新型数据中心,风口上的“新存储”

7月4日,工业和信息化部印发了《新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023年)》(以下简称《计划》),计划用3年时间,基本形成布局合理、技术先进、绿色低碳、安全可靠的新型数据中心发展格局。

新存储、新网络、新计算、新能源作为新型数据中心的四大件,存储承载数据,网络传输数据,计算处理数据,能源低碳保障数据中心运行。笔者认为,除了网络快速发展、算力突飞猛进这些显性建设,存储将成为“新型数据中心”目标得以实现的突破重点。

新型数据中心,风口上的“新存储”

从新型数据中心IT架构认识存储

存储 ≠ 硬盘。数据中心的存储承载的是千行百业的高价值数据,数据不能丢、访问不能停、访问不能等是数据中心存储的关键特征。单个硬盘的容量、可靠性、性能不足以满足高价值数据对存储的诉求。

数据中心的存储是软硬件一体的专用设备,管理一堆不可靠、性能有限、容量小的硬盘,构成高可靠、高性能、大容量的专业存储系统。

信息化时代发展起来的IT系统是政府、企业高效稳定运行的核心系统,业界称为稳态应用。数字化时代,移动互联网、高性能计算、大数据、AI为千行百业注入了新的发展动力,敏捷、弹性、智能是其核心特征,业界称为敏态应用。数据中心进入稳态+敏态的双模IT架构时代。

新型数据中心,风口上的“新存储”

稳态应用对存储的诉求是7×24小时的高效运行。SSD(闪存盘)的可靠性是HDD(机械硬盘)的10倍,性能是HDD的100倍,因此全闪存存储正在发展为稳态应用的存储首选。

互联网、高性能计算、大数据、AI等敏态应用的核心是从海量数据中挖掘数据价值,对海量数据存储的诉求是海量扩展、高性能、一份数据同时支撑高性能计算、大数据、AI多样化分析应用(HPDA)。海量扩展、高性能、多协议互通的分布式HPDA存储成为敏态存储的创新热点。

由上可见,各种创新的存储技术正在成为数字化转型的关键动力,除了网络快速发展、算力突飞猛进等显性建设,存储将成为“新型数据中心”目标得以实现的突破重点。

首先,1:1同步建设存储和算力,是算力提升赋能行动实施的关键

新型数据中心算力提升赋能行动的目标是加速千行百业的数字化转型。数字化转型的关键除了强大的算力,更重要的是海量的数据资产。全球领先国家都已经制定了国家数据战略,未来的大国竞争将是数据的竞争。

2020年统计报告显示,发达国家美国在存储、计算的匹配比例(算力:容量)为1:1,相比而言,中国在存储、计算的比例仅为1:2,比例严重地失衡,说明我们的数据资源还不够丰富。

随着国家数据战略的快速实施,可以预见中国千行百业数据资产将快速发展。因此新型数据中心在建设强大算力的同时,更需要同步建设承载海量数据的存储,为国家数据战略的实施奠定坚实基础。以发达国家当前的存算比例为参考,建议新型数据中心存储、计算采用1:1比例。

新型数据中心,风口上的“新存储”

第二,全闪存存储促进关键设备产业链稳固增强,带动数据中心升级

工信部发布的新型数据中心重点任务之一是数据中心关键设备产业链稳固增强。作为数据中心IT栈的基础,存储是独立自闭环的设备,采用标准的读写访问协议,开放兼容数据中心网络、计算层应用,最容易实现产业链稳固增强。

正如前面所述,SSD凭借高性能、高可靠的特性,已经成为业界发展的趋势。全面推进SSD(硅介质)替代HDD(磁介质),硅进磁退,将帮助稳固增强新型数据中心产业链的同时,实现数据中心存储的全球领先优势。国内已经有存储厂家实现了稳固的全闪存存储产业链。

IDC中国外置存储市场报告数据显示,2020年,全闪存存储的中国市场占比达到18.9%,增速达到24.0%,高于全球市场的平均增长率17.5%;但相比于全球占比达到39.9%的市场情况来看,中国市场仍需加快全闪存存储的应用。

IDC全球预测认为,2020到2024年全闪存存储将以7.5%的年复合增长率增长,占2024年外置存储市场的一半以上。因此,为了助力新型数据中心产业链稳固增强,建议新型数据中心要求全闪存存储占比50%。

第三,全闪存存储、分布式HPDA存储、存储资源池,将大大促进绿色低碳、碳中和目标的实现

新型数据中心另一重点任务是绿色低碳发展,引导新型数据中心走高效、清洁、集约、循环的绿色发展道路。根据2019年《点亮绿色云端:中国数据中心能耗与可再生能源使用潜力研究》报告,2018年中国数据中心总用电量为1609亿kWh,预计2024年将达3000亿kWh,年均增长率10.6%。作为IT三大件(服务器、网络、存储)之一,预估数据存储设备耗能为194亿kWh,约占我国数据中心总能耗的12%。随着新型数据中心的PUE降低,IT设备尤其是存储设备的能耗占比将变得更为重要。

