什麼是數據中心？

雖然您對家庭或工作計算機的要求似乎是合理的。甚至高端，這取決於您的用例，它根本無法與大公司所需的處理能力和存儲容量相提並論。即使是一家規模合理的公司也會有幾十到幾百 TB 的數據存儲需求。

大多數數據都存儲在集中式環境中，而不是僅在可能關閉或未與網絡斷開連接的最終用戶設備之間分發此數據。在較小的環境中，這可能是服務器機房。儘管如此，當容量需要擴展到比小房間更高時，它們仍被稱為數據中心。

數據中心的目的和優勢是什麼？

數據中心旨在成為一個始終可用的集中式數據存儲。由於網絡設備和服務器的存儲和使用要求與包含原始數據的磁盤服務器本質上相同，因此通常將這種硬件組合在一起。

將核心網絡基礎設施組合在一起可以使執行多項核心任務變得更加容易和高效。一個核心因素是連通性。由於所有服務器、數據和網絡基礎設施都集中在一個地方，因此將它們有效地連接在一起就相對簡單了。延遲和帶寬更容易在短距離內進行優化，從而實現最大的網絡性能。作為一個額外的好處，電纜走線更短，因此比所有硬件更分散的情況下更便宜。

核心計算硬件還需要外部基礎設施來促進其安全和持續運行。可靠的電力、冷卻、連接和安全系統都很昂貴。但是，如果您必須複製它們而不是簡單地擁有一個大型設置，它們會更昂貴。

數據中心需要什麼？

任何數據中心的核心部分都是實際的計算硬件。這通常以服務器機架的形式出現。每個機架都是標準尺寸，可以容納多個標準尺寸的計算設備。實際設備通常以“U”的大小來描述，“U”只是一個標準的高度單位。大多數服務器機櫃為 42 或 48U 高，48U 機櫃也稱為七英尺機櫃。雖然某些計算機硬件確實有 1U 大小，但大多數設備為 2U 或 3U，但有些可能比這高得多。

數據中心的數據需要可訪問，通常是持續訪問。出於這個原因，期望內部和外部世界的高速網絡。此外，數據中心設計有備份和冗餘系統，以在最合理的事件發生時提供連續性。

如果一個設備出現故障，數據中心將設計為具有冗餘服務器、存儲和網絡硬件。它的功能可以立即被輔助設備獲取。電源還有一系列備用電源，包括不間斷電源或 UPS。這提供了足夠的電力來繼續運行設備，直到在停電時本地發電機啟動。

與所有計算設備一樣，數據中心也需要冷卻。HVAC 系統通常與除濕機一起使用，以確保提供冷空氣、抽取熱空氣並且空氣不會變得太潮濕。

有這麼多的電和熱，總是有可能發生火災。滅火系統是通用的，但它們不能依賴噴水滅火系統，因為這會像火災一樣對敏感的計算機硬件造成同樣大的損害。

更細微的要求和優化

雖然滅火系統在數據中心很普遍，但它們不能是水基的，因為這會損壞敏感的電子設備。相反，通常使用惰性氣體。過去的主要選擇是哈龍，直到發現它對臭氧層有害。現代系統通常使用氮氣。這個概念只是簡單地用氮氣淹沒整個數據中心，通過超壓通風口推動火災所需的氧氣燃燒。

雖然這在滅火方面非常有效，但它也是致命的。在富氮貧氧的環境中，你可以在幾秒鐘內從窒息中昏倒。氮氣無色、無臭、無味，因此沒有危險警告。因此，滅火系統會發出預警，提醒裡面的任何人立即離開或前往配備氧氣罐和呼吸面罩的安全區域。在人們到達安全地帶後不久，氣體迅速傾倒到數據中心，撲滅了大火。

數據中心通常有高架地板。這提供了許多優點。核心優勢在於，在發生洪水的情況下，在任何實際的水災發生之前，有更多的水位上升空間。高架地板還允許電纜在地板下走線。但是，許多人選擇架空佈線以使訪問更容易。當與多孔地磚結合時，這也提供了一種提供冷空氣的方便方法。

