資料中心設計與規劃之 9 大錯誤

許多企業的業務都運行在安全容量範圍之外，而可以用於擴充的空間又非常有限或者根本不存在。據 IDC 統計，資料中心的平均使用年限為 9 年。然而 Gartner 的資料顯示任何運營超過 7 年的設施都應視為陳舊。資料中心設施過度擁擠或陳舊是企業業務增長的「攔路虎」，在此情況下，建設新的資料中心有時是唯一的解決辦法。儘管上市速度對成功至關重要，但若企業無法正確評估業務需求，便會打造出無法滿足運行時間效能目標或是無法因應未來的業務需求，並且又鑽入死胡同的老舊資料中心
在準備展開建設與擴建之際，您該怎麼做才能避免犯下大錯？

設計和建設資料中心時，實施方法極為關鍵。很多時候，企業只根據單位面積功率、單位建築面積成本和 Tier 等級來規劃資料中心，但這些指標可能並不適用於其總體業務目標和風險概況。若規劃不善，可能導致資本使用上的浪費，並增加運營支出。

很多組織只注重枝微末節，過分關注「速度和供給」、綠色環保、並行維護、電力使用效率 (PUE) 和能源與環境設計領導 (LEED) 認證。這些指標在決策過程中都至關重要。然而，過分關注細節，往往使整體大局路線產生扭曲。多數公司皆錯失資料中心全面性擴建所能帶來的商業機會。

雖然相關領域中有不少顧問公司及相關人員可協助規劃，但是評估這些大量的諮詢建議與想法往往讓人措手不及。關鍵容量需求為 1-3 MW 範圍內的組織，很容易陷入此種風險。中型使用者的關鍵性能重要性並不亞於大型使用者；然而，中型使用者可用於推動適當擴建計畫的內部技術專業知識可能較為有限。結果而言，這類使用者往往碰上多重來源、資訊過載的問題，導致產生混亂，並且做出不良的決策。

「資料中心擁有者目前面臨許多問題。他們的資產是維繫營運的關鍵，但卻無法充分控制。能耗的開銷非常巨大。他們無法位設備進行冷卻，也無法降低災難性斷電的風險。而即便他們選擇投資建構設備，在建構完畢時，這些設備往往已過時不堪用。」– Stanford Group

僅關注投資成本是一個很容易落入的陷阱，新建或擴建所需的成本往往會十分驚人。儘管投資成本模型非常關鍵，但若未將設施基礎架構的運作及維護成本 (OpEx) 納入計算，將會嚴重削弱整體業務規劃流程的效果。

資料中心的營運支出 (OpEx) 模型建構需要兩個關鍵要素：維護成本和運作成本。維護成本係指維護所有關鍵設施支援基礎架構的相關成本。這包括但不限於 OEM 設備的維護合約、資料中心清潔費用、維修和升級所需的承包商費用等支出。運作成本係指所有與日常運營和現場工作人員相關的成本。這包括但不限於員工聘僱量、人員技術培訓和安全計畫、建立特定現場的營運文件、容量管理以及 QA/QC 政策與流程所涉及的支出。如果您無法計算出 3-7 年的運作和維護 (O&M) 支出預算，您將無法建立足以支援有效業務決策的投資報酬率 (ROI) 模型

如果您正在規劃建立或擴充關鍵業務資料中心，最佳做法是著重於三個基本的 TCO 參數：1) 資本支出、2) 運作和維護支出，以及 3) 能源支出。少計入任何一項，都將可能導致您所建立的模型與您企業的風險概況與業務支出概況脫鉤。在評估是要「購買」(代管/託管) 還是要由內部建設資料中心時，若不使用這套 TCO 方法，您所面臨到的風險將會顯著增大。

另一個常見的錯誤是來自估算本身。向董事會提出用以擴充或建設資料中心的資金財務申請金額往往過低，並容易導致失敗。決策流程大約如下：

• 提出資金申請後獲得暫時性核准。財務相關人員負責調查、掌握並整編出實際預算。
• 相關人員花費時間遂行上述預算流程。
• 調查發現原始預算申請金額過低。
• 專案延遲。職業生涯受到影響，向內部、外部客戶以及潛在客戶提供服務的能力也受到影響。
• 這將帶您回到第 1 大錯誤：未採用 TCO 方法建立全方位的財務模型。

