新型數(shù)據(jù)中心建設(shè)面面觀：超融合“上位”，能力全進(jìn)化

極客網(wǎng)·極客觀察（朱飛）12月29日 “新基建”、“東數(shù)西算”、新型數(shù)據(jù)中心、“雙碳”戰(zhàn)略……從2020年至2021年，為匹配“十四五”期間以數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展推動經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展的總路線，一系列頂層設(shè)計(jì)相繼出臺，將我國數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)從高速發(fā)展推向了高質(zhì)量發(fā)展的新階段。相應(yīng)地，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)模式也在發(fā)生急劇變化。

數(shù)據(jù)中心作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的核心基礎(chǔ)設(shè)施，隨著新一代信息技術(shù)快速發(fā)展并深度融入千行百業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程，企業(yè)及組織數(shù)據(jù)資源存儲、計(jì)算和應(yīng)用的需求大幅提升，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心正加速與云、網(wǎng)融合發(fā)展，加快向新型數(shù)據(jù)中心/一體化大數(shù)據(jù)中心演進(jìn)。

按照工信部《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計(jì)劃（2021-2023年）》中的定義，新型數(shù)據(jù)中心是以支撐經(jīng)濟(jì)社會數(shù)字轉(zhuǎn)型、智能升級、融合創(chuàng)新為導(dǎo)向，以5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等應(yīng)用需求為牽引，匯聚多元數(shù)據(jù)資源、運(yùn)用綠色低碳技術(shù)、具備安全可靠能力、提供高效算力服務(wù)、賦能千行百業(yè)應(yīng)用的新型基礎(chǔ)設(shè)施，具有高技術(shù)、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(shù)據(jù)中心該怎么建設(shè)呢？在目前主流的兩種數(shù)據(jù)中心建設(shè)模式中，超融合模式的呼聲日漸升高。IDC的調(diào)查報(bào)告顯示，有67%的企業(yè)受訪者考慮或正在使用超融合構(gòu)建數(shù)據(jù)中心。Gartner的調(diào)研數(shù)據(jù)也顯示，2023年將有70%的政府和企業(yè)采納超融合基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)。

數(shù)據(jù)中心兩種建設(shè)方式，超融合占據(jù)半壁江山

當(dāng)前，數(shù)據(jù)中心一般有兩種建設(shè)模式。

第一種是傳統(tǒng)模式，即計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)分層建設(shè)。這種模式的優(yōu)勢是架構(gòu)清晰，便于分開采購，避免廠商綁定。存在的問題是擴(kuò)展困難，運(yùn)維復(fù)雜，廠商間責(zé)任界面不清晰。特別是隨著企業(yè)業(yè)務(wù)上云加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型后，這種模式的弊端更加凸顯。

第二種是超融合數(shù)據(jù)中心模式，即在同一套單元設(shè)備內(nèi)融合計(jì)算、存儲和網(wǎng)絡(luò)等資源，模塊化橫向擴(kuò)展形成統(tǒng)一的資源池。超融合并非新的概念，十年前針對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)中的種種問題，超融合模式就被提出來，并在應(yīng)用中不斷進(jìn)化。在這種模式下，硬件基礎(chǔ)設(shè)施的選擇和組合難度大幅下降，而且企業(yè)也不需要一開始就不現(xiàn)實(shí)地規(guī)劃3~5年的IT需求，而是可以以較小的投資開啟數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，后期根據(jù)需求逐步擴(kuò)展。

眼下，企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型加速，業(yè)務(wù)的敏捷創(chuàng)新成為企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，同時“雙碳”戰(zhàn)略下IT資源的集約化發(fā)展以及綠色節(jié)能成為強(qiáng)需求，超融合基礎(chǔ)設(shè)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(yè)部署數(shù)據(jù)中心的重要選擇。

