关于“数据中心”的最强入门科普

2023-12-10 1595阅读

数据中心，英文缩写为IDC，即Internet Data Center。而且，现在的数据中心普遍连接互联网，专注于互联网服务，所以称其为“IDC”更为准确。从功能上看，数据中心是一个超大的机房，有很多服务器专门负责数据的集中管理。据行业组织统计，2020年全球数据中心处理的数据流量达到15.3ZB，占全球总流量的99.35%。用流行的说法来说，数据中心就像水厂、发电厂一样，是重要的基础设施。它们是数字经济的动力，是国家和社会发展的支撑基础。我们先来看看数据中心的发展历史。这个“服务器场”被认为是数据中心最早的原型。于是，数据中心的概念开始逐渐成型。电力供应是数据中心正常运行的基础。

数据中心，英文缩写为IDC，即Internet Data Center。

之所以不直接称为“DC”，主要是为了避免与交流电（Direct Current）混淆。而且，现在的数据中心普遍连接互联网，专注于互联网服务，所以称其为“IDC”更为准确。

从功能上看，数据中心是一个超大的机房，有很多服务器专门负责数据的集中管理（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。

用流行的说法来说，数据中心就像水厂、发电厂一样，是重要的基础设施。它们是数字经济的动力，是国家和社会发展的支撑基础。

█ 数据中心的发展阶段

我们先来看看数据中心的发展历史。

20世纪60年代，人类还处于大型机时代。当时，为了存放计算机系统、存储系统和电力设备，人们建造了计算机房，并将其称为“服务器场”。

这个“服务器场”被认为是数据中心最早的原型。

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，还建设了大量的电子邮件、FTP、OA办公自动化等服务器。

有些公司将服务器放置在内部机房。也有一些公司，服务器不多，但又不愿意放在办公室（噪音大、容易停电、安全性低），于是就“托管”在运营商机房，租用运营商空间，电力和网络带宽。，让对方代你管理和维护。

于是，数据中心的概念开始逐渐成型。 1996年，一家名为Exodus（专门从事机房设施建设和带宽服务）的美国公司首先提出了“IDC”的名称。

这是IDC数据中心发展的早期阶段。

1997年，苹果公司推出了一款名为“Virtual PC”的虚拟机软件。后来VMWare还推出了现在大名鼎鼎的VMWare Workstation，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，第一代数据中心托管服务开始变得更加精细，从完整的服务器托管扩展到网站托管和虚拟托管服务。

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。

除网站外，数据存储空间租赁等多元化服务也应运而生。这是IDC数据中心的第二阶段。

后来，20世纪初，亚马逊、谷歌等公司提出了云计算，从而使数据中心进入了第三阶段（云计算阶段），并延续至今。

云计算阶段是升级演进的第二个阶段。它利用虚拟化技术和容器技术，完全实现数据中心服务器计算资源池化。所有CPU、内存、硬盘等资源都由更强大的虚拟化软件进行管理，然后分配给用户。

它已经从物理硬件租赁发展到虚拟硬件租赁，甚至软件平台租赁和服务租赁。 IaaS、PaaS、SaaS，就这样出现在我们面前。

█ 数据中心架构

接下来我们看看数据中心由哪些部分组成。

数据中心是一个大型计算机房。因此，从硬件类型上来说，数据中心与我们以前经常看到的企业内部机房类似，但规格、档次和管理水平更高。

总体而言，数据中心硬件分为两类，即主体设备和配套设备。

主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计算设备和以交换机、路由器、防火墙为代表的通信设备。

配套设备是指为保证主要设备正常运行而存在的底层基础保障设备（也包括一些设施）。

底层基础配套设备设施分为多种，主要是供配电系统和散热制冷系统，还有消防系统、监控系统、楼宇管理系统等。

主要装置

我们先来看看主要设备。

数据中心最基本的主要设备当然是服务器。服务器实际上是一台高性能计算机。大家应该都看过。它和台式电脑一样，包括CPU、内存、主板、硬盘、显卡（GPU）、电源等。

过去的服务器基本都是基于Intel架构的（更早的还有PowerPC、SPARC等）。如今，随着国家政策的变化，国产CPU崛起，占据的份额越来越大。这些国产CPU采用ARM架构，性价比更高，成本更低。

华为芯片Hi1620（数据中心ARM架构处理器）

服务器通常放置在机架（也称为机柜）上。

服务器机架

常见的标准机架高度通常为42U。 U是表示服务器外部尺寸的单位，是unit的缩写。 1U等于4.445cm。至于机架宽度，有600mm或800mm。

机架深度有多种，包括600mm、800mm、900mm、1000mm、1200mm等。一般来说，IT设备（服务器）机架较深（1100mm或1200mm），而通信设备机架较浅（600mm）。

