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國標A級與Uptime TierIV等級的IDC機房級別對比

發布時間:2021-03-29 16:47:52

在數據中心行業,首先必須要遵守的便是《數據中心設計規范》(GB50174-2017),這是數據中心行業的國家標準,是所有數據中心設計過程中必須遵守的國家規范?!稊祿行脑O計規范》將數據中心等級劃分為A、B、C三級。

另外,伴隨著數據中心發展的,還有一些國際組織也在行業內脫穎而出,影響力遍及全世界,也給國內數據中心行業帶來了一些普遍接受的理念,其中最著名的當數TIA和Uptime Institute,他們都將數據中心劃分了4個等級(在2014年,Uptime Institute與美國通信協會(TIA)達成一致,雙方開始明確區分各自的基準體系,以避免行業混淆、明確界定責任。也就是說,TIA關于數據中心的評估體系中已經不被允許再使用“Tier”這個術語。

TIA改用了Rated-1,Rated-2,Rated-3,Rated-4。Uptime Institute依然使用TierI,TierII,TierIII,TierIV)。兩者對四個等級的核心詞是一樣的:基本需求、冗余組件、在線維護、容錯。此等級劃分已被業內廣泛接受。TIA和Uptime Institute對細節要求有些差異,在此不再展開。后文將以Uptime等級標準來與《數據中心設計規范》進行對比。

《數據中心設計規范》中對A級的規定如下:

一、A級數據中心的基礎設施宜按容錯系統配置,在電子信息系統運行期間,基礎設施應在一次意外事故后或單系統設備維護或檢修時仍能保證電子信息系統正常運行。

二、A級數據中心同時滿足下列要求時,電子信息設備的供電可采用不間斷電源系統和市電電源系統相結合的供電方式。

(1)設備或線路維護時,應保證電子信息設備正常運行;

(2)市電直接供電的電源質量應滿足電子信息設備正常運行的要求;

(3)市電接入處的功率因數應符合當地供電部門的要求;

(4)柴油發電機系統應能夠承受容性負載的影響;

(5)向公用電網注入的諧波電流分量(方均根值)不應超過現行國家標準《電能質量 公用 電網諧波》GB/T14549規定的諧波電流允許值。

三、當兩個或兩個以上地處不同區域的數據中心同時建設,互為備份,且數據實時傳輸、業務滿足連續性要求時,數據中心的基礎設施可按容錯系統配置,也可按冗余系統配置。這是A級數據中心的一種情況,主要適用于云計算數據中心、互聯網數據中心等。

暖通:采用冷凍水空調系統的A級數據中心宜設置蓄冷設施,蓄冷時間應滿足電子信息設備的運行要求;控制系統、末端冷凍水泵、空調末端風機應由不間斷電源系統供電;冷凍水供回水管路宜采用環形管網或雙供雙回方式。當水源不能可靠保證數據中心運行需要時,A級數據中心也可采用兩種冷源供應方式。

電氣:A級數據中心應由雙重電源供電,并應設置備用電源。備用電源宜采用獨立于正常電源的柴油發電機組,也可采用供電網絡中獨立于正常電源的專用饋電線路。當正常電源發生故障時,備用電源應能承擔數據中心正常運行所需要的用電負荷。

柴發:A級數據中心發電機組應連續和不限時運行,發電機組的輸出功率應滿足數據中心最大平均負荷的需要。柴油發電機應設置現場儲油裝置,儲存柴油的供應時間應按本規范附錄A的要求執行。當外部供油時間有保障時,儲存柴油的供應時間宜大于外部供油時間。

消防:A級數據中心的主機房宜設置氣體滅火系統,也可設置細水霧滅火系統。當A級數據中心內的電子信息系統在其他數據中心內安裝有承擔相同功能的備份系統時,也可設置自動噴水滅火系統。

Uptime TierIV 的基本要求:

(1)一個容錯的數據中心同時具有多個、獨立的、物理隔離的系統來提供冗余容量組件以及多個、獨立的、多種不同的、主用的分配路徑同時為關鍵環境服務。冗余容量組件和多種不同的分配路徑的配置應使‘N’容量在任何基礎設施故障后能繼續為關鍵環境提供電力和冷卻。

(2)所有 IT 設備都具有雙電源,裝置內部帶有容錯電力設計,且正確安裝,與現場架構的拓撲相匹配。如不滿足該要求則須使用轉換裝置如小型機架式轉換開關。

(3)互為備份的系統和分配路徑必須相互之間進行物理隔離(分隔),以防止任意單一事件同時對兩套系統或兩路分配路徑造成影響。

(4)要求連續供冷。連續供冷依據《數據處理環境傳熱指南, 第三版》為所有關鍵空間提供一個滿足IT設備 ASHRAE 最大溫度變化范圍的穩定環境工況。 另外,連續供冷的持續時間應該能保證持續供冷至機械系統恢復在極端環境條件下運行所提供的額定制冷量。

(5)支持‘N’容量的 12 小時現場燃料儲存。

Uptime TierIV的結果實效測試:

(1)任何容量系統、容量組件或分配元件的單一故障都不會影響關鍵環境。

(2)基礎設施的控制系統展現出對故障的自動響應的同時又能維持關鍵環境的正常運行。

(3)所有單一容量組件和分配路徑的元件都可以有計劃地從系統中移除,而且不會對任何關鍵環境造成影響。

(4)以任何理由將冗余組件和分配路徑從系統中移除時,應有足夠的容量來滿足現場需求。

(5)任何潛在的故障都必須能被檢測、被隔離并被有效控制在一定的區域范圍,同時又能維持處理關鍵負載的 N 容量。

看定義,《數據中心設計規范》A級機房的核心詞匯與Uptime TierIV機房的核心詞匯是一樣的,都是容錯。而對容錯的具體細節要求,是有所不同的。下面將分6個視角進行對比分析:

一、關于容錯(兼論市電與柴發)

《數據中心設計規范》與Uptime都是指的一次事故或單一故障。但是,它們對其中一個事件理解是不一樣的,即:正常電源(市電)中斷。市電中斷在《數據中心設計規范》中屬于一次事故。而在Uptime中,則不算事故,在市電中斷的同時,要考慮其他單點故障的發生。

這個也是根據國情不同的一個體現,由于我國的市電穩定性相對較好,《數據中心設計規范》將之視為可靠電源,兩路市電來自不同變電站,可以完全互備,再設置一路柴發電源或其他獨立于正常電源的專用饋電線路作為備用電源,我們可以理解為2N市電+1備用電源,即可滿足A級的要求。

Uptime體系根據世界各地的總體經驗,經常會發生某地大面積停電的情況,它認為市電是不穩定的,只有在自己園區內的柴發電源才是可靠的,即使園區內沒有市電接入,它也認為完全不影響數據中心等級。TierIV的柴發電源配置,需要N+1或2N臺物理隔離的柴發機組,輸出路徑為物理隔離的2N即可,對市電無要求。

總體來說,國標從國情出發,再考慮經濟性因素,并未把柴發列為關鍵組件,轉而把市電接入列為了關鍵組件。而Uptime恰恰相反,將柴發列為了關鍵逐漸,而把市電完全視為一個隨時可能發生的事故點。

這就造成了業內設計過程中面臨的一個兩難選擇,最終結果便是,把兩邊分別不認為是關鍵點的市電和柴發全部算做關鍵點來考慮。這或許是《數據中心設計規范》與Uptime都不愿看到的結果。

二、關于不間斷電源

《數據中心設計規范》在滿足一路(N+1)UPS和一路市電供電即可實現機房的A級配置。而在常規2N供電的情況下,Uptime TierIV則要求必須滿足2N的UPS配置。