超融合不只適合中小數(shù)據(jù)中心，商業(yè)數(shù)據(jù)中心也是主戰(zhàn)場

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

從技術(shù)架構(gòu)上看，超融合包含四個部分，即分布式存儲、計(jì)算虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化和運(yùn)維管理平臺。這其中分布式存儲和計(jì)算虛擬化支持的規(guī)模取決與廠商的軟件能力，目前主流廠商提供上千節(jié)點(diǎn)的支持能力并不鮮見（VM的vSAN之所以限定在64節(jié)點(diǎn)，更多的是一種商業(yè)考慮而非技術(shù)約束）。網(wǎng)絡(luò)虛擬化（SDN）則更是為大型數(shù)據(jù)中心所生，一般中小型數(shù)據(jù)中心反而很難應(yīng)用SDN的能力。唯一的瓶頸在于運(yùn)維管理平臺，對于大型數(shù)據(jù)中心除了普通的設(shè)備管理和日常運(yùn)維，更重要的是服務(wù)提供，因而這部分能力隨著運(yùn)維管理平臺發(fā)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(shù)據(jù)中心不是一個技術(shù)問題，那么為什么現(xiàn)實(shí)中確實(shí)不少大型數(shù)據(jù)中心沒有選擇超融合模式呢？本質(zhì)上是由于大型數(shù)據(jù)中心（除互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心之外）大部分都是投資驅(qū)動，屬于筑巢引鳳的模式。這種模式下客戶最關(guān)注的反而不是業(yè)務(wù)，而是采購如何合規(guī)，避免廠商綁定。計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲分層建設(shè)的傳統(tǒng)模式能夠很好的拆分出不同的標(biāo)包，更符合采購的原則。

當(dāng)然，隨著企業(yè)數(shù)字化的迅猛發(fā)展，越來越多的商業(yè)組織開始構(gòu)建大型的數(shù)據(jù)中心。在商業(yè)組織的選項(xiàng)里，從中小數(shù)據(jù)中心逐步成長出來大型數(shù)據(jù)中心自然是最符合業(yè)務(wù)邏輯的選擇，這也是為什么超融合數(shù)據(jù)中心在商業(yè)市場、關(guān)心性價比的市場更受歡迎的原因。Gartner在最新的報(bào)告中提出戰(zhàn)略預(yù)測，到2027年60%的超融合將平均分布在托管數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心擴(kuò)展到大型商業(yè)數(shù)據(jù)中心的更多場景。

“雙碳”疊加“東數(shù)西算”，超融合架構(gòu)迎來重大機(jī)遇

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

“30·60”碳目標(biāo)不僅是中國對世界的責(zé)任承諾，更是中國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級的內(nèi)生邏輯。數(shù)據(jù)中心是電網(wǎng)大負(fù)載和能源大用戶，超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心通常需要100-150兆瓦的電網(wǎng)容量，國際上正在建設(shè)的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心已經(jīng)達(dá)到300兆瓦，未來設(shè)施的平均容量還將繼續(xù)擴(kuò)大。2019年，全球數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)用電量占全球用電量的2%左右，我國數(shù)據(jù)中心也占到全國用電量的2%左右，且這一比例還在繼續(xù)提高，面向未來綠色低碳勢在必行。

國家“東數(shù)西算”的提出，進(jìn)一步明確要在數(shù)據(jù)中心布局、網(wǎng)絡(luò)、電力、能耗、算力、數(shù)據(jù)等方面進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，建設(shè)集約化的新型數(shù)據(jù)中心，提升數(shù)據(jù)中心的能效，構(gòu)建國家算力網(wǎng)絡(luò)體系，這不僅是助力雙碳目標(biāo)達(dá)成的重要舉措，也是對新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展關(guān)鍵指標(biāo)提出的明確要求。

超融合架構(gòu)憑借在部署、管理和升級方面的極簡，在擴(kuò)展性、靈活性方面的先天優(yōu)勢，以及繼承于企業(yè)存儲的高安全、高可靠能力，與新型數(shù)據(jù)中心要求的高技術(shù)、高算力、高能效、高安全特征高度匹配，使其成為新型數(shù)據(jù)中心建設(shè)的一種重要技術(shù)選擇，迎來重大發(fā)展機(jī)遇。

超融合“上位”大型數(shù)據(jù)中心，也面臨諸多挑戰(zhàn)

