數據中心的增長

對于IT業界的某些人士來說，近距離探訪某處具體的數據中心其實與別的上千家數據中心并沒有什么不同：他們看起來感覺都沒什么太大的差別：一行行的機架、高架地板、無處不在的線纜以及數以百萬計的電燈構成了典型的數據中心訪問體驗，您甚至可能會認為數據中心的設計藝術現在已經被一套優良的科學所取代。

然而，對于諸如微軟、亞馬遜、谷歌這樣的云服務巨頭來說，數據中心并不是一成不變的。相反，隨著服務器變得越來越強大，電力變得越來越便宜，計算機對于電力資源的需求越來越不那么依賴，并且計算規模變得越來越大，使得一代代的數據中心也不斷發展演化。這些云服務巨頭擁有數百萬臺在不同層面上運行的服務器的數據中心，其操作運營是受到嚴密保護的，因為他們都將其數百萬臺服務器的運行方式視為自身的一項競爭優勢。

上個月，我有幸受邀成為探訪團的成員之一，得以能夠走進微軟公司位于華盛頓昆西的數據中心進行幕后一覽：零距離體驗微軟所宣稱的數據中心的演變。我們的探訪團是不允許拍照的，但微軟公司提供了一些圖像，是與我們在數據中心現場所見到的完全匹配的。下面，就請廣大讀者諸君跟隨我們來看看云計算和超大規模計算是如何改變了數據中心的運營方式的吧。

昆西：數據中心園區和云服務

美國華盛頓州的昆西不僅是華盛頓州重要的農作物產區，同時也是微軟公司的一處老式公共數據中心所在地，其始建于2006年。下圖展示的僅僅只是該占地面積達270英畝、構成了龐大的昆西數據中心園區的一部分，該數據中心園區承載了各種工作負載。 (此外，微軟Azure云服務基礎設施正在與當前設施相鄰的位置上興建，由于其當時正在建設過程中，所以我們不允許訪問該Azure云服務基礎設施)。

微軟選擇了昆西作為其數據中心園區，是因為該地區具有相對溫和的氣候，濕度低且接近哥倫比亞河，故而擁有非常便宜且豐富的水力發電的來源，以供給給其數據中心日益增長的服務器設備。而該地區的氣候條件本身又為數據中心使用絕熱冷卻提供了絕佳的機會，使得數據中心能夠通過讓外部空氣與不同程度的水混合，為數據中心園區的大多數操作空間提供冷卻需求。 (其他提供商在該地區也投資興建了數據中心，包括雅虎公司。)

事實：微軟于1989年在其位于華盛頓州雷德蒙德的公司總部投資興建了其第一處數據中心。

傳統的數據中心運營方法或所謂的 第一代數據中心

昆西數據中心的一部分就像你所能夠想象到的那樣：擁有一排排的機架、服務器和網絡設備。這些操作環境機房一般大都是通過大型空調來實現冷卻的，因為數百臺服務器風扇的散熱會使得操作環境溫度升高。(這就是為什么許多數據中心運營商會吐槽說，他們主要運行一款大型空調，順便在里面扔了幾臺電腦的原因所在了。)

在微軟所謂的 第一代 數據中心，其傳統數據中心創造了熱通道的設置，以容納來自機架上設備所散發的廢熱;這些通道都采用傳統的冷水機組，通過往高架地板傳輸冷卻空氣來實現空氣溫度的調節。當然，這些冷水機組需要消耗大量的電力資源。熱通道采用絕緣塑料密封以限制散熱。機架的前面暴露于正?？諝庵?，而不是絕緣，因此更容易被訪問，以便服務于工作或進行故障排除。這樣所導致的結果是：形成了一個服務器機房的一個傳統的模式，因為熱空氣的隔離，實現了冷卻和能源成本的顯著下降。

有趣的是，這些室內機械設備的占地面積正在不斷縮小。昆西園區的每一部分都被認為是一處具有一定兆瓦數量級的數據中心。隨著時間的推移，服務器和網絡硬件變得更高效，相應的設備將越來越多的被整合到越來越少的機器設備上，而這些硬件設備所需要的以維持其運行的電力資源也在變得越來越少。其結果是，建造一處具備一定數量兆瓦級的數據中心設施的一部分已經不再接近其容量需求了。我們參觀時所被允許看到的分隔操作空間的大部分都是空的，有凸起的高架地磚卻沒有支撐任何東西。

事實：微軟的數據中心24x7x365全天候的為200多種在線服務提供交付服務。

容器集裝箱式的服務器和網絡

在世紀之交時，微軟公司在構建新的數據中心時開始嘗試容器集裝箱化其服務器負載。微軟基本上是在一個盒子中設計了具有一定規范的數據中心，并邀請大型計算供應廠商競爭，提供一個充滿了服務器、網絡設備、電源和UPS的 pod 。而微軟公司所需要做的就是將它們接入電源，提供上游網絡的任何所需，并且當他們被交付到數據中心站點時，直接采用軟管進行冷卻。

對于這一容器集裝箱的概念有各種不同的版本和修訂，微軟將其稱為 ITPAC ，其中兩種如下圖所示。

這僅僅只是將數據中心視作為一個單一單元的開始，而不是將其視作為需要實施管理的數千臺離散的服務器 當您企業需要管理超大規模的計算時，這無疑是相當重要的一點，而微軟Azure一定是合格的分類。我們看到：微軟公司在其產品中推出了軟件定義的網絡和數據中心，但這主要是因為使用軟件定義的網絡只是企業客戶如何管理組成其在線服務的數百萬臺服務器的方式。

