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    新型數據中心建設面面觀:超融合“上位”,能力全進化

    極客網·極客觀察(朱飛)12月29日 “新基建”、“東數西算”、新型數據中心、“雙碳”戰略……從2020年至2021年,為匹配“十四五”期間以數字經濟高質量發展推動經濟社會高質量發展的總路線,一系列頂層設計相繼出臺,將我國數據中心產業從高速發展推向了高質量發展的新階段。相應地,數據中心的建設模式也在發生急劇變化。

    數據中心作為數字經濟的核心基礎設施,隨著新一代信息技術快速發展并深度融入千行百業數字化轉型進程,企業及組織數據資源存儲、計算和應用的需求大幅提升,傳統數據中心正加速與云、網融合發展,加快向新型數據中心/一體化大數據中心演進。

    按照工信部《新型數據中心發展三年行動計劃(2021-2023年)》中的定義,新型數據中心是以支撐經濟社會數字轉型、智能升級、融合創新為導向,以5G、工業互聯網、云計算、人工智能等應用需求為牽引,匯聚多元數據資源、運用綠色低碳技術、具備安全可靠能力、提供高效算力服務、賦能千行百業應用的新型基礎設施,具有高技術、高算力、高能效、高安全的特征。

    以終為始倒推,新時期的新型數據中心該怎么建設呢?在目前主流的兩種數據中心建設模式中,超融合模式的呼聲日漸升高。IDC的調查報告顯示,有67%的企業受訪者考慮或正在使用超融合構建數據中心。Gartner的調研數據也顯示,2023年將有70%的政府和企業采納超融合基礎機構。

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    數據中心兩種建設方式,超融合占據半壁江山

    當前,數據中心一般有兩種建設模式。

    第一種是傳統模式,即計算、存儲、網絡分層建設。這種模式的優勢是架構清晰,便于分開采購,避免廠商綁定。存在的問題是擴展困難,運維復雜,廠商間責任界面不清晰。特別是隨著企業業務上云加速數字化轉型后,這種模式的弊端更加凸顯。

    第二種是超融合數據中心模式,即在同一套單元設備內融合計算、存儲和網絡等資源,模塊化橫向擴展形成統一的資源池。超融合并非新的概念,十年前針對傳統數據中心建設中的種種問題,超融合模式就被提出來,并在應用中不斷進化。在這種模式下,硬件基礎設施的選擇和組合難度大幅下降,而且企業也不需要一開始就不現實地規劃3~5年的IT需求,而是可以以較小的投資開啟數據中心的建設,后期根據需求逐步擴展。

    眼下,企業數字化轉型加速,業務的敏捷創新成為企業發展的關鍵,同時“雙碳”戰略下IT資源的集約化發展以及綠色節能成為強需求,超融合基礎設施憑借敏捷彈性、資源高效、管理極簡等特征,越來越成為企業部署數據中心的重要選擇。

    超融合不只適合中小數據中心,商業數據中心也是主戰場

    提起超融合,大家可能有一個誤解,覺得它只能用于構建中小數據中心,不適合建設大型數據中心。的確,對于中小數據中心,超融合是主流選擇,但這并不意味著超融合不能建設大型數據中心。

    從技術架構上看,超融合包含四個部分,即分布式存儲、計算虛擬化、網絡虛擬化和運維管理平臺。這其中分布式存儲和計算虛擬化支持的規模取決與廠商的軟件能力,目前主流廠商提供上千節點的支持能力并不鮮見(VM的vSAN之所以限定在64節點,更多的是一種商業考慮而非技術約束)。網絡虛擬化(SDN)則更是為大型數據中心所生,一般中小型數據中心反而很難應用SDN的能力。唯一的瓶頸在于運維管理平臺,對于大型數據中心除了普通的設備管理和日常運維,更重要的是服務提供,因而這部分能力隨著運維管理平臺發展成為私有云管平臺也能得到解決。

    既然超融合支持大型數據中心不是一個技術問題,那么為什么現實中確實不少大型數據中心沒有選擇超融合模式呢?本質上是由于大型數據中心(除互聯網數據中心之外)大部分都是投資驅動,屬于筑巢引鳳的模式。這種模式下客戶最關注的反而不是業務,而是采購如何合規,避免廠商綁定。計算、網絡、存儲分層建設的傳統模式能夠很好的拆分出不同的標包,更符合采購的原則。

