)。公共雲等雲服務提供商也對批量的託管空間帶來了顯著的需求。預計從一般企業數據中心站點到高效率託管和雲設施的遷移步伐將繼續加快。然而，在一些企業中仍然需要專門的，優質的企業數據中心站點。新興的微數據中心也將在一定程度上取代「傳統邊緣」企業伺服器機房，並支持新的用例。

根本的力量和技術趨勢

數據中心設計和操作運營的變化在一定程度上由一些潛在的力量所塑造。這些力量反過來又推動了特定的新興技術趨勢，其中一些趨勢已經開始對新的數據中心設施的架構和運行產生了影響。所謂的「通配符」——理論上非常具有顛覆破壞性且難以預測的技術，如後硅技術和量子計算，也可能導致設計和操作的重大變化。在這些力量和具體技術的共同作用下，預計將在未來十年帶來新的設施，利用創新技術，進而越來越多地滿足特定的業務需求。

變更力

需求——即使考慮到IT中的增量創新，數字中心的空間，功率和帶寬也可能難以跟上未來二十年預期的全球IT服務的需求。將需要大量新的容量能力，但現有的數據中心場地也可能需要承擔一些負擔。如果企業數據中心得到充分利用，這將是一個重大挑戰，但目前的大多數數據中心的IT利用率都非常低，電力和冷卻水平配置過高。因此，除了利用新的數據中心容量之外，還有一個重要機會可以用來提高利用率，遷移工作負載(企業內部部署)和優化現有數據中心站點的效率。

成本透明度——託管和服務提供商在技術投資方面處於領先地位，以提供更多的透明度(如電力使用和IT容量)，showback和實時成本計算。使用這些工具，鑒於有了更多的對於真實成本的可見性(可能會動態變化)，關於最佳執行場所，所需可用性級別，延遲性，鄰近性，性能和服務的決策將更加有針對性。這可能帶來更多實時和動態決策的制定。

融合——儘管進展緩慢，但有跡象表明，通常獨立的IT和設施(設備和員工)企業正在變得更加整合一體化。這樣可以實現與IT工作優化集成的數據中心設計和設施管理更全面的方法。例如，通過使用軟體和智能電力設備整合和移動工作負載來提供「虛擬電力」的可能性正在變得更加現實。數據中心基礎架構管理(DCIM)軟體工具還可以幫助提供IT和設施運行的整體視圖。預製模塊化(PFM)數據中心設計(包括微數據中心)也將使IT和設施基礎設施更緊密地耦合。

工業化(和標準化)——數據中心行業的規模非常大，且工業化程度越來越高。例如，整個PFM數據中心可以在工廠內建造。在未來，全球數據中心市場的大規模可能使得供應商們能夠生產或預配置廣泛的設備和設計目錄，每一項都能夠針對客戶特定的要求和應用進行優化。

研究與開發——具有科學性要求的研究，但有時並沒有明確的商業案例，也將塑造未來數據中心的設計和運營。許多新興技術可能會對運行數據中心的經濟性產生重大影響。這些包括量子計算，硅光子學，憶阻器和包括5G的高速、高帶寬網路。

特定的技術趨勢

數據中心行業更廣泛的變革力量與重新設計和運營新數據中心容量能力的一些具體技術和趨勢緊密結合。

超大規模雲(驅動效率和創新)———— 企業和託管機構的數據中心運營商們正面臨越來越大的壓力，以適應亞馬遜、Facebook、Google和微軟等超大運營商所引領的效率和成本優化方面的大趨勢。 雲運營商們能夠利用規模經濟和IT基礎設施(計算、存儲、網路)方面的進步，以提升虛擬化和利用率，並在數據中心架構中測試和應用創新。 一些競爭對手的運營商必須以爭取長遠發展合作夥伴關係策略的審慎態度認真考慮這方面的投資是否有意義。

PFM設計——預製模塊化數據中心使用一個或多個結構構建塊組裝，在工廠環境中進行組裝和測試，並進行最終的現場集成。已經採用該方法的前瞻性運營商們將享受PFM數據中心建設所帶來的競爭優勢：標準化、壓縮時間表、更緊湊的預算控制、降低安全風險，並更好地與業務目標保持一致。

