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數(shù)字文明時代的數(shù)字經(jīng)濟,推動了數(shù)字中心基礎建設的高速發(fā)展。從公開的信息可以看到,2019年中國數(shù)量達到了7.4萬個,大約占全球數(shù)據(jù)中心總量的23%。由于大量的數(shù)據(jù)中心主要從事為客戶提供機柜租用、帶寬租用、服務器代理運維等服務業(yè)務的特殊性,所以,數(shù)據(jù)中心硬件資源利用率不穩(wěn)定,出現(xiàn)了核心資源利用率偏低:數(shù)據(jù)業(yè)務擴張,機柜數(shù)量增加帶來壓力;監(jiān)控手段繁瑣,難于高效管理;特別是數(shù)據(jù)中心耗能巨大,核心設備忙閑不均、環(huán)境條件冗余波動等種種問題,成為建設和運營綠色數(shù)據(jù)中心的攔路虎。北京瑞思博創(chuàng)科技有限公司的數(shù)字孿生技術,為數(shù)據(jù)中心 增能減負 ,建設和運營綠色數(shù)據(jù)中心打開了智慧之門。

近日,北京瑞思博創(chuàng)科技有限公司總經(jīng)理黃冬梅博士接受了本刊記者采訪。

記者:黃博士好!今年8月本刊曾登出了您和楊超副總撰寫的關于數(shù)據(jù)中心數(shù)字孿生技術的論文,引起了許多讀者的關注。今天有幸采訪您,就請您介紹一下,公司的基本情況和主要業(yè)績,幫助我們?nèi)媪私赓F公司的概況和數(shù)字孿生技術的奧妙。

黃博士:北京瑞思博創(chuàng)科技有限公司是數(shù)據(jù)中心行業(yè)專業(yè)的CFD工程軟件及服務提供商,成立于2009年,專門從事數(shù)據(jù)中心冷卻及電子產(chǎn)品散熱方面業(yè)務,在數(shù)據(jù)中心氣流組織CFD評估分析、運維管理、節(jié)能改造、AI節(jié)能等方面有豐富的實戰(zhàn)經(jīng)驗和科研實力。

公司獨家代理英國FutureFacilities公司的數(shù)據(jù)中心CFD仿真系列軟件6SigmaDCX,并提供技術支持和培訓服務。

6SigmaDCX系列軟件包括:6SigmaRoom數(shù)據(jù)中心及園區(qū)級CFD仿真軟件

6SigmaRack機柜級CFD仿真軟件

6SigmaET設備級CFD仿真軟件

公司在中國數(shù)據(jù)中心行業(yè)活躍10年有余,積累了大量的實際數(shù)據(jù)中心項目案例,包括騰訊T-Block項目,華為烏蘭察布AHU項目,阿里張北液冷項目等具有先進技術和里程碑的項目,獲得行業(yè)廣泛認可,并擁有良好的口碑和綜合實力。公司愿景是讓數(shù)字孿生技術不再高不可攀,為中國數(shù)據(jù)中心行業(yè)良性發(fā)展助力!

公司從2013年至2020年,連續(xù)8年獲得多個數(shù)據(jù)中心行業(yè)權威獎項:

2013年榮獲CDCC當年數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品應用獎

2014年榮獲CDCC當年數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品應用獎

2015年榮獲CDCC當年數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品應用獎

2016年榮獲GDCT中國高效能數(shù)據(jù)中心優(yōu)秀產(chǎn)品獎

2017年榮獲GDCT中國數(shù)據(jù)中心最佳綠色節(jié)能產(chǎn)品獎

2018年榮獲國家科技成果獎優(yōu)秀獎(二等獎)

2019年榮獲NIISA技術創(chuàng)新項目獎(一等獎)

2020年榮獲國家中心科技獎卓越獎(一等獎)

公司在國內(nèi)受到廣大用戶的認可,典型用戶有華為、中興、百度、騰訊、阿里巴巴、京東、快手、維諦、伊頓、科華數(shù)據(jù)、秦淮數(shù)據(jù)、世源科技、中國建筑設計院、中訊設計院、中移動設計院、上海郵電院、電子十一院等。

記者:聽了您的簡單介紹,了解到北京瑞思博創(chuàng)科技有限公司果然是名副其實的高科技公司!下面,請您介紹一下什么是數(shù)字孿生技術?

