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国标A级与Uptime TierIV等级的IDC机房级别对比

发布时间:2021-03-29 16:47:52

在数据中心行业,首先必须要遵守的便是《数据中心设计规范》(GB50174-2017),这是数据中心行业的国家标准,是所有数据中心设计过程中必须遵守的国家规范。《数据中心设计规范》将数据中心等级划分为A、B、C三级。

另外,伴随着数据中心发展的,还有一些国际组织也在行业内脱颖而出,影响力遍及全世界,也给国内数据中心行业带来了一些普遍接受的理念,其中最著名的当数TIA和Uptime Institute,他们都将数据中心划分了4个等级(在2014年,Uptime Institute与美国通信协会(TIA)达成一致,双方开始明确区分各自的基准体系,以避免行业混淆、明确界定责任。也就是说,TIA关于数据中心的评估体系中已经不被允许再使用“Tier”这个术语。

TIA改用了Rated-1,Rated-2,Rated-3,Rated-4。Uptime Institute依然使用TierI,TierII,TierIII,TierIV)。两者对四个等级的核心词是一样的:基本需求、冗余组件、在线维护、容错。此等级划分已被业内广泛接受。TIA和Uptime Institute对细节要求有些差异,在此不再展开。后文将以Uptime等级标准来与《数据中心设计规范》进行对比。

《数据中心设计规范》中对A级的规定如下:

一、A级数据中心的基础设施宜按容错系统配置,在电子信息系统运行期间,基础设施应在一次意外事故后或单系统设备维护或检修时仍能保证电子信息系统正常运行。

二、A级数据中心同时满足下列要求时,电子信息设备的供电可采用不间断电源系统和市电电源系统相结合的供电方式。

(1)设备或线路维护时,应保证电子信息设备正常运行;

(2)市电直接供电的电源质量应满足电子信息设备正常运行的要求;

(3)市电接入处的功率因数应符合当地供电部门的要求;

(4)柴油发电机系统应能够承受容性负载的影响;

(5)向公用电网注入的谐波电流分量(方均根值)不应超过现行国家标准《电能质量 公用 电网谐波》GB/T14549规定的谐波电流允许值。

三、当两个或两个以上地处不同区域的数据中心同时建设,互为备份,且数据实时传输、业务满足连续性要求时,数据中心的基础设施可按容错系统配置,也可按冗余系统配置。这是A级数据中心的一种情况,主要适用于云计算数据中心、互联网数据中心等。

暖通:采用冷冻水空调系统的A级数据中心宜设置蓄冷设施,蓄冷时间应满足电子信息设备的运行要求;控制系统、末端冷冻水泵、空调末端风机应由不间断电源系统供电;冷冻水供回水管路宜采用环形管网或双供双回方式。当水源不能可靠保证数据中心运行需要时,A级数据中心也可采用两种冷源供应方式。

电气:A级数据中心应由双重电源供电,并应设置备用电源。备用电源宜采用独立于正常电源的柴油发电机组,也可采用供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路。当正常电源发生故障时,备用电源应能承担数据中心正常运行所需要的用电负荷。

柴发:A级数据中心发电机组应连续和不限时运行,发电机组的输出功率应满足数据中心最大平均负荷的需要。柴油发电机应设置现场储油装置,储存柴油的供应时间应按本规范附录A的要求执行。当外部供油时间有保障时,储存柴油的供应时间宜大于外部供油时间。

消防:A级数据中心的主机房宜设置气体灭火系统,也可设置细水雾灭火系统。当A级数据中心内的电子信息系统在其他数据中心内安装有承担相同功能的备份系统时,也可设置自动喷水灭火系统。

Uptime TierIV 的基本要求:

(1)一个容错的数据中心同时具有多个、独立的、物理隔离的系统来提供冗余容量组件以及多个、独立的、多种不同的、主用的分配路径同时为关键环境服务。冗余容量组件和多种不同的分配路径的配置应使‘N’容量在任何基础设施故障后能继续为关键环境提供电力和冷却。

(2)所有 IT 设备都具有双电源,装置内部带有容错电力设计,且正确安装,与现场架构的拓扑相匹配。如不满足该要求则须使用转换装置如小型机架式转换开关。

(3)互为备份的系统和分配路径必须相互之间进行物理隔离(分隔),以防止任意单一事件同时对两套系统或两路分配路径造成影响。

(4)要求连续供冷。连续供冷依据《数据处理环境传热指南, 第三版》为所有关键空间提供一个满足IT设备 ASHRAE 最大温度变化范围的稳定环境工况。 另外,连续供冷的持续时间应该能保证持续供冷至机械系统恢复在极端环境条件下运行所提供的额定制冷量。

(5)支持‘N’容量的 12 小时现场燃料储存。

Uptime TierIV的结果实效测试:

(1)任何容量系统、容量组件或分配元件的单一故障都不会影响关键环境。

(2)基础设施的控制系统展现出对故障的自动响应的同时又能维持关键环境的正常运行。

(3)所有单一容量组件和分配路径的元件都可以有计划地从系统中移除,而且不会对任何关键环境造成影响。

(4)以任何理由将冗余组件和分配路径从系统中移除时,应有足够的容量来满足现场需求。

(5)任何潜在的故障都必须能被检测、被隔离并被有效控制在一定的区域范围,同时又能维持处理关键负载的 N 容量。

看定义,《数据中心设计规范》A级机房的核心词汇与Uptime TierIV机房的核心词汇是一样的,都是容错。而对容错的具体细节要求,是有所不同的。下面将分6个视角进行对比分析:

