数据中心，英文缩写为IDC，即互联网数据中心（InternetDataCenter）。之所以不直接称其为“DC”，主要是为了避免与交流电（DirectCurrent）混淆。而且，如今的数据中心普遍接入互联网，主要以互联网服务为主，所以称其为“IDC”更为准确。从功能上看，数据中心就是一个超大的机房，里面有很多很多的服务器，专门用来集中管理数据（存储、计算、交换）。据行业组织统计，2020年全球数据中心处理的数据流量将达到15.3ZB（1ZB≈10亿TB），占全球总流量的99.35%。也就是说，几乎所有的互联网数据都离不开数据中心的处理，可见其重要性。按照现在比较流行的说法，数据中心就像水厂、电厂一样是重要的基础设施。是数字经济的动力引擎，是国家和社会发展的支撑基地。数据中心的发展阶段我们先来看看数据中心的发展史。20世纪60年代，人类还处在大型机时代。当时，人们为了存放计算机系统、存储系统和电力设备，建造计算机房，称其为“服务器场”。这个“服务器场”被认为是数据中心最早的雏形。20世纪90年代，随着互联网的诞生和蓬勃发展，许多企业开始实施信息化。他们建立了自己的网站，还架设了大量的邮件、FTP、OA办公自动化等服务器。一些公司将服务器放置在企业内部的机房中。也有一些公司，因为服务器不多，但又不愿意放在办公室（噪音大，容易断电，安全性低），所以就“托管”在运营商的机房，租用运营商的场地、电量、网络带宽，让对方代为管理和维护。数据中心的早期阶段（第一阶段）由此，数据中心的概念开始逐渐形成。1996年，一家名为Exodus的美国公司（专业从事机房设施建设和带宽服务）首次提出“IDC”这个名称。这是IDC数据中心发展初期。1997年，苹果公司推出了名为“虚拟PC（VirtualPC）”的虚拟机软件。后来，VMWare也推出了现在大名鼎鼎的VMWareWorkstation，标志着虚拟机时代的到来，为数据中心的演进奠定了基础。随着时间的推移，第一代数据中心的托管服务开始细化，从完整的服务器托管延伸到网站托管，并出现了虚拟托管服务。也就是说，在某台服务器上，通过虚拟主机软件，虚拟出N个网站主机，出租给N个客户。除了网站，还出现了租用数据存储空间等各种服务。这是IDC数据中心二期。数据中心第二阶段更进一步，20世纪初，亚马逊、谷歌等公司提出云计算，将数据中心带入第三阶段（云计算阶段），延续至今。云计算阶段是第二阶段的升级演进。它利用虚拟化技术和容器技术，完全实现了数据中心服务器算力资源的池化。所有的CPU、内存、硬盘等资源都由更强大的虚拟化软件管理，然后分配给用户使用。从物理硬件租赁，演变为虚拟硬件租赁，乃至软件平台租赁和服务租赁。IaaS、PaaS、SaaS就这样出现在了我们的面前。数据中心第三阶段（云计算阶段）数据中心的结构接下来我们来看一下数据中心由哪些部分组成。小枣先生之前说数据中心就是一个大机房。因此，从硬件类型上来说，数据中心类似于我们之前经常看到的企业内部机房，只是规格、档次、管理水平高了一点。从整体上看数据中心的内部，数据中心的硬件分为两大类，即主要设备和配套设备。主体设备是真正实现计算和通信功能的设备，即以服务器、存储为代表的IT算力设备，以交换机、路由器、防火墙为代表的通信设备。附属设备是指为保证主体设备正常运行而存在的底层基础支撑设备（包括一些设施）。底层基础设施支撑设备设施分为多种类型，主要有供配电系统和散热散热系统，还有消防系统、监控系统、楼宇管理系统等。主要设备我们来看看主要设备第一的。数据中心最基本的主要设备当然是服务器了。服务器实际上是一台高性能计算机。你应该以前看过它。和台式电脑一样，包括CPU、内存、主板、硬盘、显卡（GPU）、电源等。