當(dāng)然不可否認(rèn)的是，“傳統(tǒng)”超融合在建設(shè)中大型數(shù)據(jù)中心也遇到了很多挑戰(zhàn)。

首先，超融合的建設(shè)模式，一般是整體建設(shè)，計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)中心的采購、建設(shè)中，往往會面臨著廠商綁定、采購合規(guī)的質(zhì)疑。

其次，超融合節(jié)點(diǎn)一般選擇通用服務(wù)器，存算比是固定的，這樣就會出現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心出現(xiàn)能力瓶頸需要擴(kuò)充時出現(xiàn)僵化浪費(fèi)現(xiàn)象。比如只需要擴(kuò)展算力時，存儲也隨著擴(kuò)展；只需要擴(kuò)展存儲時，算力也聯(lián)動擴(kuò)展，由此帶來不必要的投資浪費(fèi)。

最后，超融合目前一般只支持塊存儲，但是數(shù)據(jù)中心的存儲越來越多的需求來自于非結(jié)構(gòu)化的文件、對象和大數(shù)據(jù)存儲。此外一些新的技術(shù)應(yīng)用，如AI、大數(shù)據(jù)、容器、區(qū)塊鏈等，超融合的支持度也并不理想。

內(nèi)涵和外延全面升級，超融合已然進(jìn)化

機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存之下，面向中大型數(shù)據(jù)中心場景，適應(yīng)新型數(shù)據(jù)中心建設(shè)要求，超融合的內(nèi)涵和外延迎來全面升級，計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、平臺、管理、架構(gòu)、節(jié)能各方面能力已然進(jìn)化。

首先，計(jì)算從單一的通用算力走向多樣化算力融合。應(yīng)用的多元化要求算力的多元化，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心只支持通用x86算力，面向AI應(yīng)用，信創(chuàng)場景等，數(shù)據(jù)中心必須有多種算力并存，這要求新的超融合架構(gòu)應(yīng)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(chuàng)場景的全國產(chǎn)化的超融合集群，以滿足各種數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用場景。

第二，存儲從結(jié)構(gòu)化塊走向海量的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)超融合只支持分布式塊存儲，隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)成為數(shù)據(jù)中心的主流，新一代超融合技術(shù)應(yīng)當(dāng)在當(dāng)前分布式塊的基礎(chǔ)上，增加分布式文件、對象和HDFS的能力，通過結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)共管甚至共池，一方面能夠更好的滿足數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)需求，另一方面也能通過統(tǒng)一存儲池，消除數(shù)據(jù)孤島，降低基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本。

第三，網(wǎng)絡(luò)從通用網(wǎng)絡(luò)走向高通量網(wǎng)絡(luò)。新型數(shù)據(jù)中心將越來越多的承載數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用，這類應(yīng)用普遍具有單次任務(wù)涉及的數(shù)據(jù)量大，任務(wù)執(zhí)行過程中涉及的數(shù)據(jù)交互多，以及數(shù)據(jù)類型復(fù)雜，涉及大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)等特點(diǎn)，傳統(tǒng)超融合的通用網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無法滿足。以高通量NoF+網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)直通技術(shù)和多協(xié)議互通技術(shù)為代表的網(wǎng)絡(luò)能力，成為對新一代超融合的關(guān)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(shù)的興起，虛擬化不再成為必選，很多客戶在構(gòu)建容器應(yīng)用時都選擇了直接基于裸金屬服務(wù)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(tài)應(yīng)用的容器化，數(shù)據(jù)需要進(jìn)行持久化。新一代超融合必須將虛擬化和容器的能力結(jié)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(jìn)行計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲資源的管理能力。而且從長遠(yuǎn)來看，傳統(tǒng)的基于虛機(jī)的應(yīng)用和新興的云原生的應(yīng)用在相當(dāng)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(shù)據(jù)中心越來越難以獨(dú)立的形式建設(shè)，“東數(shù)西算”就是一個典型的多數(shù)據(jù)中心場景——東部的數(shù)據(jù)中心承擔(dān)實(shí)時的低時延業(yè)務(wù)，西部的數(shù)據(jù)中心承接數(shù)據(jù)密集型的分析型業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)要在數(shù)據(jù)中心之間流動，多個數(shù)據(jù)中心需要統(tǒng)一管理。因此，新一代的超融合數(shù)據(jù)中心，支持多數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)中心和分支的共管以及數(shù)據(jù)流動將成為必然趨勢。