通過 ITPAC 訂購數千臺服務器和網絡設備，企業客戶可以輕松地忽略各個硬件設備所做的具體工作 您企業可以輕松地使用系統管理軟件重新定義路由、工作負載、故障轉移流程等等。

事實：微軟公司證實，在其數據中心有超過一百萬臺獨立的物理服務器。

ITPACS

起初，微軟(從某家大型的OEM廠商)訂購了ITPAC，并計劃將它們存儲在具有混凝土地板、安全墻壁和一個簡單的屋頂的不起眼的架構中，這將有助于保持穩定的溫度和濕度。下圖的照片顯示存儲ITPAC的初始設施。這實際上不是一個冷卻設施，事實上，該ITPACS是在屋頂安裝之前就已經投產操作了的。這是因為每臺ITPAC都有其自己的冷卻集成;其實際上是一個獨立的數據中心。一個有趣的故事是：在昆西的寒冷的冬天，當屋頂仍然打開時，雪會落下并覆蓋到這些設施的一部分上面。你在左邊看到的被添加的擋板在大部分時間用以保持自然狀態。

事實：微軟在全球范圍內擁有100多處數據中心。

擺脫建筑物

如果你將前幾代ITPAC分類為 容器服務器 ，那么您從第二波的ITPAC趨勢中所學到的教訓便是要 擺脫這種糟糕的建筑物 。在昆西數據中心園區里，安置了一排排最新一代的ITPAC，隨便被安置在混凝土地面之上。由于這些單元是獨立的，因此像在昆西這樣的具有相對溫和氣候的地方暴露于天氣和自然環境中的數據中心容器的風險非常小。

鑒于微軟已經打造了其Azure云服務，而且正在將越來越多的個人在線服務遷移到Azure平臺，該公司已經遠離了ITPAC模式。這種模型根本沒有足夠的規模來處理微軟正在經歷的云服務的增長。相反，該公司正在尋求購買成千上萬臺自定義設計的服務器作為開放式計算項目的一部分。

事實：微軟的數據中心存儲了超過30兆單獨的數據。

ITPAC內有什么?

微軟最初是為其芝加哥數據中心指定打造該ITPAC基礎架構的。該款第一代的ITPAC從來沒有在昆 西數據中心園區服務過，所以我們無法看到它，或將其與后幾代的ITPAC進行比較。然而，其概念是保持不變的。微軟表示， 把一些服務器、網絡設備和電源設備放在一個盒子里，而我們要做的就是將其連接到電源，網絡和水，所有的細節都在內部處理。

ITPAC的內部看起來像一個普通的數據中心，雖然是壓縮的。 ITPAC本身將區域隔離成熱通道和冷通道，非常類似于在上文圖片中所看到的建模的 常規 數據中心。然而，每架供應商的總體ITPAC的配置文件是不同的;一架個供應商基于集裝箱建造ITPAC，而另一家供應商所交付的ITPAC更像是臨時的建筑拖車或大型雙掛車拖車。

事實：微軟的數據中心每秒處理超過150萬次請求。

安全至上

安全性是微軟數據中心戰略的重要組成部分。因此，這個數據中心實際上是微軟的一項巨大的財產。其看起來就像各種沒有任何公司名稱或識別標記的工業建筑和發電機，所以你身處其中，并不知道你到了哪里。

要進入該數據中心園區，您必須獲得該公司的數據中心團隊的預先批準，并簽署提交一些關于禁止您泄露的內容的協議。您還必須出示政府相關機構頒發的身份證明，因此將掌握所有訪客的記錄，包括具體進出該數據中心園區的時間。在該數據中心園區內還有一些程序，我不能談論，其也是我在訪問期間必須嚴格執行的。也許其最酷的功能是巨型磁盤碎紙機，使得每塊硬盤驅動器在過時或不需要之后都會在被回收之前徹底進行處理。驅動器在離開數據中心園區之前，永遠上不能有涉及到該數據中心園區的任何數據信息。

我此前曾經參觀過一系列的數據中心，但沒有任何一家具備如此深度的安全性，并致力于這些安全措施的徹底執行。這不禁讓我想知道為什么有些人會不愿意相信主要的云服務供應商的安全性，您企業的數據中心的外部安保和內部保護能夠達到像微軟一樣的水平嗎?這真是發人深思的問題。

事實：微軟的光纖網絡是北美洲最大的光纖網絡之一，其長度可以從地球拉伸到月球來回三次。

開放計算項目和Open CloudServer

盡管微軟公司對于其數據中心業務的許多細節仍然保密，但該公司正在通過開放式計算項目(Open Compute Project)共享其在服務器設計方面的一些最佳實踐方案。OCP是由 Facebook所主導的一個合資項目，以創造最佳的服務器設計，整合電力，計算和網絡，在今天的數據中心環境打造一個具有前瞻性的配置，以利用電力和網絡交付未來的創新。微軟貢獻了Open CloudServer設計，這是一款底層系統，利用比正常的19英寸機架高的機架。根據該項目，12U底層有專用的硬連線的帶外管理，相平衡式功率電源和高效率的冷卻效率。

最終，微軟發現，為了延長其數據中心的壽命并增強其軟件定義的性質，回到標準機架式服務器是一條要走的路。其能夠更容易的更換設備和升級設備，以利用最新的電源，冷卻和網絡。事實上，在未來，昆西數據中心園區的一部分將作為Azure區域，其是以 面向未來 的概念方式設計的，以便能夠在數據中心建筑物內充分利用電力傳輸技術的進步。此外，正在開發的在線電池，使得園區中的擁有巨型電池的大操作房間在電源故障的情況下不需要保持服務器運行。

事實：自2012年以來，微軟及其數據中心一直是碳中性的，該公司正在繼續增加可再生能源(如風能，太陽能和水電)的使用組合。