軟體和數據驅動——越來越多的數據中心正在採用軟體控制，以提高利用率、可用性、彈性和靈活敏捷性。儘管早期的採用者們更多的關注數據中心基礎架構管理軟體部署及其投資回報率，但DCIM已經開始被認為是軟體定義基礎設施的一個組成部分。隨著雲計算數據中心管理服務(DMaaS)的最新發展，DCIM數據的價值在規模上得到了大量的綜合和分析。這可能最終推動基於大型數據集使用的數據中心實現數據驅動的、實時、自主的管理(可能只有很少或沒有現場工作人員)。

智能和互動式能源——數據中心在提高能源效率和電源使用效率(PUE)方面取得了長足的進步。然而，這一過程的下一個階段是將能源使用與需求聯繫起來，並且更多地控制能源供應。這可能涉及能源的智能採購和銷售，包括更多地使用需求響應，並通過更多地使用電源管理和電源上限來管理IT功耗。

連接性——公共雲的崛起給企業和MTDC提供商們帶來了更大的壓力，同時也為公有雲與私有雲和非雲服務的連接和整合開闢了新的機會。因此，互連(直接連接到雲提供商、合作夥伴、運營商網路等的企業)正在成為越來越重要的服務。在許多情況下，應用程序和數據恢復(包括災難恢復)將在網路和軟體層面上實現，通過內部跨區域和區域之間的設施網路複製流程和數據。

開放式架構(開放計算項目 / Open 19)——開放式計算項目(OCP)尚未產生明顯的影響(在超大規模數據中心之外)，但由於開放式生態系統的不斷發展，長遠而言可能帶來深遠的影響。開源的硬體和軟體有望為企業和託管市場帶來超大規模設計和效率，並且顛覆傳統的設備架構，包括分散式UPS，替代機架設計，分散式連接和直流配電。最近推出的Open19規範在某些方面具有比OCP低的條目，還引入了新的機架形狀因素。

邊緣數據中心—— 「邊緣計算」這一術語涵蓋了一系列的工作負載類型和用例，其中包括已建立的一些和正在出現的一些。 對於新的數據中心類型和形式因素，包括微型數據中心(其中包括預製微型模塊化數據中心站點在內的小型因素站點)以及新的集中式設施，預計這方面的需求將會是新的數據中心類型和形式因素的重要驅動因素。

未來的數據中心及其具體屬性

長期以來，準確預測物理數據中心設計和運營的演進顯然是具有挑戰性的。自早期的大型主機時代以來，數據中心的形式因素和類型已經發生了顯著的變化。我們預計，在可預見的將來，變化的步伐將繼續加快，朝著遠離通用的、無效的企業所有的數據中心場所方向發展。

確定未來十年或更長時間內可能佔主導地位的數據中心的類型(其中一些在今天已經存在)是有可能的。未來的數據中心可能包括但不限於以下類型：

● 超大規模數據中心(雲服務運營商，還有一些其他的服務提供商)

● 雲(非超大規模)和服務提供商

● 託管(MTDC)和服務提供商

● 企業(專用的、優質數據中心站點和較少的機櫃/機房)

● 邊緣數據中心(微數據中心以及核心站點)

● HPC和專業的數據中心

這些不同的數據中心類型將由以下一些標準和屬性定義：

業務模型

基於所有權的不同，業務模式將因數據中心的類型而異。例如，託管和服務提供商的數據中心站點將需要提供高可用性，並且通常是低延遲服務，通常通過鄰近和連接實現。同樣，一些企業將具有特定的工作負載，數據需求或管理問題，這些問題必須繼續設計和運行自己的高級數據中心。因此，這些企業可能有機會以不對商業化(託管)運營商們開放的方式獲得創新和定製化。

規模化

有跡象表明，現有超大規模數據中心站點享有的規模效率意味著儘管伴隨著計算能力的進步和更多的工作負載遷移到邊緣，但未來對於超大規模數據中心的需求還會持續存在。在另一方面，小規模微型站點預計將變得更為廣泛，以支持物聯網和其他應用。然而，將伺服器機房和機櫃(傳統邊緣)整合到託管、雲端，有時甚至是微數據中心的趨勢也將繼續。