數據中心允許使用較短的電纜，並且經常在頭頂架設較長的電纜。

通過交替放置服務器機架的通道，可以創建冷通道和熱通道。冷空氣可以從冷通道中抽出，熱空氣可以從熱通道中排出然後移走。這種佈局有助於優化 HVAC 資源的提供。

超大規模和託管

實施數據中心的所有基礎設施非常昂貴。對於具有大量數據和處理要求但目前資金有限的公司來說，這尤其困難。對於不需要足夠空間來實現規模經濟的公司來說，這也可能是個問題。為了填補市場空白，許多公司建立了容量過大的數據中心，然後將部分容量出租給公司。像這樣具有多個租戶的數據中心被稱為託管。

特別是在託管環境中，安全性至關重要。由於來自多方的大量潛在敏感數據，網絡和物理安全性非常重要。數據中心對這兩者都非常小心，為各個客戶端提供仔細隔離的網絡，這樣就不會在網絡上洩露任何數據。物理訪問通常很難安排，通常需要事先授權。

進入內部位置通常受限於單獨的上鎖房間，甚至是包含較小服務器機架組的上鎖籠子。“人員陷阱”是一個有用的功能，它本質上就像一個氣閘，允許在進入點快速拒絕訪問，同時將人員風險降至最低。訪問日誌也有助於安全目的，例如，在發生火災時，安全人員可以確保建築物已完全疏散。

數據中心通常具有多層物理安全性，包括服務器機架周圍的籠子。

許多最大的數據中心都歸超大規模企業所有。這些都是像谷歌、亞馬遜和微軟這樣的大型科技公司。他們購買大量硬件，在某些情況下，還租用這些硬件。在他們的案例中，訪問通常是虛擬化的而不是物理的。虛擬化可以提高系統資源的使用效率，並可以在需要時輕鬆擴展。

位置和其他因素

數據中心的位置至關重要。靠近大型電源、高速網絡基礎設施中心和物理傳輸基礎設施至關重要。其他考慮因素包括環境危害，例如地震、火山、洪水和颶風。氣候也是一個很大的因素。較冷的位置具有較低的環境空氣溫度，在被供應到數據中心之前需要較少的冷卻。這有助於降低運營成本。在一些測試中，小型數據中心甚至被放置在水下。他們使用涼爽的流動水流來提供更有效和更便宜的冷卻。

模塊化也是一個關鍵因素。隨著時間的推移，計算硬件不斷進步，當前的技術變得過時。過時的硬件通常性能和能效都較低。然後，這需要一個定期的升級週期。模塊化支持不斷滾動升級，將前期成本分攤到多個年度預算中。它還允許連續正常運行而不中斷服務，即使在執行大規模升級時也是如此。

存儲容量也是一個重要因素。雖然大型數據中心可能具有成本效益，但根據經驗，需要更少的空間通常更便宜。數據中心所有者，尤其是超大規模數據中心所有者，經常將財富花在極高密度的存儲介質上。例如，1TB 企業級 SSD 的成本可能與 10TB 企業級 HDD 相同，但性能更高。儘管如此，仍需要更多的服務器機架和磁盤服務器才能提供相同的總存儲容量。

這增加了空間和通常的電力成本，並且需要額外的冷卻等。這種規模經濟是許多超級昂貴的巨大存儲驅動器可用的原因。它們不適合普通消費者。它們適用於願意為提高空間效率付出幾乎任何代價的超大規模。

結論

數據中心是服務器機房的表親。它們將網絡設備、存儲容量、處理能力和服務器功能等核心計算硬件組合在一個地方。這允許規模經濟發揮作用並簡化連接。數據中心設計中有許多設計因素。然而，數據中心必須非常龐大才能真正發揮規模經濟的優勢。

在這種規模下，它們通常比大多數公司需要的要大得多，因此可以將空間出租給較小的公司，從而為雙方提供經濟優勢。數據中心通常位於定制設施中。然而，一些重新使用未使用的辦公空間，有些甚至位於舊的新核掩體中。