想要避免建設成本的問題很簡單，但若您陷入第 3 個陷阱，就會很容易失敗

「關鍵容量需求為 1-3 MW 範圍內的企業，很容易陷入此種風險。」– Mike Manos，產業專家

有兩種錯誤可能將企業推進超支的死亡漩渦。第一，人人都想要 Tier 3 的設計，但並非所有人都有此需求。第二，實際業務需求大多時候並不需要所構想的 kW/平方英尺和 kW/機架。很多時候，「每平方英呎必須為 300 瓦」的作法並不合理。千萬不要過度規劃建設，這只會浪費資本。越高階的設備，也會需要越多的 O&M 和能源成本。過度的建設會衝擊到業務模型和投資報酬率。您的首要之務，應是確立正確的設計指標和效能特性。然後，再根據這些指標與特性，推算資本支出和運作支出。向董事會提出前，務必確定設計指標和財務模型正確妥當。如需瞭解更多關於設計參數的資訊，請參閱第 142 號白皮書《Data Center Projects:System Planning》。

組織往往在確立設計指標和效能特性之前變開始為設施進行選址。在缺少這些關鍵資訊的情況下，勘察和評估場地並沒有太大的意義。這種「本末倒置」的情況經常發生於 1-3 MW 的資料中心使用者群體中。高兆瓦級的資料中心使用者通常都是這個領域的專家，會將電力可用性和成本、光纖網路、地理風險 (例如地震，龍捲風和洪水好發區) 等問題納入考量，但基本使用者的業務型態需求通常是在其核心業務區域內建設或翻新場地來興建資料中心。過早選址或是僅根據地理要素選址所帶來的問題，是位址的實際條件往往無法不符合設計所需。舉例來說，在辦公室下兩樓的空間內或隔兩個街區處部署資料中心，乍看之下或許很方便，但業務關鍵資料中心必須滿足多項指標，且若要在多租戶的商業大樓中滿足這些指標，您將需要投注極為昂貴的建設成本，而未來擴建的空間也會受到限制。第 81 號白皮書《Site Selection for Mission Critical Facilities》中提供有更多資訊，可協助您避免犯下這項重大錯誤。有些組織會根據其關鍵 IT 基礎架構所需的高架地板量，來作為選址的條件。這可能會造成下一個重大錯誤

「雖然資料中心的實體設計非常重要，但場址的運作和維護方式對於場址的可用性更為舉足輕重」– The Uptime Institute

安置資料中心設施基礎架構元件所需的空間可能相當可觀。在最完整的系統配置中，用以支援設備之高架地板面積與普通地板面積之間的比值可能高達 1:1。許多組織僅根據其 IT 設備估算空間需求。然而，機械和電氣設備需要使用相當可觀的空間。此外，很多組織忽略掉辦公空間、設備存放區和 IT 設備架設區所使用的面積。因此，在進入空間規劃的步驟之前，不能不先確立設計指標。如果沒有確立設計指標，您將無法清楚掌握足以因應您整體需求的總體空間。

資料中心產業已成功地推廣模組化設計的重要性。但是，使用模組化的做法並不能保證一定成功。模組化做法的核心概念是「在有需要的時候及時提供」，根據需求新增額外的基礎架構設備，藉此節省資本。組織仍會因為錯誤估計未來的需求，導致自己鑽入死胡同。任何事都可能發生變化。靈活的模組化設計是持續維繫成功的關鍵。若因整合、併購而使業務急遽增長，或若突然轉用原初未規劃之高密度配置，則原本最頂級的 kW/平方英尺或 kW/機架規劃都可能瞬間不再堪用。就電氣面來看，您應確保設計可讓您在不造成停電的狀態下於既存模組上新增 UPS 容量。您應確保配電系統輸入輸出設計足以因應您未來基本建設指標中的任何變化。即便您針對未來可能容量需求架設過量配電系統，而因此支出額外成本，這筆成本在您整體 TCO 模型中並無顯著影響。就機械面來看，大多數使用者採用傳統的房間級冷卻、適當的高架地板高度以及冷熱通道佈局就能滿足其冷卻需求。但是，若引入高密度配置，這一切可能瞬間不堪用。您應確保設計核心能夠透過彈性 (不中斷) 的實作方式，新增行級或者機架級冷卻解決方案。