彈性

彈性要求將與業務案例和功能更為密切相關。例如，由於較低的服務水平，並具備能夠通過負載平衡來管理可用性的能力，超大規模數據中心可能具有較輕的物理基礎設施(減少了UPS，較低級別的設計)。一些MTDC也可以根據客戶要求在同一設施內建立不同的彈性水平。還將更多地採用基於軟體的分散式彈性，並減少對物理基礎設施(發電機、UPS)的依賴。

效率

效率將繼續成為更全面的要求。一些設施，如超大規模的數據中心站點，將大大優先考慮效率。在某些情況下，超出大多數其他標準。絕大多數的超大規模站點也將通過利用更多的可再生能源(通過電力採購協議，可再生能源發電，或在某些情況下，採用現場發電)繼續關注可持續發展和碳減排。

IT密度

由於AI /機器學習，高性能計算和大數據等應用程序的推動，目前小於5kW的平均機架功率密度，可能會隨著時間的推移而持續增長。然而，一些通配符技術(例如量子計算)有可能增加計算能力，同時顯著降低功率需求。密度越來越多地與業務功能和工作負載相關聯。可以創建高密度區域，以實現更高效的冷卻和配電。例如， HPC和其他專業站點可能擁有高密度IT設備(每台機架大於25kW)，每單位空間/機架消耗更多能量。這意味著冷卻也可能緊密耦合：即針對相對較少數量的高密度機架的要求。

地理位置和分布

一些大型雲運營商已經在特定地點(例如歐洲)建立或已經選擇從MTDC提供商租賃，部分原因是為了符合數據監管的規定。未來數據中心類型的趨勢可能會持續下去。超大規模數據中心站點也將繼續建設在低能源成本，稅收優惠和所在地氣候允許獲得免費冷卻的地區。邊緣容量將被添加到集中式數據中心以及核心數據中心樞紐以外的城域網(見圖3)。

表2：未來數據中心的設計和操作標準

邊緣數據中心

在形成未來數據中心發展的所有趨勢中，邊緣計算的需求預計將是更重要的一個，因此值得特別注意。邊緣計算可以被描述為在數據生成和數據使用點附近的計算和存儲能力分布到網路的邊緣。這可能是企業工廠車間或運營商的入網點，發射塔或智能建築。

雖然諸如內容分發網路(CDN)和本地處理及存儲等用例預計將在短期內推動邊緣計算需求，但物聯網(IoT)預計將成為新興邊緣容量的長期推動力之一。IoT的用例很廣，但即使在類似的用例中，數據路徑和數據中心類型也會有所不同。在我們看來，似乎有一些IoT的部署可能最終將數據託管在公共雲和非公有雲設施的組合中，同時需要分散式微數據中心和非常大的集中式站點。

在某些情況下，包括其他應用程序和人員所需的數據的關鍵數據可在大型數據中心的「近端」提供，其中託管位置和其他城域數據中心位於靠近數據生成地點的位置。雲重量級正在快速建立超大型數據中心，並將直接光纖連接到租賃託管位置。這將使超大規模雲容量更接近邊緣——推動了有效運作「近邊緣」數據中心的能力。雲提供商還將利用「雲端」 ——分散式邊緣容量以便用於數據緩存或低延遲計算。

一旦被消費或集成，數據將通常被遷移傳輸到大型或超大型遠程數據中心，以進行聚合、分析(包括通過與其他數據和應用程序的集成)並歸檔。這些大型設施代表著「核心層」。

圖3中的廣泛架構說明了IoT和邊緣數據中心的主要層面，以及IoT應用程序可能需要的一些不同類型的數據中心和數據路徑。

圖3：物聯網和邊緣計算的數據中心

資料來源：451 Research 2017年數據中心和關鍵基礎設施部門

今天的基礎設施經得住時間考驗

有時候，最有效率的數據中心是不需要構建的。儘管新的形式因素將帶來好處，但是運營商們卻被激勵以確保現有的數據中心站點的可用性，持續的生產運營，高度利用率和高效率(見圖4)。今天建成的擁有10到15年的使用壽命的數據中心，也將是2020年代和2030年代的數據中心。運營混合IT環境在容量管理方面提供了更大的靈活性，但對內部部署IT基礎架構的整合或升級以及虛擬化的部署則可以提高現有站點的利用率和生產力。