还有PowerPC、SPARC等）。如今，随着国家政策的变化，国产CPU正在崛起，占据越来越大的份额。这些国产CPU采用的是ARM架构，性价比更高，成本更低。服务器一般放置在机架（也称为机柜）上。服务器机柜是常见的标准机柜，高度尺寸通常为42U。U是表示服务器外部尺寸的单位。它是单位的缩写。1U等于4.445cm。机架宽度为600mm或800mm。机架深度有很多种，有600mm、800mm、900mm、1000mm、1200mm等。一般来说，IT设备（服务器）机架的深度较深（1100mm或1200mm），而通讯设备的深度较浅（600毫米）。IT设备和通信设备的机柜深度是指机柜中的IT设备。除了服务器，还有磁盘阵列等专业存储设备。现在大家都在谈大数据，我们人类产生的数据量每年都在增加，这就增加了存储设备的数量和性能要求。大家应该都知道，目前主流的电脑存储硬盘分为HDD和SSD两种。HDD是我们传统的机械硬盘，SSD是逐渐普及的固态硬盘。SSD是一种存储速度快、体积小的半导体存储器，因此很受欢迎。然而，它很贵。对于数据中心，出于性价比的考虑，HDD仍然是主流选择。SSD目前主要用于对性能有要求的高端客户和服务。除了IT算力设备外，还有交换机、路由器、防火墙等数据通信设备。说到交换机，就不得不提到一个名词——TOR，TopofRack。TOR交换机是数据中心领域的常用名词。顾名思义，它的意思是架顶式交换机。这类交换机是数据中心中最底层的网络交换设备，负责连接机架内部的服务器，并与上层交换机相连。TOR交换机的位置其实机架式交换机并没有说一定要放在机架的顶部。它可以在机架的顶部，也可以在机架的中间或底部。之所以一般都放在最上面，很简单，就是因为最利于内部走线。如果架子往上走，有1排架子和N排架子。连接这些机架和服务器需要数据中心网络技术。最流行的数据中心网络架构是Spine-Leaf网络。我有一篇文章（链接）专门介绍，这里就不废话了。叶脊网络架构值得一提的是，为了以高带宽传输数据，数据中心广泛使用光纤代替网线。因此，光纤、光模块、光通信设备（OTN等）成为数据中心的重要组成部分。尤其是光模块，高速光模块（如400G）价格非常昂贵，占数据中心成本的很大一部分，制约发展。光模块还有一个流行的光通信术语，叫做DCI，即数据中心互连（DataCenterInterconnect）。现在流行分布式部署，数据中心之间的数据流量非常大，对带宽要求很高。所以运营商和云服务商搞DCI，在数据中心之间建设专用的光通信骨干网，这是一个很大的市场。我国“东数西数”涉及数据中心互联互通，对DCI相关市场的拉动作用不可忽视。光通信骨干网设备配套接下来我们来看一下数据中心的配套设备设施。先看供配电。电源是数据中心正常运行的基础。没有电，数据中心就毫无价值。数据中心配电设备的主要作用是电能的通断、控制和保护。最重要的配电设备是配电柜。数据中心配电柜分为中压配电柜和低压配电柜。中压配电柜主要为10kV电压等级，顶部接市电，底部接低压配电柜。低压配电柜主要是400V电压等级，对电能进行进一步的转换、分配、控制、保护和监测。数据中心供配电示意图（案例）数据中心低压配电柜（图片来自网络）除了配电柜，为了保证在紧急情况下正常供电，数据中心还将配备大量UPS（不间断电源）甚至柴油发电机组。“UPS+市电”是一种传统的供电方案。现在，比较流行的是“HVDC+市电”方案。HVDC是HighVoltageDirectCurrent，高压直流输电。它和UPS的区别涉及到比较复杂的强电知识，以后有机会再介绍。总之，“HVDC+市电”具有更高的可靠性和安全性，其供电效率也强于“UPS+市电”，是不间断电源的主流发展趋势。