傳統機房PK預裝式貨櫃　資料中心建置成本大對決

企業捨棄傳統構建式（Stick Built）資料中心，轉向選擇預裝式貨櫃資料中心（Prefabricated Modular Data Center）的原因，通常是預想後者具備更快部署、更高可靠度以及提升可預測性等益處。但是一旦討論到成本議題，往往出現了爭議，有些人認為預裝式貨櫃資料中心可節省成本，但也有另外一派認為較昂貴，可見業界對於預裝式貨櫃資料中心的採用仍有混淆與疑慮。

由於影響預裝式貨櫃資料中心與傳統構建式資料中心的成本差異存在許多變數與假設，使得成本結構變得複雜而且不易了解。此次，我們採用施耐德電機的參考設計（後面章節會詳細說明），並且在相同的容量、冷卻與能源基礎建設、備援（Redundancy）、密度與機架上量化兩種資料中心的資本費用差異，透過這種方式，可以取得獨立的兩種資料中心方法成本差異，本次分析並以Romonet雲端為主的分析平台完成與認證。

這次分析中的資本費用包括材料成本、設計成本、整地成本、安裝與試運行成本。預裝式貨櫃資料中心方法可節省2%的資本費用（與傳統建構方式的成本差不多）。圖1列出依成本種類區分一覽。從圖表可得知，預裝式貨櫃資料中心的材料成本較高，但可被大幅降低的空間成本與勞力成本抵消。

▲圖1 成本分析結果可發現傳統與預裝式貨櫃資料中心具備相似的成本。

基礎設計架構說明

圖2為兩種440kW資料中心建置方法的概念性布局。預裝式貨櫃資料中心包含了室外電力、循環式加熱（冷卻）以及與一般安置在屋外的設備（如發電機與冷卻機）的IT模組。而利用傳統建築物容納所有室內設備的構建式資料中心，則把內部空間保留給IT室、機械室與電氣室以及部分放置在戶外的冷卻機與發電機等設備。兩種設計都使用相同主要設備，包含不斷電系統（UPS）、冷卻機、機架配電單元（PDU）、機架等。表1則說明兩種資料中心層級（Tier）、電力、冷卻與機架設計比較後的總結。

▲圖2 預裝式與構建式資料中心設計概念布局。

所謂的參考設計係指為了建造資料中心而經過測試、認證與記錄的計畫，當中包括單線圖、樓層布局、管線圖與設備清單。對於計畫團隊其價值在於可簡化規劃、降低擁有可建造計畫的時間以及降低風險並具備可預測的成效。

表1 基礎設計架構比較表

▲圖3 電力單線圖。

預裝式貨櫃資料中心參考設計，可參考相關文件「http://designportal.apc.com/dcrd/resources/pdf/en/RD26DSR1.pdf」，或是第147號白皮書Data Center Projects: Advantages of Using a Reference Design進一步了解更多細節。

設施電力

此次分析的資料中心擁有備援電力饋電（Feed）與備援發電機，每個可向1,200A 480V開關設備匯流排與500kW UPS饋電，之後再透過低壓配電盤與175kW電源分配器分配給IT模組。電力同樣透過獨立的N+1 UPS（各自容量為32kW）傳送給機械，圖3為電力單線圖。

▲圖4 冷卻基礎建設。

冷卻配置

冷卻設計部分則包含3個套裝式冷卻機，每組以N+1設定為275kW。每個冷卻機並整合乾式冷卻以便達到節能省電模式。在預裝式設計上，則包含循環式加熱（冷卻）模組，當中包括幫浦、閥、控制器以及所需的儀器。至於在構建式設計上，該設備則放置在建築物內的機械室。圖4則是資料中心管線架構與幫浦設定，其設計為供IT空間內的行級製冷機房空氣處理裝置使用。

IT空間

兩種設計的IT空間皆包含44個IT機架，每個可支援平均10kW IT負載，在每個機架內擁有隔離變壓器的備援配電單元負責饋電給安裝機架上的配電單元。熱通道封閉（Hot Aisle Containment）則用來讓氣流最大化，行級製冷則安裝在每行機架上。

兩種設計機架、冷卻機與配電單元實際配置皆不同。預裝式貨櫃資料中心的IT室是由2個雙槽IT模組組成，圖5為雙槽模組。至於構建式設計上，通常已預先設定擁有較大IT室，以便容納所有44個機架與支援設備。

▲圖5 在預裝式貨櫃資料中心的IT空間。

分析方法與結果

我們採用Romonet第三方資料中心模型軟體來執行資本費用的比較。圖6為模型化後資料中心邏輯布局。該模型指出資料中心電力與冷卻基礎建設的能源移動。黑色箭頭為電力連結，灰色箭頭為冷卻連結。這次模型軟體也可分析能源成本，但由於本次分析兩種設計皆採用相同次系統（能源差異相當小），因此，將只鎖定採用工具的資本支出上。

▲圖6 以Romonet分析平台分析的資料中心模型。

每一區塊代表資料中心次系統，每個區塊的費用資料則包括材料與安裝費用的資本費用，而且每個區塊已設定可符合設計的備援。陰影處代表放置次系統的房間或模組。沒有陰影的區塊則是戶外。Romonet專家已審核並認可該模型。