新型数据中心,风口上的“新存储”

提升数据中心能源利用效率主要有两个方向:一是降低数据中心PUE,PUE的降低代表了数据中心空调制冷等支撑设备的能耗占比降低。二是提升IT设备的能源利用效率,数据中心IT设备高效节能是数字经济长远可持续发展的重要保障。新型数据中心除了PUE,应该考虑单位存储容量能耗(W/TB)纳入数据中心综合能源评价标准。

SSD闪存盘不仅如前所述具备高性能、高可靠的特点,同样具备绿色节能的巨大优势。最常用的高性能SAS(1.2TB)机械硬盘组成的存储系统典型功耗约10.6W/TB。由于闪存盘去掉了机械机构,增加了存储密度,能耗显著低于机械硬盘。以常用的SSD(3.84TB)闪存盘为例,其组成的存储系统典型功耗约5.3W/TB,可降低约50%能耗。因此,新型数据中心要求全闪存存储占比50%,将不仅助力新型数据中心产业链稳固增强,更将极大促进新型数据中心的绿色低碳发展。

如前所述,全闪存存储正在发展为稳态应用的存储首选。而适用于敏态应用的海量扩展、高性能、多协议互通的分布式HPDA存储,同样是绿色低碳数据中心存储建设的关键。因为HPDA存储将原来HPC(高性能计算)、大数据、AI的多个重复数据孤岛,整合为一套高密度存储,大幅提升存储利用率。

在数据中心整体架构层面,传统的建设模式是以应用为中心的烟囱IT。现在,资源池化的建设模式正在成为业界大势。存储资源池统一提供不同性能、可靠性等级的存储资源,并实现数据在热温冷存储之间的自动分级流动,从而最大程度在数据中心层面实现资源共享、绿色低碳。同时特别值得一提的是,随着云转型的深入,全球CIO们开始思考如何有效管理多种云平台形成的云孤岛。建设数据中心统一的多云管理平台、多云共享的IT硬件资源池,成为CIO们共同的愿景。一池多云的IT架构,将大幅提升IT硬件利用率,帮助CIO降低数据中心成本的同时,也将极大促进新型数据中心的绿色低碳发展。

最后,存储安全认证、灾备数据保护将为新型数据中心提供安全可靠保障

安全可靠保障是新型数据中心建设另一重点任务,包括提升网络安全保障能力、提升新型数据中心可靠性两个方向。

经过多年的发展,存储围绕“三不两永远”(数据不泄露、数据不被篡改、数据不丢失、业务永远在线、访问永远合规),已经构建了完善的网络安全技术体系,国家也制定了针对存储的网络安全标准体系。

新型数据中心,风口上的“新存储”

然而,针对分类存储设备,我国还没有形成强制的网络安全等级认证要求。实际数据中心存储上线前,并没有强制开展风险评估、隐患排查。因此,制定各类存储设备的强制网络安全等级认证要求,是3年内达成提升新型数据中心网络安全保障能力的关键举措。

提升新型数据中心可靠性,增强新型数据中心防火、防雷、防洪、抗震等保护能力,关键是数据中心灾备能力的建设。一方面是两地三中心、多活数据中心灾备技术的研究,另一方面更关键的是灾备数据中心的建设。

2019年,《信息安全技术 网络安全等级保护基础要求》GB/T 22239-2019,针对应用和数据安全规范了基础设施灾备保护技术和管理要求。然而,我们还没有形成针对各行业的细分信息系统灾备建设要求,导致影响数据中心实际灾备建设严重不足。美国数据保护在存储投资中占比达到34%,而中国只有8%。因此,制定关键行业各类关键应用的强制灾备等级认证要求,是3年内达成提升新型数据中心可靠性的关键举措。

以数据为中心,构建新型数据中心“新存储”

新存储、新网络、新计算、新能源是新型数据中心的灵魂。《新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023年)》的三大重点任务(产业链稳固增强、绿色低碳发展、安全可靠保障),将全面推进新型数据中心新存储的发展。

全闪存存储、分布式HPDA存储、存储资源池、存储安全认证、灾备数据保护,将构建“5新”存储,奠定新型数据中心绿色节能、安全可靠的数据基础设施。同时建议:

  1. 新型数据中心存储、计算匹配比例(算力:容量)为1:1;
  2. 新型数据中心全闪存存储占比50%;
  3. 单位存储容量能耗(W/TB)纳入数据中心综合能源评价标准;
  4. 制定各类存储设备的强制网络安全等级认证要求;
  5. 制定关键行业各类关键应用的强制灾备等级认证要求。
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