第六，架構(gòu)從以計(jì)算為中心走向以數(shù)據(jù)為中心的全融合架構(gòu)。超融合的硬件基礎(chǔ)設(shè)施是通用服務(wù)器，物理上存算配比是固定的，如果進(jìn)行水平擴(kuò)展的話，存在資源浪費(fèi)，這要求超融合節(jié)點(diǎn)也應(yīng)當(dāng)區(qū)分計(jì)算密集型、存儲密集型和均衡型，按照業(yè)務(wù)需求來選擇不同類型的超融合節(jié)點(diǎn)。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(yè)務(wù)本質(zhì)，組合計(jì)算資源、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)為中心的全融合，正成為新一代超融合架構(gòu)的選擇。

最后，節(jié)能從整體數(shù)據(jù)中心節(jié)能到單柜精準(zhǔn)節(jié)能。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心更多通過“加法”，即橫向堆積更多的機(jī)柜來提升數(shù)據(jù)中心的能力，帶來的結(jié)果是能耗隨著數(shù)據(jù)中心的規(guī)模增加而線性提升，降低能耗的唯一辦法只能是在環(huán)境上做文章，比如選擇氣溫更低，有冷卻水源的地點(diǎn)來建設(shè)數(shù)據(jù)中心。新一代超融合技術(shù)采用“乘法”的思路，即通過提升單機(jī)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的能力躍升。比如，引入整柜液冷技術(shù)，將傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心級的液冷，精細(xì)化到單機(jī)柜的液冷，單柜內(nèi)的算力節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和存儲節(jié)點(diǎn)共享液冷技術(shù)，通過智能調(diào)度實(shí)現(xiàn)單機(jī)柜的能效最高；又如，通過數(shù)據(jù)壓縮算法，以較少的資源，存儲更多的數(shù)據(jù)，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(yīng)磁盤的30%），可顯著提升存儲的能效。最終實(shí)現(xiàn)通過提升單機(jī)柜的能效比，實(shí)現(xiàn)整體數(shù)據(jù)中心能效比的提升。與此同時，得益于高密算力節(jié)點(diǎn)和高密存儲節(jié)點(diǎn)的引入，數(shù)據(jù)中心的機(jī)柜數(shù)量也會大幅下降，使得數(shù)據(jù)中心建設(shè)成本以及對于自然環(huán)境的影響也會大幅下降。

綜上，通向新型數(shù)據(jù)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(shù)最有優(yōu)勢的一條，值得廣大政企組織重點(diǎn)關(guān)注。特別對于傳統(tǒng)做托管數(shù)據(jù)中心的企業(yè)來說，超融合能夠做到極簡運(yùn)維，易于擴(kuò)展，可使他們具備類似云商的IaaS服務(wù)能力，而不是像以前那樣就做一個“風(fēng)火水電”，把機(jī)架建好后只能通過租賃機(jī)架賺辛苦錢。同時對于那些想要搶抓“雙碳”和“東數(shù)西算”戰(zhàn)略機(jī)會的地方政府來說，超融合模式能做到單柜精準(zhǔn)的能效控制，以更細(xì)的顆粒度提升整體數(shù)據(jù)中心能效，無疑對電網(wǎng)、能源和環(huán)境都更加友好，更具成本效益。

毋庸諱言，今天的超融合已經(jīng)不再是以前的超融合，得益于計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、平臺、管理、架構(gòu)、節(jié)能等內(nèi)涵和外延的全方位提升，已經(jīng)具備了從邊緣、中小數(shù)據(jù)中心走向大型數(shù)據(jù)中心的能力，能夠服務(wù)于國家“東數(shù)西算”和“雙碳”戰(zhàn)略，引領(lǐng)新型數(shù)據(jù)中心建設(shè)，并最終賦能千行百業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，推動經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展。

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