現在，假設該資料中心位於美國境內，人員薪資計酬是以當地平均薪資為基準，而土地成本每平方公尺為269美元、完工建築空間成本為每平方公尺1,615美元，而且兩個資料中心都是在第一天安裝440kW資料中心設備。

預裝式貨櫃模組皆安裝在戶外，總戶外空間需要865平方公尺，而構建式資料中心建築大小為727平方公尺。

接著，運用施耐德電機資料中心資本成本計算機作為次系統材料與安裝成本的主要來源。該工具採用不同資料中心尺寸的實際計畫成本。圖7為該工具螢幕擷取畫面。除此之外，當中已使用近期3個預裝式貨櫃資料中心計畫的安裝成本數據。由Romonet提供一般性、非供應商專用成本資料則被採用作為認證方法。

▲圖7 資料中心資本成本計算機。

從圖8可以發現，預裝式系統（材料）在資本支出較傳統式設計高，因為預裝式模組是以實際基礎建設預先組裝方式出貨，其材料成本包括實際外殼（貨櫃）與工廠整合工作。至於預裝式設計最主要材料支出來源則是IT室設備與冷卻系統。採預裝式設計現場勞務（包括電氣與機械）則可降低，因為整合工作已在工廠進行，減少了現場工作的必要。空間成本（土地、建築物、整地成本）則是本次分析中最有可能出現節省的部分。

▲圖8 資本支出比較成本類別區分。

從敏感性分析法可證明有兩種主要變數是決定傳統或預裝式何者是屬於較低資本成本的方法，包含建築成本以及平均電力密度/機架。

此次分析採用普通建築成本，但實際成本依各國與各地而有所不同。除此之外，建築物內完工空間的程度也必須納入建築物興建成本考量。一般而言，在較昂貴建築或空間內，預裝式設計比傳統資料中心較具成本效益。反之，傳統方法如果空間成本較低則較具經濟效益。

平均電力密度會影響到IT空間成本，因為只要密度減少，機架數量與機架配電單元便會增加，更重要的是隨之建築或貨櫃大小也會跟著增加。整體分析是假設在IT空間內平均10kW/機架或共44個機架。不過，平均密度是為預裝式IT空間帶來最明顯成本效益的因素。密度越高，因為可在固定模組空間內安裝更多負載，因此相較傳統IT室節省程度就會跟著提升。但隨著密度減少，因為需要更多模組（貨櫃）滿足相同IT負載，導致需要額外材料費用而侵蝕掉節省的成本，甚至密度持續降低後可能讓結果反而有利於傳統設計。

圖9說明為何在低密度時成本會越高。若以圖5雙槽機架布局來看，一旦密度減少一半成為5kW/機架，則機架數量將倍增，代表建築（Shell）數量也會跟著倍增，在傳統設計中，機架與相關設備也會倍增。施耐德電機156號白皮書Choosing the Optimal Power Density則提供更多不同密度資料中心的成本分析細節。按照成本分析結果、機架配電單元自然改變點、現有IT技術趨勢以及最極端密度設計複雜度等因素來看，絕大多數資料中心應設計在尖峰11~11.5kW/機架水準之間。

▲圖9 每機架平均密度對資本支出的影響。

商業因素也必須考量

在不易找到適合空間來興建全新或擴大現有資料中心情況下，預裝式貨櫃資料中心將明顯擁有優勢。雖然此次得到結論是兩者方法成本相近，但值得注意的是，成本並非是改採用預裝式設計方法的唯一關鍵要素，主要影響成本的因素是在於空間成本與平均電力密度。一旦傳統建築式成本越高以及需要更高的平均密度，預裝式方法在資本支出上較具優勢。相反地，假設現有建築物內已有多餘空間（無需新的建築物成本），則成本分析結果對傳統方法較為有利。

討論傳統資料中心與預裝式成本比較，不能只看建築物興建成本，其他商業因素也必須考量進去，例如利用醫院、大學或工廠現有空間來擴大資料中心，可從利用現有空間可能帶來的營收加以加權做比較。從該例子可發現，在現有建築外再興建新的空間則較為合理。

資料中心的大小、地址與商業模式都會影響最適合的解決方案類型為何，因為並非所有資料中心都一體適用。假設是考量大型服務供應商（如共管資料中心），也就是100%業務都是經營資料中心，其重點將擺在設法讓每機架或kW資本費用最大化以及讓營運成本最小化。反觀汽車工廠則可能考量不同面向，重點將是增加少量資料中心容量，而且能否提供簡易且隨時的解決方案更是決定的主要標準。

決定追求預裝式資料中心方法並非只是單純比較其安裝成本與傳統安裝的差別而已，其他時間、空間與資料中心成本等大因素都可能大幅影響資料中心壽命期間內的商業結果。目前採用預裝式資料中心的客戶已享受到其可滿足現有挑戰未來發展具備彈性的益處。

＜黃仁凱，現於施耐德電機擔任資訊系統規劃顧問一職。＞