資料中心

start=Data center}}，指用於安置計算機系統及相關部件的設施，例如電信和儲存系統。一般它包含冗餘和備用電源供應，冗餘資料通訊連線，環境控制（例如空調、滅火器）和各種安全裝置。大型資料中心消耗的電約與一個小城鎮工業業務規模一樣多。 據估計，2022 年全球資料中心的耗電量為 240-340 太瓦時（TWH），約佔全球電力需求的 1-1.3%。這不包括加密貨幣挖礦所用的能源，據估計，2022 年加密貨幣挖礦所用能源約為 110 TWH，佔全球電力需求的 0.4%。

資料中心在規模、電力要求、冗餘度和整體結構方面差異很大。用於劃分資料中心型別的四個常見類別是現場資料中心（onsite data centers）、主機代管設施（colocation facilities）、超大規模資料中心（hyperscale data centers）、和邊緣資料中心（edge data centers）。

歷史

資料中心起源於 1940 年代的大型計算機房，電子數值積分計算機 (ENIAC) 就是其中的典型代表，也是最早的資料中心之一。早期的計算機系統操作和維護複雜，需要一個特殊的執行環境。連線所有元件需要許多電纜，因此設計了各種方法來容納和組織這些電纜，如安裝裝置的標準機架、高架地板和電纜托盤（安裝在高架地板的上方或下方）。單臺大型計算機 (mainframe) 需要大量電力，而且必須冷卻以避免過熱。安全變得非常重要 -- 計算機價格昂貴，而且經常用於軍事目的。 因此，設計人員制定了控制進入計算機房的基本設計準則。

資料中心是全球協作的特定裝置網路，用來在網路基礎設施上傳遞、加速、展示、計算、儲存資料資訊。

在繁榮的微型計算機行業，尤其是在 1980 年代，計算機開始四處發展，在很多案例中很少有或沒有操作需求。然而，隨著資訊科技（IT）的發展，操作開始變得複雜，公司漸漸地認識到需要控制 IT 資源。隨著客戶端－伺服器計算的出現，在 1990 年代，微型機（被稱為伺服器 servers）開始在舊計算機房間中尋找他們的位置。便宜網路裝置的可用性，外加網路電纜的新標準，使得在公司內的一個房間中使用分層設計來放置伺服器的可能，在這個時刻被公認並不斷流行開來。

1997 年至 2000 年網際網路泡沫期間，資料中心迎來了繁榮。公司需要快速的網路連線，以及不斷的部署系統並出現在網路上。安裝這種裝置對於許多小公司是不可行的。許多公司開始建設非常大的設施，稱為網際網路資料中心（IDC）， 其提供增強的功能，例如交叉備份：“如果貝爾大西洋公司的一條線路被切斷，我們可以將它們轉移到…… 以最大限度地減少停機時間。”

它提供了商業上的系統部署和操作的解決方案。新技術和實踐被設計用來處理測量和如此巨大測量操作的操作需求。

從 2007 年起，資料中心設計、構建和運作是一個眾所周知的學科。它的標準文件來自於可信任的專家組，如電訊產業聯合會，詳細說明資料中心設計的需求。眾所周知資料中心可用性的操作韻律學能夠用來評估商業中斷的影響。有許多開發在操作實踐中被完成，並且設計了友好環境的資料中心。

雲資料中心 (cloud data centers, CDCs) 這一術語已被使用。 資料中心的建設和維護通常成本很高。 這些術語之間的區別越來越小，它們正被整合到資料中心這一術語中。

2010 年代，全​​球資料中心市場穩步增長，後半段增長明顯加快。據高德納諮詢公司 (Gartner) 稱，儘管 2019 冠狀病毒病疫情帶來了經濟挑戰，但 2021 年全球資料中心基礎設施支出達到 $2000 億美元，比 2020 年增長了 6%。

2010 年代後期和 2020 年代初，人工智慧和機器學習應用發生了重大轉變，推動了全球對更強大、更高效的資料中心基礎設施的需求。截至 2021 年 3 月，全球資料生成量預計將從 2020 年的 64.2 澤位元組 (ZB) 增長到 2025 年的 180 ZB 以上。

在最近的發展熱潮中，美國已確立了資料中心基礎設施的領先地位，截至 2024 年 3 月，美國擁有 5,381 個數據中心，是全球資料中心數量最多的國家。 據全球諮詢公司麥肯錫公司稱，到 2030 年，美國市場需求預計將從 2022 年的 17 GW 翻一番，達到 35 GW (吉瓦)。截至 2023 年，美國約佔全球市場的 40%。

美國電力研究所 (EPRI) 於 2024 年 5 月釋出的一項研究估計，到 2030 年，美國資料中心的電力消耗可能佔該國發電量的 4.6% 至 9.1%。 截至 2023 年，美國約 80% 的資料中心負載集中在 15 個州，其中弗吉尼亞州和德克薩斯州最多。