黃博士:數(shù)字孿生是在工業(yè)產(chǎn)品數(shù)字化基礎上成長的。數(shù)字孿生概念,2002年由美國密西根大學教授提出,2011年在美國空軍研究項目第一次公開使用。后續(xù)在工業(yè)產(chǎn)品設計生產(chǎn)、加工制造以及維保服務階段都得到了大量應用。2018、2019年開始在數(shù)據(jù)中心行業(yè)興起。

什么是數(shù)字孿生呢?按照Gartner的定義就是物理世界和數(shù)字世界的動態(tài)連接,重點體現(xiàn)在動態(tài)上,也就是說兩個孿生兄弟(或姐妹)從出生開始就保持非常高的相似度,不僅包括外形一致,更重要的是包括心跳等指標一致。對于數(shù)據(jù)中心來說,外形一致,可以理解成實際數(shù)據(jù)中心和該數(shù)據(jù)中心的3D數(shù)字模型一致;心跳一致,則意味著各種參數(shù)一致,比如,空調(diào)送回風溫度、流量、高架地板出風流量、機柜進風溫度等各種參數(shù)。下面是數(shù)據(jù)中心數(shù)字孿生示意圖。

記者:您從孿生兄弟的概念模型,到數(shù)據(jù)中心的物理模型,講解的非常形象和透徹,接下來,請您介紹一下孿生數(shù)字技術對數(shù)據(jù)中心有什么幫助?

黃博士:隨著新基建政策的提出,數(shù)據(jù)中心行業(yè)得到了快速發(fā)展。為了適應當下互聯(lián)網(wǎng)的需求,數(shù)據(jù)中心在國內(nèi)大規(guī)模擴建,建設速度大大提高,從以前的2-3年建成,到現(xiàn)在的6個月建成。然而,數(shù)據(jù)中心生命周期至少10年以上,如何做好數(shù)據(jù)中心后期運維,保證數(shù)據(jù)中心的安全性、可用性和經(jīng)濟性將成為困擾數(shù)據(jù)中心運營的難題。

數(shù)字孿生將是能夠解決這一難題的最佳途徑。我們公司從2018年,開始在國內(nèi)率先倡導數(shù)字孿生技術在數(shù)據(jù)中心的應用。我們利用6SigmaDCX軟件搭建數(shù)據(jù)中心的3D數(shù)字模型,實現(xiàn)外形一致,并導入實測數(shù)據(jù)與之匹配,完成心跳一致。在建立好數(shù)字孿生模型之后,可以為數(shù)據(jù)中心運維提供更多信息,為數(shù)據(jù)中心運維決策提供依據(jù),從而讓數(shù)據(jù)中心提升業(yè)務價值。

那么數(shù)字孿生到底能為數(shù)據(jù)中心提供哪些信息?帶來哪些價值?

我們先回答數(shù)字孿生能為我們提供哪些信息?我們都知道,數(shù)據(jù)中心正常運行所需的電力供應可以通過各種電力裝置讀取,而數(shù)據(jù)中心正常運行所需要的環(huán)境參數(shù)只能通過部署一定量的傳感器采集獲得,傳感器數(shù)量是有限的,只能獲取個別點的數(shù)據(jù),比如,通常數(shù)據(jù)中心會根據(jù)DCIM或動環(huán)系統(tǒng)要求在冷通道布置幾個,或者在機柜前后門布置幾個溫度傳感器,而不可能在每一臺服務器進口位置都部署,那么問題來了,只了解這一些點的溫度數(shù)據(jù)是否足夠?答案肯定是不夠?；蛘哂终f了那在每一臺服務器前后都安裝傳感器?首先傳感器安裝越多,肯定獲得信息越多,但是一個機房都有幾千臺服務器,安裝這么多的傳感器,一是成本,二是復雜,不太現(xiàn)實。而數(shù)字孿生模型搭建好以后,通過CFD仿真可以為數(shù)據(jù)中心提供任何位置你想要的信息，這個孿生模型計算結果是連續(xù)的，不是散點。大大彌補了DCIM或動環(huán)采集數(shù)據(jù)的不足。

記者:您的講解越來越深入,越來越清晰。使我們看到了孿生數(shù)字技術在數(shù)據(jù)中心領域的高科技亮點是,通過6SigmaDCX軟件搭建的3D數(shù)字模型,找出了數(shù)據(jù)中心物理世界與數(shù)字世界客觀存在的聯(lián)動關系。請您介紹一下數(shù)字孿生模型,能為數(shù)據(jù)中心帶來哪些實際價值?

黃博士:好的,我們再來看數(shù)字孿生模型能為數(shù)據(jù)中心帶來哪些價值?

