數據中心與元宇宙漫談

一、前言
　　
　　2021年被譽為元宇宙元年,那是因為美國一家名為Roblox的元宇宙公司在2021年3月10日上市,成為元宇宙第一股,且市值419億美金,直接逼近百度。互聯網頭部企業字節跳動、微軟、Facebook、英偉達、Unity、網易、百度等相繼涌入元宇宙賽道,尤其是Facebook公司在2021年10月28日宣布將公司更名為Meta,即譯為元宇宙,將這一概念推向高潮。Meta平臺將成為一個全新的、功能更多元的互聯網社交媒體形式,借助VR、AR、物聯網、云計算、5G、區塊鏈、人工智能、數字孿生等技術,吸引用戶在3D的虛擬世界中,建立一種類似于現實生活一樣可以進行人際互動,能滿足工作、交流和娛樂的空間。從此,互聯網世界拉開了元宇宙的序幕。
　　
　　元宇宙并不是互聯網行業的專屬,越來越多的行業開始理解和關注元宇宙,并研究元宇宙在各自行業應用的可能性。元宇宙在工業領域的應用如生產車間。NVIDIAOmniverseTM是由英偉達開發專為虛擬協作和實時逼真模擬打造的開放式平臺。元宇宙生產車間提升了工廠設計和生產的精度、速度,并實現節省成本和提高效率。元宇宙在農業畜牧業的應用如虛擬植物,VR可以在虛擬環境中體現植物整個生長過程,也可以在短短的幾十分鐘內收集到大量的植物生長數據等。我們今天要討論的元宇宙在數據中心行業的應用也涵蓋了數據中心設計、建設到運維的全生命周期。事實上數據中心數字孿生已經為數據中心元宇宙的發展奠定了基礎。
　　
　　二、什么是元宇宙
　　
　　元宇宙概念的出現是在1992年,科幻作家尼爾斯蒂芬森在科幻小說《雪崩》中描繪了一個稱為元宇宙(Metaverse)的多人在線虛擬世界。用戶以自定義的“化身”(Avatar)在其中進行活動。主角通過目鏡設備看到元宇宙的景象,身處于電腦繪制的虛擬世界,其中燈火輝煌,數百萬人在中央大街上穿行。元宇宙的主干道與世界規則由“計算機協會全球多媒體協議組織”制定,開發者需要購買土地的開發許可證,之后便可以在自己的街區構建小街巷,修造樓宇、公園以及各種違背現實物理法則的東西。后來的電影《阿凡達》和《頭號玩家》就是對元宇宙場景的描述和再現。
　　
　　研究互聯網元宇宙有助于我們更好的拓展元宇宙在其它行業的應用。根據目前互聯網行業對元宇宙的認識,元宇宙有八大特征:身份、朋友、沉浸感、低延時、多元化、隨時隨地、經濟系統和文明。元宇宙最明顯的特征就是虛擬世界真實感受,要實現這一點需要一個3D的虛擬場景,需要傳感器等感知技術,需要5G等實現低延時的傳輸技術等等。目前這些技術基本齊頭并進地發展到了一定的程度,從而使元宇宙成為可能。實現元宇宙是離不開數據中心的,接下來我們探討元宇宙與數據中心的關系。
　　
　　三、數據中心是元宇宙的七層產業鏈之一
　　
　　元宇宙是通過客戶端實現沉浸式場景體驗,而元宇宙要做到隨時隨地接入,就需要有超級算力的數據中心支持,因此數據中心是為元宇宙提供超級算力的基礎設施。圖1列出了元宇宙七層產業鏈,而數據中心位于最基層的基礎設施。
　　
　　5G滿足了元宇宙對網絡傳輸低延時的需求,感知技術提供了元宇宙的沉浸式體驗，而數據中心為這些大量數據分析計算提供了可靠的場所，所以元宇宙時代對數據中心的需求更加旺盛。不僅需要大規模的數據中心，還需要更多的邊緣數據中心。
　　