此部分的不同要求,也是國標對經濟性的比較,以降低數據中心總體擁有成本而做出的規定。畢竟UPS系統包括其電池、開關柜等所需的造價不低,在滿足一些條件后,節省此部分的成本還是有非常大意義的。

現在一些大型互聯網企業主流都在采用這種一路不間斷電源和一路市電的配電方式。

但是,大部分的IDC數據中心,迫于市場要求的壓力,主流還是兩路不間斷電源配電的方式,雖然這些IDC企業參照的標準是Uptime TierIII。畢竟有這個2N配置的UPS額外的大投資,所以會有很多人宣傳所謂的T3+,導致T3+在數據中心行業大行其道,連Uptime也不得不每次都在其講課或者公開論壇會議上批駁這個錯誤理念。

三、關于數據中心內數據、業務對等級的影響

Uptime對數據中心內部的數據、業務等內容不做任何要求。而《數據中心設計規范》3.2.3的規定,大概意思可理解為:考慮數據、業務的互備,兩個B級互備數據中心可以作為A級數據中心來看待。

關于此點,《數據中心設計規范》考慮的范圍更加寬泛,參考了其他方面的要求,為國內金融行業兩地三中心的數據中心常規做法提供了等級定位的支持。不過,就總體投資來說,兩個完全互備的B級數據中心,其成本遠大于相同IT容量的A級數據中心。

四、關于多路徑及物理隔離

《數據中心設計規范》與Uptime都對數據中心做了雙電源供電的規定。

《數據中心設計規范》中規定:冷凍水供回水管路宜采用環形管網或雙供雙回方式。Uptime沒有像國標一樣針對各專業提出具體要求,而是統一對數據中心架構提出了多種不同的分配路徑的要求,也就是冷凍水供回水管路也需要多路徑。

《數據中心設計規范》中沒有明確提出物理隔離的要求。而Uptime明確規定了互為備份的系統或分配路徑要進行物理隔離。

由以上可知,《數據中心設計規范》對物理隔離沒有做規定,所以接受冷凍水環形管網的布置形式,這個應該是因為對故障場景的考慮范圍不一樣,國標考慮的故障場景是,系統路徑或附件,由于環境或自身原因,而發生的故障。也就是對一次意外事故的設定局限在一個系統或一個路徑內。

而Uptime考慮的單一故障,則擴展到了同時對兩套系統或兩路分配路徑造成影響的故障可能會在沒有進行物理隔離防護的同一走廊等空間內發生,所以提出了物理隔離的要求。

對多路徑和物理隔離的要求方面,Uptime要比《數據中心設計規范》的高。

五、關于柴發

《數據中心設計規范》A級數據中心發電機組并不是必選項,在滿足一定條件的情況下,可以用其他電源作為備用電源。但是,如果采用柴發作為備用電源,則柴發機組應連續和不限時運行,發電機組的輸出功率應滿足數據中心最大平均負荷的需要。

Uptime TierIV要求柴發要能連續運行,也就是功率級引擎式發電機能夠在不限小時數內以額定千瓦運行。

兩者對柴發的要求都是連續運行,也就是柴發選型都要按持續功率來進行。以前大家都是按照主用功率來選取的柴發機組,這是無法滿足數據中心A級機房和Uptime TierIV的要求的。

再看柴發的柴油儲備,都明確要求儲油時間為12小時,唯一的區別是,國標有額外的補充措施:當外部供油時間有保障時,儲存柴油的供應時間宜大于外部供油時間。這也就意味著外部供油的時效性將決定儲油時間,如果在柴油供油便利地區,園區儲油時間可縮短;如果在柴油供油困難地區,園區儲油時間將不得不延長。

六、關于消防

《數據中心設計規范》A級機房對消防提出了明確的要求。

Uptime TierIV對消防的要求如下:消防火警、火災撲救或緊急斷電 (EPO) 功能性的操作可能會造成數據中心運行中斷。也就是Uptime對消防系統不做考察。

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