數據中心建設與運營(yíng)中的數字仿真

數字孿生是建筑物(例如數據中心)的虛擬副本(無(wú)論是規劃建設還是已經(jīng)建成的建筑物)，它將詳細模擬該建筑物在其生命周期內的表現和運作方式。

是建筑物(例如)的虛擬副本(無(wú)論是規劃建設還是已經(jīng)建成的建筑物)，它將詳細模擬該建筑物在其生命周期內的表現和運作方式。

已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)成熟的領(lǐng)域，數字孿生為企業(yè)提供了一種從一開(kāi)始就更高效、更可持續地構建數據中心的方法。

通過(guò)數字孿生技術(shù)，企業(yè)可以?xún)?yōu)化其數據中心設施的設計方式，了解其運行方式，并在數據中心部署服務(wù)器之前發(fā)現潛在問(wèn)題。

數據中心采用的數字孿生技術(shù)

凱捷公司工程技術(shù)和創(chuàng )新副總裁Subhankar Pal解釋說(shuō)，數字孿生是數據中心的3D虛擬副本，可以在任何操作場(chǎng)景下模擬其行為。

Pal說(shuō)，“基于物理的數字孿生包括數據中心空間、架構、機械和工程系統、冷卻、電源連接和活動(dòng)地板承重能力的完整3D表示。它包含整個(gè)數據中心生態(tài)系統，包括數據中心構建塊的虛擬表示，而這些來(lái)自所有主要OEM的電源、冷卻和IT系統組件。”

這種模擬軟件使企業(yè)能夠在實(shí)施之前預測、可視化和量化其數據中心中任何變化的影響。

Pal說(shuō)，“數字孿生將所有利益相關(guān)者聚集在一起，以預見(jiàn)并控制數據中心運營(yíng)對性能和業(yè)務(wù)的影響。數字孿生提供了增強的可見(jiàn)性，降低運營(yíng)風(fēng)險、消除流程瓶頸，并在同一個(gè)系統中分析假設場(chǎng)景。”

Cundall公司關(guān)鍵系統合作伙伴Malcolm公司的Howe強調了計算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)模型如何在數據大廳內實(shí)現之前優(yōu)化布局。數字孿生可以幫助消除有關(guān)IT負載和容量規劃的部署和分配的一些猜測。

他說(shuō)：“即使是對部署的微小更改，也可以顯著(zhù)減少‘熱點(diǎn)’，從而為數據中心業(yè)主/運營(yíng)商提供更好的利用率。”

他指出，雖然它對現有數據中心的持續運營(yíng)具有潛在的好處，但此類(lèi)模擬軟件使企業(yè)能夠了解其設施在現實(shí)世界中的運作方式。企業(yè)可以在硬件布局、電源和冷卻以及氣流方面優(yōu)化數據中心設計，甚至可以?xún)?yōu)化太陽(yáng)能發(fā)電設施的建筑方向。還可以在IT設備安裝之前識別潛在問(wèn)題，例如熱點(diǎn)或火災隱患。

數字孿生的一個(gè)主要好處是它可以將計算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)等技術(shù)引入視野。3D空間中的液體、氣體和溫度參數被引入圖片中，使人們能夠更詳細地了解數據中心的運行方式。

Pal補充道：“數據中心的數字孿生不是使用專(zhuān)門(mén)的數據驅動(dòng)模型，而是基于現場(chǎng)，能夠模擬新配置的性能，它使數據中心運營(yíng)商能夠自信地做出決定。”

他表示，當與虛擬或增強現實(shí)等技術(shù)相結合時(shí)，數字孿生可以在建造之前展示數據中心設施的全貌，并幫助建造過(guò)程。

今年早些時(shí)候，PM集團宣布將在丹麥設計和建造歐洲最大的超大規模數據中心之一期間部署XYZ Reality公司的AR產(chǎn)品Holosite，以實(shí)現顯著(zhù)的時(shí)間和勞動(dòng)力節省。

Turner&Townsend公司在亞利桑那州鳳凰城的辦公室和數據中心負責人Joe Connolly表示，除了確保效率外，仿真軟件還可用于在數據中心行業(yè)內創(chuàng )建更具可持續性的設計。

他說(shuō)，“選擇建筑方向可以通過(guò)最大化采光等方式減少能源需求。建筑圍護結構也可以進(jìn)行優(yōu)化，并且可以采用集水功能等可持續元素進(jìn)行設計。使用建筑性能模擬(BPS)進(jìn)行能源建模，與BIM模型協(xié)同運行，可以預測能源消耗，并查看包括太陽(yáng)能電池板等可再生能源選項和可持續材料選擇的影響。”