    當然,隨著企業數字化的迅猛發展,越來越多的商業組織開始構建大型的數據中心。在商業組織的選項里,從中小數據中心逐步成長出來大型數據中心自然是最符合業務邏輯的選擇,這也是為什么超融合數據中心在商業市場、關心性價比的市場更受歡迎的原因。Gartner在最新的報告中提出戰略預測,到2027年60%的超融合將平均分布在托管數據中心、云端和邊緣,而2021年這一比例則不到30%。這表明,超融合將快速從中小數據中心擴展到大型商業數據中心的更多場景。

    “雙碳”疊加“東數西算”,超融合架構迎來重大機遇

    除了商業驅動外,國家政策也為超融合架構成為新型數據中心主流選擇“添了一把火”,使得地方政府在投資新型數據中心/一體化大數據中心時,必須更加重視超融合架構帶來的高能效、高安全等特性。

    “30·60”碳目標不僅是中國對世界的責任承諾,更是中國經濟轉型升級的內生邏輯。數據中心是電網大負載和能源大用戶,超大規模數據中心通常需要100-150兆瓦的電網容量,國際上正在建設的超大規模數據中心已經達到300兆瓦,未來設施的平均容量還將繼續擴大。2019年,全球數據中心和數據傳輸網絡用電量占全球用電量的2%左右,我國數據中心也占到全國用電量的2%左右,且這一比例還在繼續提高,面向未來綠色低碳勢在必行。

    國家“東數西算”的提出,進一步明確要在數據中心布局、網絡、電力、能耗、算力、數據等方面進行統籌規劃,建設集約化的新型數據中心,提升數據中心的能效,構建國家算力網絡體系,這不僅是助力雙碳目標達成的重要舉措,也是對新型數據中心發展關鍵指標提出的明確要求。

    超融合架構憑借在部署、管理和升級方面的極簡,在擴展性、靈活性方面的先天優勢,以及繼承于企業存儲的高安全、高可靠能力,與新型數據中心要求的高技術、高算力、高能效、高安全特征高度匹配,使其成為新型數據中心建設的一種重要技術選擇,迎來重大發展機遇。

    超融合“上位”大型數據中心,也面臨諸多挑戰

    當然不可否認的是,“傳統”超融合在建設中大型數據中心也遇到了很多挑戰。

    首先,超融合的建設模式,一般是整體建設,計算、存儲、網絡通過軟件集成為一整套解決方案,由單一廠商來提供。這在大型數據中心的采購、建設中,往往會面臨著廠商綁定、采購合規的質疑。

    其次,超融合節點一般選擇通用服務器,存算比是固定的,這樣就會出現在數據中心出現能力瓶頸需要擴充時出現僵化浪費現象。比如只需要擴展算力時,存儲也隨著擴展;只需要擴展存儲時,算力也聯動擴展,由此帶來不必要的投資浪費。

    最后,超融合目前一般只支持塊存儲,但是數據中心的存儲越來越多的需求來自于非結構化的文件、對象和大數據存儲。此外一些新的技術應用,如AI、大數據、容器、區塊鏈等,超融合的支持度也并不理想。

    內涵和外延全面升級,超融合已然進化

    機遇與挑戰并存之下,面向中大型數據中心場景,適應新型數據中心建設要求,超融合的內涵和外延迎來全面升級,計算、存儲、網絡、平臺、管理、架構、節能各方面能力已然進化。

    首先,計算從單一的通用算力走向多樣化算力融合。應用的多元化要求算力的多元化,傳統數據中心只支持通用x86算力,面向AI應用,信創場景等,數據中心必須有多種算力并存,這要求新的超融合架構應該既能支持通用的x86超融合集群,又有支持AI場景的GPU超融合集群,還要有針對信創場景的全國產化的超融合集群,以滿足各種數據中心的應用場景。

    第二,存儲從結構化塊走向海量的非結構化數據。傳統超融合只支持分布式塊存儲,隨著大數據時代的到來,非結構化數據成為數據中心的主流,新一代超融合技術應當在當前分布式塊的基礎上,增加分布式文件、對象和HDFS的能力,通過結構化和非結構化數據共管甚至共池,一方面能夠更好的滿足數據中心的業務需求,另一方面也能通過統一存儲池,消除數據孤島,降低基礎設施建設成本。

    第三,網絡從通用網絡走向高通量網絡。新型數據中心將越來越多的承載數據密集型應用,這類應用普遍具有單次任務涉及的數據量大,任務執行過程中涉及的數據交互多,以及數據類型復雜,涉及大量非結構化數據等特點,傳統超融合的通用網絡已經無法滿足。以高通量NoF+網絡,數據直通技術和多協議互通技術為代表的網絡能力,成為對新一代超融合的關鍵要求。

