出廠前完成預組裝的數據中心系統或子系統通常會被描述成預制化、集裝箱式、模塊化、滑動底座式、IT模塊化、移動式、便攜式、獨立式、微模塊等等。然而，市面上各種類型的預制化模塊之間有著重大的區別。本文將定義什么是預制模塊化數據中心，并提出各種類型預制模塊化數據中心的標準術語，同時定義并比較其關鍵屬性，以及給出基于客戶業務需求選擇最佳方案的指導建議。

一、預制模塊化數據中心的定義

首先，我們來定義什么是預制模塊化數據中心，預制模塊化數據中心需要具備如下兩個特征：

1. 預先設計并在工廠完成組裝和測試的系統，而該系統按照傳統慣例通常是在施工現場完成安裝的

2. 安裝在底座上或者封閉空間內

按照功能進行分類：將模塊化數據中心按功能模塊區分的一個重要原因在于，考慮現有設施的擱淺容量，數據中心可能只需要某個特定的資源（如僅需電源模塊或制冷模塊）。另一個原因是每個功能模塊要求掌握相應技能的人員進行操作和維護（例如基礎設施工作人員與IT工作人員的不同，機械操作人員與電氣操作人員的不同）。另外的制約條件是各個模塊的占地空間。

按照外觀特征進行分類：區分預制模塊化解決方案的第二個關鍵屬性就是外觀特征。可能需要根據不同應用做出不同的選擇（例如，某個數據中心為了滿足業務需求可能要求始終能在滑輪上移動），也可能因為數據中心容量而受到限制（例如，ISO標準集裝箱中的電源系統容量通常限制在500kW左右，但是滑動底座安裝式設計能支持更大的電源容量）。

按照組合方式進行分類：預制化功能模塊以不同的組合方式部署。有些預制模塊化數據中心由預制化模塊與傳統的“現場施工”模塊組成（比如說模塊化供配電系統、模塊化制冷系統與傳統的IT設施組合）。另外一些數據中心則是全預制化，即所有3個功能模塊—電源、制冷以及IT均預制化。全預制模塊化數據中心還有一種特殊的組合方式就是所謂的“All in one數據中心”，即在該架構中，電源系統、制冷系統以及IT部署在同一個封閉空間內。

二、按功能進行分類

數據中心的功能可細分為以下三大部分：設施電力、設施制冷以及IT機房。預制模塊化數據中心模塊有時可提供多個功能（即All-in-one數據中心），但通常情況下它們各自僅提供其中一項功能，原因如下：

1、考慮現有設施的擱淺容量，可能數據中心只需要某個特定的資源（如僅需要電源模塊、制冷模塊或IT模塊）

2、相對All in one數據中心模塊來說，需要提供更大的IT容量，同時需要獨立的IT機房（物理空間約束了模塊化方案的應用）

3、要求運行和維護人員分離（包括IT人員、機械操作人員、電氣操作人員），來降低人為失誤風險

4、需要優化空間利用率，特定功能模塊能利用更大容量的組件，共享間隔空間，從而提供更大的單位面積功率容量（kW/平方米）

電源模塊

預制化電源模塊如下圖所示，旨在為數據中心提供大容量電力。它可以給同棟樓內的模塊化IT設施或者傳統IT設施供電。電源設施模塊下的標準子系統通常包括開關柜/配電盤、ATS（自動轉換開關）、帶備用電池的UPS（不間斷電源系統）、變壓器以及配電盤柜。此外，對于封閉空間而言，應具備照明、安全和制冷等配套系統。通常情況下，備用發電機作為一個單獨的模塊，可以與電源模塊整合到一起。

制冷模塊

如今的數據中心會考慮成本、效率和可靠性等因素，因此，出現了一系列制冷架構用于支持IT設施的正常運行。數據中心的地理位置（氣候條件）也是選擇最優制冷方案的一個重要驅動因素。下圖所示為制冷系統的水力模塊。