數字孿生在構建之后的好處

當與DCIM(數據中心基礎設施管理)軟件結合時(shí)，數字孿生為企業(yè)提供了一種方法來(lái)了解和優(yōu)化硬件更改對數據中心配置文件的影響，并且相同的數據可用于幫助預測和自動(dòng)化操作。

Linesight UK公司主管Callum Faulds說(shuō)：“如今建造的大多數現代數據中心在設計階段都采用了某種工程模型，并將模型的使用擴展到了施工階段——有些甚至進(jìn)入了運營(yíng)階段。數字孿生與DCIM等管理工具集成以捕獲實(shí)際數據中心的當前狀態(tài)實(shí)時(shí)數據，然后可用于在實(shí)施之前模擬和預測、可視化和量化數據中心任何變化的影響，以減輕中斷或失敗的風(fēng)險。

隨著(zhù)整個(gè)生態(tài)系統中所有主要組件的實(shí)時(shí)數據的可用性以及采用具有機器學(xué)習算法的系統，數據中心可以了解一天中不同時(shí)間和不同IT利用率水平的最佳溫度，并自動(dòng)調整相應的冷卻系統。此外，它將跟蹤數據并不斷改進(jìn)算法，使其隨著(zhù)時(shí)間的推移變得更加有效。 ”

隨著(zhù)數據中心希望變得更加自動(dòng)化，并且該行業(yè)的目標是遠程操作的“熄燈”設施，嵌入DCIM的數字孿生將成為當務(wù)之急。

Telehouse公司歐洲地區工程主管Oliver Goodman補充道。“如果DCIM產(chǎn)品不被用于模擬和調節運行數據中心的基礎設施，那么它就不會(huì )被充分利用，而且基礎設施是一個(gè)包含數據并顯示設備磨損情況的模型，有助于規劃、維護或更換。通過(guò)將實(shí)時(shí)數據(例如每個(gè)機架中的負載以及冷卻系統的運行方式)提取到該模型中，企業(yè)可以將DCIM與其他軟件結合使用來(lái)評估氣流和冷卻需求等元素，以運行多個(gè)場(chǎng)景并實(shí)時(shí)了解它們的影響。”

數據中心領(lǐng)域的數字孿生應用仍處于早期階段

數字孿生仍然是一項新興技術(shù)，尤其是在數據中心領(lǐng)域。盡管每個(gè)調研機構的調查數據有所不同，但估計2020年全球數字孿生行業(yè)的市場(chǎng)規模約為50億美元，但預計在2030年將達到50～1000億美元。

Goodman說(shuō)，“數字孿生被用來(lái)創(chuàng )建新建筑和項目的準確3D模型，但該模型中內置的細節水平由于企業(yè)不同而有所不同。雖然成本很高，但它有效地使企業(yè)可以在沒(méi)有實(shí)際身處建筑物的情況下在建筑物中行走。從設計、協(xié)調和沖突檢測的角度來(lái)看，其好處是顯而易見(jiàn)的。企業(yè)可以使用這些模型進(jìn)行模擬的可能性似乎無(wú)窮無(wú)盡，但目前很少有人將數字孿生和BIM建模應用到這種程度。”

一些企業(yè)(如Future Facilities)提供了專(zhuān)用的數據中心數字孿生服務(wù)解決方案。日本建筑公司小松公司(索尼公司的半導體子公司)和電信/數據中心運營(yíng)商NTT Docomo公司最近宣布成立一家名為Earthbrain的合資企業(yè)，以通過(guò)數字孿生支持建筑行業(yè)的數字化轉型。而許多DCIM供應商正在將這項技術(shù)嵌入到他們的解決方案中。

數字孿生專(zhuān)家Iotics公司業(yè)務(wù)負責人Ali Nicholl說(shuō)，“這項技術(shù)是存在的，但對標準化和集中化的關(guān)注阻礙了采用的動(dòng)力，這會(huì )增加實(shí)施的成本和復雜性。”

3D設計和建模公司Zelus公司首席執行官Ken Smerz補充說(shuō)，采用數字孿生的主要障礙是在建筑行業(yè)整體采用先進(jìn)技術(shù)的普遍猶豫，這種情況在過(guò)去18個(gè)月內開(kāi)始發(fā)生轉變。

Canonical公司的人工智能/機器學(xué)習產(chǎn)品經(jīng)理Maciej Mazur說(shuō)，“數字孿生是主要的游戲規則改變者，它們已經(jīng)開(kāi)始發(fā)展成熟，一些DCIM供應商已經(jīng)將數字孿生嵌入到他們的產(chǎn)品中。在接下來(lái)的三年里，我們很可能會(huì )看到每個(gè)數據中心都采用這種方式建模。”