一、关于容错(兼论市电与柴发)

《数据中心设计规范》与Uptime都是指的一次事故或单一故障。但是,它们对其中一个事件理解是不一样的,即:正常电源(市电)中断。市电中断在《数据中心设计规范》中属于一次事故。而在Uptime中,则不算事故,在市电中断的同时,要考虑其他单点故障的发生。

这个也是根据国情不同的一个体现,由于我国的市电稳定性相对较好,《数据中心设计规范》将之视为可靠电源,两路市电来自不同变电站,可以完全互备,再设置一路柴发电源或其他独立于正常电源的专用馈电线路作为备用电源,我们可以理解为2N市电+1备用电源,即可满足A级的要求。

Uptime体系根据世界各地的总体经验,经常会发生某地大面积停电的情况,它认为市电是不稳定的,只有在自己园区内的柴发电源才是可靠的,即使园区内没有市电接入,它也认为完全不影响数据中心等级。TierIV的柴发电源配置,需要N+1或2N台物理隔离的柴发机组,输出路径为物理隔离的2N即可,对市电无要求。

总体来说,国标从国情出发,再考虑经济性因素,并未把柴发列为关键组件,转而把市电接入列为了关键组件。而Uptime恰恰相反,将柴发列为了关键逐渐,而把市电完全视为一个随时可能发生的事故点。

这就造成了业内设计过程中面临的一个两难选择,最终结果便是,把两边分别不认为是关键点的市电和柴发全部算做关键点来考虑。这或许是《数据中心设计规范》与Uptime都不愿看到的结果。

二、关于不间断电源

《数据中心设计规范》在满足一路(N+1)UPS和一路市电供电即可实现机房的A级配置。而在常规2N供电的情况下,Uptime TierIV则要求必须满足2N的UPS配置。

此部分的不同要求,也是国标对经济性的比较,以降低数据中心总体拥有成本而做出的规定。毕竟UPS系统包括其电池、开关柜等所需的造价不低,在满足一些条件后,节省此部分的成本还是有非常大意义的。

现在一些大型互联网企业主流都在采用这种一路不间断电源和一路市电的配电方式。

但是,大部分的IDC数据中心,迫于市场要求的压力,主流还是两路不间断电源配电的方式,虽然这些IDC企业参照的标准是Uptime TierIII。毕竟有这个2N配置的UPS额外的大投资,所以会有很多人宣传所谓的T3+,导致T3+在数据中心行业大行其道,连Uptime也不得不每次都在其讲课或者公开论坛会议上批驳这个错误理念。

三、关于数据中心内数据、业务对等级的影响

Uptime对数据中心内部的数据、业务等内容不做任何要求。而《数据中心设计规范》3.2.3的规定,大概意思可理解为:考虑数据、业务的互备,两个B级互备数据中心可以作为A级数据中心来看待。

关于此点,《数据中心设计规范》考虑的范围更加宽泛,参考了其他方面的要求,为国内金融行业两地三中心的数据中心常规做法提供了等级定位的支持。不过,就总体投资来说,两个完全互备的B级数据中心,其成本远大于相同IT容量的A级数据中心。

四、关于多路径及物理隔离

《数据中心设计规范》与Uptime都对数据中心做了双电源供电的规定。

《数据中心设计规范》中规定:冷冻水供回水管路宜采用环形管网或双供双回方式。Uptime没有像国标一样针对各专业提出具体要求,而是统一对数据中心架构提出了多种不同的分配路径的要求,也就是冷冻水供回水管路也需要多路径。

《数据中心设计规范》中没有明确提出物理隔离的要求。而Uptime明确规定了互为备份的系统或分配路径要进行物理隔离。

由以上可知,《数据中心设计规范》对物理隔离没有做规定,所以接受冷冻水环形管网的布置形式,这个应该是因为对故障场景的考虑范围不一样,国标考虑的故障场景是,系统路径或附件,由于环境或自身原因,而发生的故障。也就是对一次意外事故的设定局限在一个系统或一个路径内。

而Uptime考虑的单一故障,则扩展到了同时对两套系统或两路分配路径造成影响的故障可能会在没有进行物理隔离防护的同一走廊等空间内发生,所以提出了物理隔离的要求。

对多路径和物理隔离的要求方面,Uptime要比《数据中心设计规范》的高。

五、关于柴发

《数据中心设计规范》A级数据中心发电机组并不是必选项,在满足一定条件的情况下,可以用其他电源作为备用电源。但是,如果采用柴发作为备用电源,则柴发机组应连续和不限时运行,发电机组的输出功率应满足数据中心最大平均负荷的需要。

Uptime TierIV要求柴发要能连续运行,也就是功率级引擎式发电机能够在不限小时数内以额定千瓦运行。

两者对柴发的要求都是连续运行,也就是柴发选型都要按持续功率来进行。以前大家都是按照主用功率来选取的柴发机组,这是无法满足数据中心A级机房和Uptime TierIV的要求的。

再看柴发的柴油储备,都明确要求储油时间为12小时,唯一的区别是,国标有额外的补充措施:当外部供油时间有保障时,储存柴油的供应时间宜大于外部供油时间。这也就意味着外部供油的时效性将决定储油时间,如果在柴油供油便利地区,园区储油时间可缩短;如果在柴油供油困难地区,园区储油时间将不得不延长。

六、关于消防

《数据中心设计规范》A级机房对消防提出了明确的要求。

Uptime TierIV对消防的要求如下:消防火警、火灾扑救或紧急断电 (EPO) 功能性的操作可能会造成数据中心运行中断。也就是Uptime对消防系统不做考察。

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