IT模塊

預制化IT模塊是安放IT設備的地方，它包含為這些系統供電與送冷風的配套基礎設施，并且還為必須對該IT設施進行操作的IT人員提供合適的作業環境。除系統采用預先集成設計外，將IT設備置于模塊內還有一個額外優勢就是形成了一種氣流遏制系統，將冷熱氣流分開，這對于實現有效且高效的氣流分配至關重要。下圖所示為一個由10個IT機架及其配套系統組成的IT設施模塊，但還有其它可提供更高機架容量的具有不同外觀特征的解決方案。

三、按外觀特征進行分類

預制模塊化數據中心有多種外觀特征，即多種結構類型、尺寸或形狀。具體解決方案的外觀特征會影響其可運輸性、安放方式以及安放位置（地面—室內、室外或屋頂）。以下是3種基本的預制模塊化數據中心外觀特征：

ISO標準化集裝箱式

非ISO標準化集裝箱式

滑動底座式

對于一個給定數據中心項目而言，選擇合適的外觀特征或者外觀特征組合，需要滿足其可運輸性、容量及可擴展性等方面的要求。此外，模塊的外觀特征還會影響其容量，因為特定尺寸的模塊會局限適合安裝在其內的設備類型。另外，在某些地區也可能要求許可證明和納稅。

ISO標準化集裝箱式

ISO集裝箱是標準化的可回收再利用的鋼化船運箱體，設計初衷是為了保證產品的安全高效運輸以及儲存安全，同時還方便貨物從一種運輸方式到另一種運輸方式的轉移（例如從船運轉到鐵路再轉到公路運輸）。多項ISO標準從分類、外形尺寸到角配件的技術規范、吊裝集裝箱的掛鉤以及集裝箱上的標識等多個角度來規范貨物集裝箱。這些標準使得貨運過程和操作過程更簡便更標準化。

用于數據中心模塊的集裝箱標準尺寸如下：6.10米x 2.44米和12.2米x 2.44米。6.10米的集裝箱標準高度為2.591米，12.2米的集裝箱其高度還可以是所謂2.896米的“高柜”高度。通常使用較多的是高柜高度的集裝箱，因為它們對于運輸置于其內的設備而言，具有更好的靈活性。

ISO標準化集裝箱式模塊通常對容量有限制，電源和制冷系統容量限制在500kW左右，IT機房容量限制在200-250kW左右。IT模塊的容量取決于占地面積上可安放IT機架的數量，并且對于不同的機架排列方式，有不同的空間權衡方法。比如說，如果機架背對著面墻壁安放，將形成一條很寬的冷通道，則熱通道只能從外部通過面板或者門進行訪問。如果機架在機房中間排成一行長列，冷熱通道就必須設計的更窄。最后，如果采用垂直于集裝箱長度方向的多條短通道設計方案，則行與行之間將形成窄通道。總而言之，由于IT模塊對容量的限制，使得這種方案更適用于一些小型的數據中心。大容量需求的數據中心通常趨向于采用更傳統的IT機房。

ISO標準化集裝箱的安裝經常涉及到斜坡基座（混凝土基座）的安放。還需要用到起重機將集裝箱從卡車吊裝到基座上。當集裝箱作為補充容量用于一個已有容量擱淺的實體設施場合時，通常會將集裝箱安放在靠近樓宇邊界的地方，緊挨著它所支持的數據中心。有些時候，電源模塊或者IT集裝箱被安放在倉庫內，旨在保護相關人員在惡劣天氣條件下操作和維護作業的安全性，同時還能使關鍵系統具有更高的安全保證。

下圖所示為一個電源模塊和一個制冷模塊，二者都采用ISO標準化集裝箱設計，并且為了滿足系統要求進行相應的改造。

非ISO標準化集裝箱式

非ISO標準化集裝箱式就外形尺寸而言，這種模式并不標準，也不需要像ISO標準化集裝箱那樣去滿足特定的船運標準。封閉外觀式通常也被稱為殼體式、金屬屋或者區域模塊式。