下面简单说一下-48V和220V。有ICT行业实践经验的同学都知道，服务器等IT设备通常使用220V交流电源，而核心网、无线等通信设备更多使用-48V直流电源。市电电源一般为交流电。数据中心一般同时提供-48VDC和220VAC（通过AC-DC转换和DC-AC逆变转换）。事实上，DC现在正在成为更多数据中心（如谷歌）的选择，因为DC的损耗更小，电能利用率更高，符合当前高能耗下的发展趋势。数据中心的高计算能力。让我们再看看冷却。冷却系统是数据中心中仅次于主设备的第二大耗能体。关于数据中心的功耗数据，我在《东算西算》一文中有详细介绍，这里不再赘述。目前数据中心散热主要有两种方式，一种是风冷，一种是液冷。风冷一般采用风冷空调系统。数据中心风冷空调和我们家用空调一样，也分为室内机和室外机。相对而言，技术成熟，结构简单，易于维护。液冷就是利用液体作为制冷剂来降温散热。液体的导热系数是空气的25倍，在相同体积下，液体带走的热量是空气的近3000倍。从噪音来看，在同等散热水平下，液冷的噪音要比风冷低20-35分贝。从能耗来看，液冷比风冷节电30%-50%。目前，液冷技术被业界普遍看好，但仍处于探索阶段。综合来看，液冷的市场前景十分广阔，据称市场规模超千亿。在散热散热方面，值得一提的是，机架池级、行级、机架级等近端散热方式正在兴起，成为新型数据中心的主流选择。传统的制冷是在机房层级，整个机房空调制冷。这种方式散热路径太长，效率太低，不能满足大功耗设备的散热要求，而且能耗大。机架池级、行级、机架级以一个机架池、一排机架或单个机架为中心进行散热设计。针对机柜的行级散热，在一排机柜上进行风道设计。这样，气流路径明显缩短，散热效率高。数据中心除了配电和散热降温外，还有一些与管理运维相关的设备设施，如动态环境监控系统、楼宇自控系统、消防系统等。动态环境监控是指电源和环境监控，实时监控和管理数据中心的运行状态。近年来，在传统动态环境监测系统的基础上，DCIM开始演进。DCIM的全称是DataCenterInfrastructureManagement，由知名咨询公司Garter提出。其管理范围更为全面，利用工具对数据中心内的所有IT主设备及配套基础设施进行监控、管理和控制。数据中心的消防系统比较有意思。因为机房里到处都是电子设备，如果发生火灾，切不可直接喷水、喷泡沫或喷灰尘。那么该怎么办？煤气火。火灾发生后，火灾和烟雾传感器的警铃响起，机房区域可释放氩气、氮气等惰性气体，夺走火焰中的氧气，实现灭火（可大约几十秒即可完成）。气体灭火（图片来自网络）模块化数据中心数据中心是一个庞大的系统，建设过程非常复杂繁琐，建设周期也很长。近年来，为了更快速灵活地部署数据中心，厂商纷纷引入模块化数据中心的概念。说白了，就是将数据中心的结构体系、供配电系统、暖通空调系统、消防系统、照明系统、综合布线等一一集成为“积木”。然后，“积木”运到现场后，只需简单吊装搭建即可完成施工部署。这样，大型数据中心的建设周期从18-24个月缩短到6个月左右，经济效益明显。模块化数据中心（模型）结语好了，以上就是对数据中心的介绍。前面说过，数据中心是数字时代重要的信息基础设施，是计算能力的重要载体，直接决定了国家的数字竞争力。在“东数西数”战略的推动下，国内数据中心将迎来又一波发展浪潮。据统计，2022年我国数据中心业务市场规模将达到3200.5亿元，年均复合增长率为27.0%。2025年，国内数据中心IT投资规模预计将达到7070.9亿元。除了数量激增，数据中心也在向绿色、智能方向发展，积极引入AI人工智能，以提高能源效率，降低运营复杂度。未来数据中心是否会有新的形态变化，让我们拭目以待！