現代資料中心的需求

現代化和資料中心轉型可提高效能和電效率。

資訊安全也是一個令人擔憂的問題，因此，資料中心必須提供安全的環境，以最大限度地減少安全漏洞的可能性。因此，資料中心必須保持高標準，以確保其託管計算機環境的完整性和功能性。

行業研究公司國際資料公司 (IDC) 估計，資料中心的平均使用年限為 9 年。 另一家研究公司高德納諮詢公司表示，使用年限超過 7 年的資料中心已經過時。 資料的增長（到 2025 年將達到 163 澤位元組 (ZetaBytes, ZB)）是推動資料中心現代化需求的一個因素。

關注現代化並不是什麼新鮮事：2007 年人們就曾譴責過對過時裝置的擔憂， 2011 年，Uptime Institute 也曾擔心其中裝置的使用年限。 到 2018 年，人們的擔憂再次轉移，這次是員工的年齡：“資料中心員工的老化速度比裝置更快。”

2.1 滿足資料中心標準

電信行業協會制定了資料中心電信基礎設施標準，規定了資料中心和計算機機房基礎設施（包括單租戶使用者企業資料中心和多租戶使用者網際網路託管資料中心）的最低要求，本文件中提出的拓撲結構適用於任何規模的資料中心。

Telcordia GR-3160（NEBS 對電信資料中心裝置和空間的要求）提供了電信網路內的資料中心空間的指導方針，以及在這些空間中被安裝裝置的環境要求 —— 這些標準是由 Telcordia 和行業代表共同制定。其可應用於容納資料處理或資訊科技 (IT) 裝置的資料中心空間。該裝置可用於:

經營、管理運營商電信網路
直接為運營商客戶提供基於資料中心的應用
為第三方提供託管應用程式，向其客戶提供服務
提供以上類似資料中心應用程式的組合

資料中心分類

在 TIA-942:Data Center Standards Overview 中描述了資料中心基礎架構的等級分類。依據對資訊容錯的裝置和網路設計，從最簡易無容錯設計的第一階 (Tier1)，單一網路而個別裝置有容錯配置的第二級，雙重網路備用但只單一執行的第三級，到完全重疊容錯、多重網路同時執行的第四階 (Tier 4)。目前新的大型資料中心都是第四階，以完全的重疊網路設計並且劃分安全區域，並且提供足夠的備份和備載容量以確保資料中心的不中斷安全執行。

另外在 ANSI/BICSI 002-2014 (Data Center Design and Implementation Best Practices) 中，以資料中心的可靠性和可用性 (Reliability and Availability) 分成第 0 級到第 4 級。

不同類別的資料中心會有不同的設計考量，從地點的選擇開始，到外部電力運載需求、物理佈局、冷卻系統 (空調) 的考量、內部供電系統的設計、防火防震自然災害、以及安全防護等等的設計都需要在開始建設資料中心前就考慮決定好。

資料中心設計

幾十年來，資料中心設計領域一直在向各個方向發展，包括大小不等的新建築以及對現有設施的創造性再利用，如廢棄的零售空間、舊鹽礦和戰爭時期的掩體。

當地建築規範可能規定了最低天花板高度和其他引數。資料中心設計中的一些考慮因素包括：

大小 - 建築物的一個房間、一個或多個樓層或整個建築物，
容量 - 可容納多達或超過 1,000 臺伺服器
其他考慮因素 - 資料中心的空間、電力、冷卻和成本。
機械工程基礎設施 - 供暖、通風和空調 (HVAC)；加溼和除溼裝置；增壓。
電氣工程基礎設施設計 - 電力服務規劃；電源的配電、切換和旁路；不間斷電源 (UPS) 系統；等等。

4.1 物理佈局

一個數據中心佔用一幢大樓的一個房間，一層或多層，甚至整棟大樓。大部份的裝置常常放在具有 19 英寸的隔層的機架中。這些機架成排放置，形成一個走廊。這允許人們從前面或後面訪問隔層。伺服器從 1U 的伺服器到獨立筒倉的儲存裝置在尺寸上有很大的不同，儲存裝置要佔掉很多塊地磚。一些裝置，像大型計算機和儲存裝置常常像他們的機架那麼大，並被放在他們的旁邊。非常大的資料中心可以使用集裝箱來放置，每個集裝箱可以放置 1000 或者更多的伺服器；當有維修或升級需要的時候，整個集裝箱會被替換而不是維修單個的伺服器。本地編譯的程式碼可以控制最小的上升限度。