相比ISO標準化集裝箱而言，這種方式的運輸及裝卸成本更高，如果整個架構沒有在工廠完成全部組裝的話，其現場組裝的工作量將更大。例如，一個寬的封閉外觀式模塊需要分成兩個部分，如下圖所示，有些通常被稱作模塊化機房的非ISO事實上是在工廠建造，并與數據中心設備集成好，完成測試和調試，然后拆分運輸到客戶現場再行組裝，很像是一個樂高積木模塊。這種外觀特征的優點在于，對于其所能支持的IT容量具有更好的靈活性，并且所有設備布局都在它的封閉空間內。

大多數的非ISO數據中心適用于室外，能經受各種氣候條件，但有些卻只能安裝在室內（比如倉庫內）。出于安全人員進出限制等原因，或者為了保護工作人員在搬運設備（如服務器）時免受惡劣天氣的影響，即使有些能經受室外條件，有時也要安裝在室內。有些封閉外觀式就像房間一樣，工作人員可以進入進行操作和維護。有些則可以更貼切的描述為一個封閉的“系統”，工作人員通過位于其外側的檢修門進行操作（不可進入類型）。

選擇該類型的數據中心的一個關鍵驅動因素是數據中心子系統需要置于室外環境，或者需保護不受外界其它因素干擾，如處于一個有害的、惡劣的、不利的室內環境。置于室外的封閉外觀式模塊需要有相應等級的安保措施，以防止不良人員進入（如人為肆意破壞行為）。

滑動底座安裝式

滑動底座安裝式是一種分配和儲存機械設備的方法，這些機械設備在制造階段就被永久地安裝在框架或者滑動底座或是金屬托盤上。這樣的話，整套設備就可以安全便捷的作為一個整體單元運輸和使用。下圖所示為滑動底座安裝式數據中心模塊示例。

滑動底座安裝式模塊通常不用于室外，因為其元件對室外環境因素無防護性能。這種外觀特征通常包含電源模塊，與大部分制冷系統做法不一樣，該模塊中諸如開關柜、UPS、變壓器以及配電盤等組件不需要置于室外。因為空間限制的減少，滑動底座安裝式（相比封閉外觀式和ISO標準化集裝箱式）對容量限制要求更低，能支持更大容量的數據中心。因此，隨著電源需求不斷增加，滑動底座安裝式方案更顯其合理性。一般而言，預制化滑動底座安裝式模塊的成本比同級別的非ISO外觀式成本要低40%左右。

四、按組合方式進行分類

將各功能模塊應用到數據中心有許多種方式，大致可歸類為以下3個主要類別：

部分預制模塊化數據中心：數據中心由預制化功能模塊和傳統的“現場施工”系統組合構成

全預制模塊化數據中心：數據中心完全由預制化IT、電源和制冷模塊構成

All-in-one數據中心：數據中心為單個獨立封閉空間，且配備齊全，自帶IT、電源和制冷系統

本節將對每種組合方式做詳細闡明，配圖加以說明，并列舉每種組合方式的典型部署場合。所有這些組合方式的共同要求在于，要求在數周內完成數據中心的部署工作，而不是數月或者數年，要求在需要時能夠擴容數據中心規模，以及要求改進性能的可預期性。其它特定的需求（如周圍空間、現金流或速度等因素）也會影響方案最終的選定。

部分預制化模塊化數據中心

部分預制模塊化數據中心與傳統“現場施工”系統混合部署組成的預制化數據中心被稱為“部分預制化數據中心”。下圖所示為一個部分預制化架構的例子，圖中，在同棟建筑里，預制化電源模塊和制冷模塊支持一個傳統的IT機房。其它可能的組合方式有，傳統的電源和制冷系統支持外部模塊化IT機房。預制化模塊與傳統系統的特定組合部署取決于應用場合及數據中心的具體要求。在一個改造項目中，某個特定的資源容量受限，這種架構方案就經常適用部署于上述情形中。