電力使用效率 (PUE) 是能有效衡量及提升效率的工具。但是不嚴謹的能源效率定義，最終會導致 PUE 的不正確理解。在幾乎所有的新建和擴建資料中心中，較低的 PUE 勢必涉及到較高的資金成本。很多時候，組織所設定 PUE 目標立意正確，但未能納入所有應評估的要素。您必須充分瞭解為達到目標所要付出的資本成本和 ROI。您必須清楚掌握為達到目標 PUE 所需要的 TCO。

有許多方法可以用以說明並協助瞭解 PUE、ROI 和 TCO 之間的平衡關係。以下是三種可做為借鏡的理解錯誤範例：

• 進行計算的「設計指標日」是什麼？是在「最佳日」進行計算或測量嗎？還是基於年平均值計算？
• 計算是根據資料中心滿載還是部分負載的條件來進行的？所有設備的效率曲線都會因為負載率的不同而變化。在實際運作狀態下，PUE 每天 (甚至每小時) 都會有所變化。
• 最後，水冷式冷凝器和氣冷式冷凝器效率的相關爭論也持續不休。兩種應用都有多種「自然冷卻」或「節能冷卻模式」應用配置可用，來協助降低 PUE。在此範例中，在進行 TCO/ROI 業務決策時，您必須考慮下列問題：水冷式解決方案補給水和水處理維護所需的成本是多少？使用水冷塔的典型 2 MW 資料中心每天需要 50 到 60,000 加侖的補充水。

您可以運用 PUE 來滿足您總體業務目標，但是必須小心。不要因為錯誤地使用計算公式，因而錯誤地正當化整體資本支出和運作支出預算。

目前為止，美國綠色建築協會 (USGBC) 沒有針對資料中心確立專屬的 LEED 認證指標。但是，您仍可透過當中的商業建建物內部清單 (Commercial Interiors Checklist) 來取得認證。此處有三項常見的基本錯誤：

• 對合格條件缺乏基本認知。這可以透過閱讀上述參考文獻加以改善。
• 將 LEED 認證視為可事後順便補上的認證。若要獲取 LEED 認證，應在設計概念階段即將其納入考量，並在專案完成時正式取得認證。在開始規劃的階段，即應與已獲得認證的 LEED 專業人員顧問公司共同討論。

若要取得認證，勢必要投入成本。如果沒有周全考量到相關支出，TCO 和業務決策將會受到衝擊。

如前所述，簡單便是美。不論您選擇的目標 Tier 評級為何，您都有豐富的選項可以活用，來設計出一套有效的系統。在很多情況中，備援目標容易造成過高的複雜度。此外，模組化系統能以多元做法加以建設，因此複雜度也容易跟著節節攀升。

在內部進行討論或向所選廠商進行諮詢時，您的首要目標不外乎是「越簡單越好」。為什麼？

• 複雜度高，通常涉及到更多設備和元件。零件越多，可能的故障點就越多。
• 人為失誤。實際數據各有不同，但呈現的趨勢相當一致。大多數資料中心的當機來自於人為失誤。複雜的系統會增加運作風險。
• 成本。簡單系統的建設成本較低。
• 運作與維護成本。如上所述，複雜度高，通常涉及到更多設備和元件。局部累加的 O&M 成本可能會呈指數性成長。
• 設計應以實際使用為準。許多設計在紙上談兵的階段看似不錯。您和您的顧問大可正當化自己選擇的配置以及預期能帶來的運作時間潛能。但若設計沒有將運作或維護時的「可維護性」納入考量，系統運行時間以及人員安全將可能受到威脅。

有許多資料中心的設計、建設以及擴建都以失敗收場，但這並不代表您的資料中心也注定如此。若能避免犯下本白皮書所列出的九大錯誤，您便能穩健地邁向成功。總結：

1.以總持有成本做法開始著手
• 根據您的業務支出概況評估風險概況
• 建立包含 CapEx、OpEx 以及能源成本的模型

2.決定您的設計指標和效能特性
• 根據您的風險概況與業務目標來決定此指標
• 運用這些指標來引導您決定設計，包括 Tier 等級、位置與空間規劃，而非反其道而行