第一，人員上崗培訓，對數(shù)字模型的操作不會帶來風險，因此，對新員工上崗培訓，可以利用數(shù)字孿生模型進行，讓新手了解數(shù)據(jù)中心并能熟練操作以后再上崗，減少人員誤操作的風險。

第二,對數(shù)據(jù)中心機房數(shù)字化,可以全面獲得數(shù)據(jù)中心全域熱環(huán)境結果，快速定位局部熱點位置及分析熱點產(chǎn)生的原因，為故障診斷提供數(shù)據(jù)支持和依據(jù)。

第三,運維管理中設備上下架風險預測,如果沒有孿生模型之前,數(shù)據(jù)中心運維中設備上下架變更,都是直接在操作,而這樣的操作是不是會帶來風險,只有在安裝之后才有可能知道,那是不是再抬著服務器到其它機柜去試呢?有了數(shù)字孿生模型之后,所有的設備上下架都可以先在數(shù)字模型上嘗試,確認沒有風險再去實際機房安裝部署,那么就減少傳統(tǒng)上下架可能存在的風險。

第四,數(shù)據(jù)中心可用容量挖掘,數(shù)據(jù)中心容量利用率越高它還來的價值也越高,而如果實際數(shù)據(jù)中心容量只用到設計容量的50%,那么它的價值也就打了對折,但是剩余的50%可用容量在哪里?其實它就在那里,只是由于運維管理系統(tǒng)獲得的信息不足,為了保險起見,運維人員不敢上架更多設備。而剛剛前面提到,數(shù)字孿生模型能為我們提供數(shù)據(jù)中心內(nèi)任何位置的信息,這樣將大大提升運維管理人員對數(shù)據(jù)中心的掌控,可以挖掘出潛在的可用容量,從而使數(shù)據(jù)中心找不到的50%容量可見并得到有效的利用。

第五,數(shù)據(jù)中心能效優(yōu)化,基于物理的數(shù)字孿生模型通過協(xié)同仿真氣流組織、空調(diào)末端、空調(diào)系統(tǒng)運行參數(shù),在確保數(shù)據(jù)中心可靠性的同時,對運行參數(shù)進行調(diào)優(yōu),實現(xiàn)能源效率的最大,達到綠色節(jié)能的目的。

第六,可進行應急風險演練,比如突發(fā)斷電情況下空調(diào)失效、電力失效等情況的應急處置預案,都可以在數(shù)字模型上進行演練,提供一些應急預案。

第七,與現(xiàn)在最前沿的AI(機器學習)技術結合,實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心自動節(jié)能運行。這個課題國內(nèi)很多公司都在研究并實踐。機器學習是需要大量樣本數(shù)據(jù)的,而實際數(shù)據(jù)中心運行的數(shù)據(jù)量有可能不夠,也有可能很多重復數(shù)據(jù),實際能夠用于訓練的樣本不夠,而數(shù)字孿生模型可以為機器學習提供大量實際運行中跑不出來的數(shù)據(jù)。實際上數(shù)字孿生能做的事情還有很多,我們在《數(shù)據(jù)中心建設+》這里拋磚引玉,期待更多公司更多專家的研究,讓數(shù)字孿生技術在數(shù)據(jù)中心中發(fā)揮更大的作用。

記者:非常感謝您對本刊的信任!能否請您介紹一下建立數(shù)字孿生模型的過程?

黃博士:建立數(shù)字孿生模型的步驟如下:

①模型創(chuàng)建:將從CAD圖紙創(chuàng)建基線模型,包括任何基本基礎設施詳細信息、設備布局和設備詳細信息搭建3D模型;

②現(xiàn)場勘測:進行現(xiàn)場測量,包括空調(diào)送回風溫度,風量等用于驗證模型的數(shù)據(jù);

③模型校準:將實際測量數(shù)據(jù)與模型仿真結果進行比較,更新基準模型,產(chǎn)生與測量結果一致的結果;

④仿真分析:分析數(shù)據(jù)中心性能并識別潛在問題;提供改進建議。

記者:能否分享北京瑞思博創(chuàng)科技有限公司幾個典型的成功案例?