圖4：解決數據中心空間缺乏或功率容量的解決方案

資料來源：451 Research 2016年企業之聲、數據中心轉型

數據中心的IT硬體通常在三到四年的時間內進行更新，但大多數設施基礎架構相當複雜，更新的成本昂貴。過度配置的冷卻和電源開銷是匹配未來IT容量需求(與效率相平衡)的標準做法。但是，這可以被描述為經得住時間考驗的負載變化，而不是可能使設計方面過時的新物理技術。而新興的和已建立的策略和技術(一些正在塑造未來數據中心類型的技術)則可以幫助最大限度地提高效率和容量管理，並降低過時的風險。這些包括：

模塊化設計——使用PFM(包括容器或微數據中心)增加新空間在短期容量要求方面提供了好處，同時也為長期創新提供了益處。架構師和工程師可以利用預製來探索新穎的(在某些情況下是激進的)方式來改進架構，機械和電氣特徵的設計。下一代PFM基礎設施的工廠集成和模塊化安裝將以更低的成本和複雜性向現有的現場提供這種新的設計。

靈活的配電和存儲——使用諸如可升級和智能(三相)的PDU，中壓配電和母線電力分配等特定技術，可以提供現有站點對不斷變化的負載要求的可擴展性和適應性。在諸如智能PDU控制器的智能設備中建立足夠的計算空間也有助於確保其使用壽命。運營商將受益於在現有站點中測試和採用這些技術，因為它們可能在未來的數據中心構建中變得越來越標準化。包括微電網在內的新興能源管理(現場)發電和存儲技術也可能最終幫助面向未來的電力供應和恢復能力。

高效和高密度的冷卻——與配電一樣，冷卻設計的靈活性是有效的產能管理和未來發展的關鍵。目前依賴機械冷卻的運營商應研究無冷凍設計，因為免費的空氣冷卻可能成為大多數未來數據中心站點的默認選項(取決於地理位置)。還應建立新的容量，以支持緊耦合冷卻，包括後門熱交換或直接液體冷卻(需要向機架或排配水)。

管理軟體——諸如DCIM之類的工具可以降低風險，同時還能提高新的效率，帶來更好的產能預測和提高業務敏捷性。此外，使用DCIM和DMaaS的數據驅動的分析洞察見解更密切地監控和管理現有站點可以顯著提高設施效率和容量規劃。

結論和展望

數據中心運營商面臨著前所未有的變化。未來十年來，數據中心的發展願景很可能會與以前描述的宏觀趨勢和技術趨勢有所不同：

今天的分散式數據中心可能會發展成為一個更加智能，高度互聯的網路，由新的數據中心形式組成。緊湊型，自我管理的數據中心節點和集線器(數據或連接，或兩者結合)將被嵌入和普及，由大數據中心園區支持和供給。

新的邊緣容量將由明顯不同的數據中心類型組成。它們將包括超大規模雲和大型託管設施，這些設施靠近數據生成點，以支持許多應用程序;新的微數據中心在邊緣;並且容量較小的集群可能規模不大或重要性不強，無法在技術上被描述為數據中心。

大型數據中心可以有效地為自身進行電力供應，並充當能源中心。能夠通過例如私有微電網來控制其電源的數量，質量和安全性，進而提高能量彈性。

連接性，可靠的電力和能源成本將繼續成為決定新數據中心設施選址的關鍵。然而，隨著數據中心運營商對更嚴格的法規和公眾的壓力作出反應，數據治理和隱私的重要性將會增加。由物聯網和其他應用/用例驅動的邊際需求的增長也將推動對大部分城市地區新的特定數據中心形式的需求。

在未來十年將經歷的前所未有的變革和新的顛覆性技術中，很明顯，數據中心將以其所有新形式、形態和作用繼續實現其創新，推動技術和企業業務的轉型。

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