3.簡單、有彈性的設計
• 採用能夠滿足您運作時間需求的設計方案，並同時確保建設與運作期間的成本能夠壓低；原則是「簡單便是美」。
• 確保設計具備足夠彈性，以能在未來非預期的情境中因應擴建之需求

4.如果 PUE 和 LEED 認證是您指標的一部分，您應充分瞭解常見的相關錯誤和關聯成本。

若運用 TCO 做法進行妥善規劃，您將可建立足以因應您組織目前和未來績效目標與業務需求的資料中心設施。

Mike M. Hagan 隨施耐德電機收購 Lee Technologies 後於 2011 年加入施耐德電機。在此之前，Hagan 先生自 1988 年起即持續任職於 Lee Technologies。

Hagan 先生在資料中心產業有超過 25 年的從業經驗，並為施耐德電機引入以客戶為中心的銷售和行銷模式，首重以適當的戰略性解決方案來制定整體業務策略。他致力於遂行以提升競爭力、降低運營成本、保護投資、擴大市場和提高利潤等核心業務原則為基礎的資料中心規劃。

Hagan 先生為眾多產業期刊撰寫過許多白皮書和文章，經常在 Tier1、7x24 Exchange、Data Center Dynamics、AFCOM 與 CoreNet Global 等產業活動中演講。加入 Lee Technologies 前，他曾任職於 Liebert、Hitachi、SunGard 與 Danaher Corporation 等公司。他在俄亥俄州牛津市的邁阿密大學取得製造工程專業學士學位。

John Lusky 是 Lee Technologies 服務集團設計建設部門的電氣工程總監。他目前主要負責資料中心環境相關的關鍵電力系統評估與設計工作。

John 在工業設施控制和關鍵電力系統的設計、建設、整合與安裝方面擁有超過 14 年的經驗，並且持續在工程領域推陳出新。他在製程控制和工業自動化方面的歷練豐富，不僅深入瞭解各種控制系統，同時也對於關鍵環境中橫跨多個領域的高備援系統互動有深入洞見。John 開發了許多極為強大又具成本效益的解決方案，讓系統能在負載增加時以模組化的方式進行擴充。

John 對於資料中心環境建設與維護活動的深度瞭解，讓他能最大限度地減少建設期間的問題，並且簡化未來的維護活動。他與客戶密切合作以確定其具體需求，而非試圖將客戶的需求強硬嵌入現有的設計中。此外，他也會定期與客戶合作，協助他們瞭解總持有成本模型、選址和 PUE/LEED 相關措施。

Tuan Hoang, P.E. 是 Lee Technologies 的管理工程師，領導設計和工程團隊開發資料中心解決方案。Tuan 主要負責多項關鍵 HVAC 系統的評估與設計工作，其中也包含運算設備級的空調系統、冷凝器、塔架和加濕機。Tuan 在 2005 年加入 Lee Technologies 前，曾任職於 Northrop Grumman 以及一家機械電器配管公司，為美國海軍航空母艦設計關鍵冷卻與通風系統。

Tuan 活用自己在關鍵冷卻系統產業 10 年以來的經驗，為資料中心產業的關鍵系統設計帶入不同且多元的因應策略。他的經驗涵蓋設施評估、計算未來預估成長，以及平穩過渡轉型開發階段的解決方案。

Scott Walsh P.E., LEED A.P. 是一位 LED 認證專業工程師，任職於 Lee Technologies 設計建設部門。Scott 目前的職責包括現場調查與驗證、設備選擇與規格、負載計算、針對規章和規性進行設計文件驗證、規劃草案、製作施工建設文件，以及現場協調。

Scott 在資料中心產業有超過 7 年的從業經驗，在機械設計、需求分析、LED 專案規劃、策略專案規劃、工程開發、專案管理等領域有很高的造詣。他在運用 PUE 為各種 LED 資料中心專案開發設計方面，擁有十分專業的經驗。