黃博士:針對數(shù)字孿生技術在數(shù)據(jù)中心領域的應用,我們已與多家公司進行了合作,下面舉幾個項目案例與大家分享。

實踐案例一,國外某數(shù)據(jù)中心房間尺寸8800平方英尺,ACU數(shù)量12,機柜數(shù)量198,總冷量626kW,冗余的冷量522kW,如下圖。

實踐案例二,與華為的合作。從2019年5-6月,我們公司與華為開始了數(shù)字孿生技術研究合作,到目前為止,已經(jīng)在華為烏蘭察布和東莞團泊洼實驗室得到了應用。華為的理念是自己的技術要自己先體驗。這兩個項目也非常具有代表性,一個是近些年火爆的間接蒸發(fā)冷卻技術的應用案例,一個是相對傳統(tǒng)的實驗機房。

為此,我們在12月10日在深圳與華為共同舉辦了數(shù)據(jù)中心AI與數(shù)字孿生研討會,分別向業(yè)內(nèi)人士將我們的合作成果進行了匯報。AHU項目實現(xiàn)了室內(nèi)外聯(lián)合仿真,這在國內(nèi)外業(yè)內(nèi)都是首屈一指。

實踐案例三，與中移動設計院合作，通過DCIM+仿真的方法實現(xiàn)數(shù)字孿生，并在移動某數(shù)據(jù)中心進行了試點部署。

按照業(yè)主的需求，每天根據(jù)當天的DCIM采集到的數(shù)據(jù)進行一次CFD仿真并存儲結果數(shù)據(jù)和圖片到指定的位置。具體流程如下:

每天開啟計算時間與計算間隔可根據(jù)具體數(shù)據(jù)機房情況另行修改。如果模型大,計算時間長,需要把計算間隔加大。

DCIM采集到的一天數(shù)據(jù)可以取峰值也可以取平均值。計算結果保存到指定的路徑,以備后續(xù)追溯時方便查找。

實踐案例四,與清華大學AI團隊合作。我們跟清華大學AI團隊也進行了深入合作,利用Python編寫AI程序,與6SigmaDCX(CFD)聯(lián)動求解,實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能運行。

大致流程如下:

通過Python可以開發(fā)各種控制程序,如模糊控制,PID控制等,以實現(xiàn)與數(shù)據(jù)中心匹配的控制邏輯。

記者:請您談一下數(shù)字孿生技術在數(shù)據(jù)中心領域的發(fā)展前景。

黃博士:在12月10日的會議中我們請到了業(yè)界大咖就此話題進行了討論,這幾位專家有來自設計院的,有來自設備商,有咨詢顧問,也有業(yè)主。設計院的專家認為設計階段數(shù)字孿生技術也發(fā)揮著巨大的作用,包括BIM和CFD技術,已在數(shù)據(jù)中心設計中得到廣泛應用。來自設備商的顧問專家分享了多年的項目經(jīng)驗,由于運維系統(tǒng)提供信息有限,當前運維工作對人員需要數(shù)量龐大,如果有了數(shù)字孿生技術,可大大減少對運維人力的需求。還有專家從《三體》的 降維打擊 想到了DC未來的管理:管理技術和手段一定要提升一個維度, 升維管理 才能駕馭越來越難管的DC,才能最終實現(xiàn)自動化的智能DC運維/運營。而數(shù)字孿生技術為升維管理提供可能。業(yè)主單位的專家更有切身體會,更期待數(shù)字孿生技術能夠早日在項目上實現(xiàn)。

今年參加的幾次研討會,包括CDCC,GDCT,ODCC等,都可看出,AI是個不可或缺的話題，有不少學者加入，為我們數(shù)據(jù)中心增磚添瓦。目前為止,我們的研究也是剛剛起步，未來的路還很長。相信數(shù)字孿生技術在不久的將來將會成為數(shù)據(jù)中心節(jié)能運行的一種重要手段。

記者:請您總結歸納一下,數(shù)字孿生能夠為數(shù)據(jù)中心帶來的經(jīng)濟效益?

黃博士:數(shù)字孿生能夠為數(shù)據(jù)中心帶來四個方面的經(jīng)濟效益:

(1)降低投資風險:通過預判部署方案及優(yōu)化方案效果,最大限度避免由于設計原因帶來的機房運行問題,減少由于運行問題造成的機房整改投入,保護業(yè)主投資。

(2)提升運營效率:模擬機房的各種使用情況,對運營分階段負載投入、節(jié)能運行、安全運行起指導作用。

(3)增加運營收入:平衡機房設施能力,最大化實現(xiàn)機房容量,增加IT機架數(shù)量,增加運營收入。

(4)減少運營支出:通過仿真優(yōu)化機房運行環(huán)境,提升冷量利用效率,降低機房能耗,節(jié)約電費開支。

記者手記:

預則立,不預則廢。數(shù)據(jù)中心建設應用數(shù)字孿生技術后,可以實現(xiàn) 增能減負 ,提高有限核心資源算力,減少運維支出,降低運維成本。最為直接的,可以看得到的是國內(nèi)用電高峰、峰谷價差政策存在,就為運營商提供了套利空間。

數(shù)據(jù)孿生技術任重道遠,風光無限。

文章編輯：CobiNet(寧波)  
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