    第四,平臺從虛擬化平臺走向虛擬化、容器和裸金屬平臺共生。超融合自誕生之日就和虛擬化相伴,以至于在很多客戶心目中,選擇超融合就等于選擇了虛擬化。隨著容器技術的興起,虛擬化不再成為必選,很多客戶在構建容器應用時都選擇了直接基于裸金屬服務器部署。但是容器缺乏對于資源的良好管理,安全性始終是一個問題,尤其是大量有狀態應用的容器化,數據需要進行持久化。新一代超融合必須將虛擬化和容器的能力結合起來,既保持容器的輕量化和低資源消耗,又能利用虛擬化進行計算、網絡、存儲資源的管理能力。而且從長遠來看,傳統的基于虛機的應用和新興的云原生的應用在相當長的一段時間能仍然會并存。

    第五,管理從一個中心走向多中心、中心和邊緣共管。數據中心越來越難以獨立的形式建設,“東數西算”就是一個典型的多數據中心場景——東部的數據中心承擔實時的低時延業務,西部的數據中心承接數據密集型的分析型業務,數據要在數據中心之間流動,多個數據中心需要統一管理。因此,新一代的超融合數據中心,支持多數據中心、數據中心和分支的共管以及數據流動將成為必然趨勢。

    第六,架構從以計算為中心走向以數據為中心的全融合架構。超融合的硬件基礎設施是通用服務器,物理上存算配比是固定的,如果進行水平擴展的話,存在資源浪費,這要求超融合節點也應當區分計算密集型、存儲密集型和均衡型,按照業務需求來選擇不同類型的超融合節點。另外,虛擬化和分布式存儲軟件對于資源的額外占用一直為客戶詬病,因此通過DPU卡卸載虛擬化和存儲軟件,讓客戶真正能夠回歸業務本質,組合計算資源、存儲和網絡資源,實現以數據為中心的全融合,正成為新一代超融合架構的選擇。

    最后,節能從整體數據中心節能到單柜精準節能。傳統的數據中心更多通過“加法”,即橫向堆積更多的機柜來提升數據中心的能力,帶來的結果是能耗隨著數據中心的規模增加而線性提升,降低能耗的唯一辦法只能是在環境上做文章,比如選擇氣溫更低,有冷卻水源的地點來建設數據中心。新一代超融合技術采用“乘法”的思路,即通過提升單機柜的能效,在相同資源下,能夠滿足更多算力需求,承載更多存儲需求,從而實現數據中心的能力躍升。比如,引入整柜液冷技術,將傳統的數據中心級的液冷,精細化到單機柜的液冷,單柜內的算力節點、網絡節點和存儲節點共享液冷技術,通過智能調度實現單機柜的能效最高;又如,通過數據壓縮算法,以較少的資源,存儲更多的數據,減少存儲的能耗;再如,通過引入更多閃存(同等容量的閃存盤的能耗是對應磁盤的30%),可顯著提升存儲的能效。最終實現通過提升單機柜的能效比,實現整體數據中心能效比的提升。與此同時,得益于高密算力節點和高密存儲節點的引入,數據中心的機柜數量也會大幅下降,使得數據中心建設成本以及對于自然環境的影響也會大幅下降。

    綜上,通向新型數據中心的路也許有多條,但超融合一定是最重要的一條,也是技術最有優勢的一條,值得廣大政企組織重點關注。特別對于傳統做托管數據中心的企業來說,超融合能夠做到極簡運維,易于擴展,可使他們具備類似云商的IaaS服務能力,而不是像以前那樣就做一個“風火水電”,把機架建好后只能通過租賃機架賺辛苦錢。同時對于那些想要搶抓“雙碳”和“東數西算”戰略機會的地方政府來說,超融合模式能做到單柜精準的能效控制,以更細的顆粒度提升整體數據中心能效,無疑對電網、能源和環境都更加友好,更具成本效益。

    毋庸諱言,今天的超融合已經不再是以前的超融合,得益于計算、存儲、網絡、平臺、管理、架構、節能等內涵和外延的全方位提升,已經具備了從邊緣、中小數據中心走向大型數據中心的能力,能夠服務于國家“東數西算”和“雙碳”戰略,引領新型數據中心建設,并最終賦能千行百業的數字化轉型,推動經濟社會高質量發展。


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