IT设备与通信设备机架深度对比

机架内的IT设备除了服务器之外，还包括磁盘阵列等专业存储设备。

如今，大数据无处不在。我们人类产生的数据量每年都在增加，这也提高了存储设备的数量和性能要求。

大家应该知道，目前主流的电脑存储硬盘分为两种：HDD和SSD。 HDD是我们传统的机械硬盘，而SSD则是逐渐普及的固态硬盘。

SSD是一种半导体存储器，存储速度快，体积小，因此很受欢迎。然而，它很昂贵。对于数据中心来说，出于成本效益的考虑，HDD仍然是主流选择。 SSD目前主要用于高端客户和需要高性能的企业。

除了IT计算设备外，还有交换机、路由器、防火墙等数据通信设备。

说到交换机，就必须提到一个术语——TOR，Top of Rack。

TOR交换机是数据中心领域的常用术语。顾名思义，就是机架顶部的交换机。此类交换机是数据中心最底层的网络交换设备。它负责连接机架内的服务器并连接到上层交换机。

TOR 开关位置

其实机架交换机并没有说一定要放在机架顶部。它可以位于机架顶部，也可以位于机架中部或底部。它通常放置在顶部，因为它最有利于内部布线。

再往上机架，有一排机架和N排机架。为了连接这些机架和服务器，需要数据中心网络技术。

现在最流行的数据中心网络架构是Spine-Leaf。

叶脊网络架构

值得一提的是，为了传输高带宽的数据，现在数据中心普遍使用光纤来代替网线。因此，光纤、光模块和光通信设备（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，制约了发展。

还有一个流行的光通信术语叫DCI，即数据中心互连。现在流行分布式部署，数据中心之间的数据流量非常大，需要很高的带宽。

因此，运营商和云服务提供商搞DCI，在数据中心之间建设专门的光通信骨干网络，这是一个很大的市场。

我国搞的“东西部数字计算”涉及到数据中心的互联互通，这对DCI相关市场有着不可忽视的刺激作用。

光通信骨干网设备

分组设备

接下来我们看看数据中心的配套配套设备和设施。

我们先来看看供配电。

电力供应是数据中心正常运行的基础。没有电，数据中心就是废金属。

数据中心配电设备的主要功能是接通和断开、控制和保护电能。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。向上连接市电，向下连接低压配电柜。低压配电柜主要是400V电压等级，对电能进行进一步转换、分配、控制、保护和监测。

数据中心供配电图（案例）

数据中心低压配电柜

除了配电柜外，为了保证紧急情况下的正常供电，数据中心还配备了大量的UPS（不间断电源）甚至柴油发电机组。

“UPS+市电”是传统的供电方案。目前比较流行的方案是“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”更加可靠、安全，供电效率比“UPS+市电”更强。是不间断电源的主流发展趋势。

我们简单说一下——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，而核心网、无线等通信设备大多使用-48V直流电。

主电源通常为交流电源。数据中心一般同时提供-48V直流和220V交流（通过AC-DC转换和DC-AC逆变器转换）。

事实上，DC现在正在成为更多数据中心（如Google）的选择，因为DC损耗更小，电能利用率更高，符合当前高算力数据中心高能耗的趋势。

我们来看看冷却情况。

制冷系统是数据中心仅次于主要设备的第二大能耗设备。目前，数据中心冷却主要有两种方式，一种是风冷，另一种是液冷。

风冷一般采用风冷空调系统。和我们家用空调一样，数据中心风冷空调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。

液冷采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。相同体积下，液体带走的热量是空气的近3000倍。从噪音角度来看，同等散热水平下，液冷噪音比风冷低20-35分贝。从能耗角度来看，液冷比风冷省电30%-50%。

目前液冷技术被业界普遍看好，但仍处于探索阶段。总体来看，液冷的市场前景非常广阔，据说市场规模超过千亿。

中兴通讯展示服务器浸没式液冷技术

在冷却散热方面，值得一提的是，机柜池级、行级、机柜级等近端冷却方式不断涌现，成为新建数据中心的主流选择。

传统的制冷是在房间层面，整个机房都装有空调和冷藏。这种方法冷却路径太长，效率太低。无法满足高耗电设备的冷却需求，消耗大量能源。

机柜池级、排级、机柜级是以一个机柜池、一排机柜或单个机柜为中心进行散热设计。

对于机柜行级散热，风道是根据机柜排进行设计的。

这样，气流路径明显缩短，散热效率非常高。

数据中心除了配电和散热制冷外，还拥有一些与管理和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。

动态环境监控是指动力和环境监控，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开始演变。

DCIM的全称是Data Center Infrastructure Management，由知名咨询公司Garter提出。其管理范围更加全面，利用工具对数据中心内所有IT主要设备及支撑基础设施进行监控、管理和控制。