部分預制模塊化數據中心通常應用于以下情形：

1、現有數據中心缺少大容量電源，且配電室空間有限，但IT機房可以支持增長

2、現有數據中心缺少大容量制冷（排熱）系統，但IT機房可以支持增長

3、由于實際部署密度低于設計密度，現有數據中心缺少IT機房空間，但是有大量富余電源容量和制冷容量

4、新的企業級數據中心有一個混合的IT環境，限制IT模塊的應用，但可以部署電源模塊和制冷模塊

5、在實施長期計劃之前，選擇一個短期計劃解決容量或者可靠性方面存在的缺口（到長期計劃實施的時候，這些模塊可以重新規劃，改作它用）

全預制模塊化數據中心

在一個全預制模塊化數據中心內，三個功能模塊各司其職，電源模塊給數據中心提供大容量電源，制冷模塊為數據中心提供散熱，IT模塊用于安放關鍵的IT設備。下圖所示為兩個全預制模塊化數據中心示意圖，圖中還顯示了各模塊的布局方式。根據業務需求的不同，部署方式會因為外觀特征、電源容量、技術以及安放位置（室內或室外）不盡相同。

全預制模塊化數據中心通常應用于以下情形：

1、將整個數據中心的可擴展性視為關鍵業務驅動因素

2、多租戶的數據中心希望將IT設施按租戶分區操作，需要擴展電源系統和制冷系統資源

3、同類大規模的IT數據中心希望以“分階段可重復”的方式部署設備

4、高密度、高性能計算數據中心重復部署大量服務器，希望按服務器規模重新確定容量

5、有大型災備數據中心的需求

All-in-one數據中心

All-in-one數據中心其實是全預制模塊化數據中心的一種特殊類型，但鑒于這種方案具有將所有組件都置于單個結構中的特性，本文還是將它作為一種獨立的組合方式。下圖所示是All-in-one數據中心的示例。All-in-one數據中心是一個獨立的安全計算環境，包括所有的存儲、處理和所需的網絡以運行客戶的應用。它通常以一個單體柜來運輸，而且包括所有必須的供電、制冷、安防以及相關的管理工具（DCIM）。All-in-one數據中心是在工廠中完成組裝和測試的。

當多種功能集成到單個模塊之中時，容量通常會成為“瓶頸”。典型的All in one數據中心（集電源、制冷、IT）容量限制大約為單個模塊150kW左右，譬如ISO標準化集裝箱。如果模塊被分成幾部分送達現場，并重新拼接，那么其對容量的限制將更高。除非現場需要2個或3個以上All in one數據中心模塊，否則其成本是高昂的。

盡管這種組合方式被稱為“All-in-one”數據中心，但通常它還需要一些額外的外部配套基礎設施的支持，比如說發電機或冷水機組。還有一種特殊情況是只有IT系統和制冷系統集成在單個封閉空間內，而UPS電源模塊安置在另一個單獨的模塊內。這種方式常用于新風制冷設計中，它的IT設施允許使用直接新風制冷，或者通過空氣熱交換器間接進行制冷。

All-in-one數據中心通常應用于以下情形：

1、滿足實時或近于實時應用的數據處理需求。例如，工廠自動化（比如：機器人），工業自動化（比如：起重機）等等

2、臨時的需求場合，如軍事用途、體育賽事報道或者其他臨時活動用途

3、數據中心能否移動至關重要

4、遠程分站點需要小于150kW容量的小型數據中心

5、多用途設施中的小型數據中心，需要對所有功能實現自主控制

6、位于惡劣環境中的數據中心，如工業現場、油井平臺等場所

7、有小型災備數據中心的需求

五、結論

預制模塊化數據中心的實施方案選擇眾多，但由于缺少標準的專業術語描述和界定，加大了選擇合適方案類型的難度。最優化的組合方式，包括選擇正確的功能模塊和外觀特征，取決于應用場合和特定的業務需求。有時候全預制模塊化數據中心是最佳方案，有時候則要選擇由預制模塊化模塊和傳統系統混合組成的部分預制模塊化數據中心方案。深刻理解各種外觀特征的局限和優勢有助于確定最優方案的選擇。最后，部署速度、可擴展性、空間限制、容量以及現金流等業務需求也對最優方案的選擇起著驅動作用。