資料中心的物理環境是嚴格受控的：

4.2 空調

空調控制資料中心的溫度和溼度。ASHRAE's “資料處理環境的熱量指導” 建議溫度在 18-27°C 並且溼度在 60％以下，以資料中心最佳條件 17°C 作為最大上限。電源會加熱資料中心裡的空氣。除非熱量被移走否則溫度會持續上升，導致電源裝置故障。透過控制空氣溫度，伺服器元件在擱板層保持著製造商說明的溫度 / 溼度範圍。空調系統透過冷卻來回的在露點以下的空間空氣，幫助控制溼度。太溼的話水開始在內部元件上濃縮。假使空氣乾燥，輔助潮溼系統會增加水蒸氣，如果溼度太低，將導致靜電放電問題，那將損壞元件。地下的資料中心比起常規的設計，能夠花費更少而保持計算機裝置冷卻。
現代資料中心試圖使用節約裝置冷卻，在那裡他們使用外界空氣來保證資料中心冷卻。華盛頓州有幾個資料中心一年 11 個月使用外部空氣冷卻所有的伺服器。沒有使用冷卻機或空調，節省了數百萬電費。

4.3 供電

備份電源由一個或多個不間斷電源供應和、或者柴油機或燃氣發電機組成。
為了防止，所有的電系統元素，包括備份系統，都典型的完全複製，並且關鍵伺服器連線兩個電源（"A-Side" and "B-Side"）區域。這種安排常常用於完成系統的 N＋1 冗餘。靜態電閘有時被用於在電源故障事件中保證瞬時轉換一個到另一個。
資料中心典型地使用升高 的地面，可移動的方塊磚。現在的趨勢是，空閒區域的增加是為了更好的保證空氣流通。這種供應是為了空氣在地下充分流通，作為條件系統的一部分，也是為電力電纜提供空間。在現代資料中心的資料電纜典型是使用架空電纜。但是有些出於安全原因還是將他們置與地板下，並且有必要增加在架子上的冷卻系統。更小 / 更少花費的資料中心沒有升高地面而是使用相反的靜態地磚在地面上。計算機電纜常常放置在走廊中，以保證最大化的氣流效率。

4.4 防火

資料中心採用防火系統，包括被動的和主動的設計元素，並在業務執行中實施防火計劃。通常會安裝煙霧探測器，以便在火災初期發出預警。

雖然由於印製電路板的脆弱性，主機房通常不允許使用溼管的系統，但仍有一些系統可用於設施的其他部分或冷 / 熱通道空氣迴圈系統中的封閉系統，如:

自動灑水系統
噴霧，利用高壓產生極小的水滴，由於水滴的性質，可用於敏感的房間。

不過，也有其他滅火方法，特別是在敏感地區，通常使用氣體滅火，其中三氟溴甲烷氣體 (哈龍 1301, Halon 1301) 最受歡迎，直到發現其生產和使用的負面影響。

4.5 保安 (安保)

物理訪問通常受到限制。分層安全通常從圍欄、繫纜樁和門禁系統開始。 如果資料中心規模較大或包含敏感資訊，則幾乎總會有攝影機監控和長期保安員。指紋識別門禁系統已開始普及。

一些資料保護法規要求對訪問進行記錄；一些組織將此與訪問控制系統緊密聯絡在一起。可在主入口、內部房間入口和裝置機櫃處輸入多個日誌。機櫃的門禁控制可與智慧配電裝置整合，從而透過同一裝置將鎖聯網。

流動資料中心

現時網上商貿、搜尋、雲端運算公司需要快速部署資料中心，又或災難恢復運用，因此廠商開發了流動資料中心（Portable Data Center）解決方案，將伺服器等裝置裝入貨櫃，而能夠快速搬運資料中心並在短時間內安裝操作。

生產流動資料中心的廠商和產品包括：

Google 的 Google Modular Data Center、
昇陽電腦 (已被甲骨文收購) 的 Sun Modular Datacenter 、
IBM 的 Portable Modular Data Center
思科系統的 Containerized Data Center
HP 的 Performance Optimized Datacenter
華為的 Container Data Center Solution
亞馬遜公司的 AWS Snowmobile

應用

一個數據中心的主要目的是執行應用來處理商業和運作的組織的資料。這樣的系統屬於並由組織內部開發，或者從企業軟體供應商那裡買。像通用應用有 ERP 和 CRM 系統。

一個數據中心也許只關注於操作體系結構，或者也提供其他的服務。常常這些應用由多個主機構成，每個主機執行一個單一的構件。通常這種構件是資料庫，檔案伺服器，應用伺服器，中介軟體以及其他的各種各樣的東西。

資料中心也常常用於非工作站點的備份。公司也許預定被資料中心提供的服務。這常常聯合備份磁帶使用。備份能夠將伺服器本地的東西放在磁帶上，然而，磁帶存放場所也易受火災和洪水的安全威脅。較大的公司也許傳送他們的備份到非工作場所。這個透過回投而能夠被資料中心完成。加密的備份能夠透過 Internet 傳送到另一個數據中心，安全儲存起來。