数据中心的消防系统相当有趣。由于机房内布满了电子设备，一旦发生火灾，切勿直接喷水、泡沫或灰尘。

那我们该怎么办呢？气体灭火。

火灾发生后，火灾和烟雾传感器报警响起，然后机房区域可以释放氩气、氮气等惰性气体，剥夺火焰中的氧气，将火扑灭（大约几十秒即可完成）。

气体灭火

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，建设周期也非常长。近年来，为了更加快速、灵活地部署数据中心，厂商引入了模块化数据中心的概念。

说白了，就是将数据中心的结构系统、供配电系统、暖通系统、消防系统、照明系统、综合布线等一一整合成“积木”。然后，将“积木”运到现场后，只需简单吊装、搭设即可完成搭建和部署。

采用该方法，大型数据中心建设周期由18-24个月缩短至6个月左右，经济效益明显。

模块化数据中心（模型）

█ 结论

虽然索尼已经发布了PS4和PSV游戏机，但对于广大国内玩家来说，最熟悉、最有影响力的还是上一代便携机王PSP！因为PSP有过很长一段时期的鼎盛时期，拥有大量的超级经典游戏大作。

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【PSP模拟器截图】

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一般来说，您可以在主流 PC 上以最高图像质量进行游戏。由于手机性能不同，您可能需要根据流畅程度设置图像质量。这是官方为您准备的宣传视频：

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PPSSPP模拟器分为免费版和付费黄金版。不过除了图标之外，黄金版和普通版的功能基本相同，所以对于免费用户来说还是很厚道的。但如果你非常喜欢这款PSP模拟器，不妨考虑购买黄金版，在物质上“支持”开发商。

PSP模拟器——PPSSPP软件界面截图

由于模拟器的开源，PPSSPP支持广泛的平台。除了最流行的Android、iOS、Windows、Mac和Linux之外，甚至还支持BlackBerry、Maemo、Meego、Symbian、Pandora等平台。

Windows版本的PPSSPP需要安装DirectX 9和VC++2013运行库才可以运行（点此下载）。支持32位和64位系统，支持Win8、Win7、XP甚至Windows 10。如果打开模拟器后还是英文版本，点击主设置->系统语言->简体中文即可更改界面到中文。

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关于iOS版PPSSPP安装：

由于政策版权问题，iOS版本尚未上架App Store。因此，iPhone和iPad用户需要先越狱，然后才能通过Cydia添加源“”来安装PPSSPP。没有越狱的用户目前似乎没有解决办法。

下面是使用越狱的iPad配合蓝牙手柄玩鬼故事的视频：

PPSSPP模拟器Mac版安装教程：

与Windows版本相比，Mac版本的安装和使用稍微麻烦一些，因为运行Mac版本的PPSSPP需要系统安装有SDL，否则下载后无法运行，所以我们需要做一些准备工作。教程如下：

您需要从 Mac App Store 下载 Xcode。下载开发工具后，运行Xcode，点击菜单栏上的“Preferences...”进入首选项，选择Downloads选项卡，找到Command line tools，点击右侧的Install进行下载安装并退出。 xcdoe，打开“终端”，输入以下命令并按回车 ruby -e "$(curl -fsSL)" 等待命令行运行，安装完成。上一步成功后，继续执行这个命令：brew install sdl2 完成后，SDL就已经安装好了。下载本文末尾的PPSSPP Mac版即可正常运行。写在下面：

也许很多80后、90后的学生在PSP游戏机流行时因为各种原因或者没有时间玩而没有购买PSP游戏机，错过了很多PSP大作。随着索尼PSP的停产，除了在淘宝上寻找二手产品之外，我们又多了一个回顾经典PSP游戏的好机会。

PPSSPP模拟器无疑是一款神器，其实力无需介绍。如果你喜欢在手机、平板电脑上玩游戏，却又受不了各种“内购”手游，不妨使用PSP模拟器，重新体验PSP上的高品质游戏大作！好消息是，PSP上的中文游戏非常多，每个人都可以尽情玩。