　　通過Roblox公司的應用,來分析元宇宙對數據中心的需求。Roblox公司作為元宇宙第一股,是目前全球最受關注的元宇宙公司,該公司的產品包含三大核心板塊,第一個板塊是Roblox客戶端,即面向玩家的,包含超過2000萬個3D數字世界;第二個板塊是RobloxStudio,即是面向開發者的,是實時社交體驗開發環境,創建者可以直接操作3D環境,進行創作,因此玩家本身也可以同時是開發者;第三個是RobloxCloud,即是云端主機,用于云計算和數據存儲等。第三個板塊的功能即是由數據中心提供支持的。由此可見,數據中心是元宇宙七大產業鏈之一,也是Roblox元宇宙三大核心板塊之一,離開數據中心元宇宙將是空談。
　　
　　四、元宇宙為數據中心全生命周期提供有力支撐
　　
　　元宇宙的出現也將為數據中心從設計、建設到運維全生命周期提供有力的技術支撐。數據中心數字孿生技術也是數據中心元宇宙應用的技術基礎。元宇宙將是在數據中心數字孿生的基礎上為用戶帶來更全面更真實的體驗。數據中心元宇宙發展將包含如下五個階段:
　　
　　1）幾何模型可視化:可通過CAD、BIM等工具創建數字孿生幾何模型,包括空調系統、電力系統、布線系統、機柜系統、IT設備系統等。
　　
　　2）數據描述可視化:可通過動環監控或DCIM等工具將傳感器數據進行展示,包括設備屬性數據、控制與性能參數、運行數據等,在3D幾何模型可視化的基礎上實現數據描述可視化。
　　
　　3）仿真預測可視化:可通過CFD等仿真工具對數據中心未來狀態進行預測,在精準把握未來的基礎上,實現數據中心的優化設計或運營。
　　
　　4）數字孿生階段:在前三種技術實現的前提下,可完成數字模型與物理數據中心之間的互聯互通,實現優化運營、下發決策等功能。
　　
　　5）元宇宙階段:元宇宙數據中心將可實現從設計階段不同單位、不同人員之間的聯合同步設計;在運維階段將可實現無人值守,而由運維人員基于數字模型實現遠程運維功能等。
　　
　　4.1 數據中心設計階段元宇宙
　　
　　數據中心元宇宙的發展可將數據中心數字孿生技術作為起點,2021年11月中國電子節能技術協會發布了T/DZJN47-2021《數據中心數字孿生技術規范》的團體標準。該標準定義了數據中心數字孿生在數據中心全生命周期的等級劃分及評估等內容。數據中心設計階段的數字孿生包含3D可視化及CFD仿真等技術。圖2是數據中心數字孿生3D可視化示意圖。圖3是CFD仿真分析數據描述可視化示意圖。通過數字化模型的預測仿真可實現數據中心設計方案的優化。
　　
　　圖3的數據描述顯示的是高架通風地板的出風量,數據表明靠近空調端的通風地板出風量低,可能導致機柜冷卻不足而過熱,針對該方案需要進行優化,提前解決設計問題。
　　
　　有了3D數字模型和數據描述,不同單位不同專業的設計人員能夠在數字模型上共同完成數據中心的優化設計,可實現數據中心元宇宙的協同設計仿真,縮短設計周期,讓數據中心更快投入建設和運營,這也是未來元宇宙技術能夠帶來的便利,因此元宇宙有可能重塑數據中心設計模式。
　　
　　4.2 數據中心運維階段元宇宙
　　
　　數據中心的運維階段是數據中心產生價值的階段，也是其生命周期最重要的階段。該階段需要搭建與實際部署完全一致的數字孿生模型。尤其是數據描述，要保證數據描述的精度，在T/DZJN47-2021《數據中心數字孿生技術規范》的團體標準中規定，仿真與實測對比精度應達到85%以上。圖5和圖6分別是數據中心運維階段數字模型3D可視化和IT設備進風溫度數據描述可視化。從圖6的數據描述可以看到IT設備進風溫度是否合規，也是數據中心安全運營的關鍵指標之一。
　　
　　圖7顯示了在3D模型和數據描述基礎上的元宇宙示意圖。結合仿真預測和AI優化功能,可以實現數據中心在最優PUE狀態下運營。同時,元宇宙數據中心還將實現運維人員基于數字模型的遠程協同運營管理和決策,直至實現數據中心的無人值守、自動化運營。
　　
　　五、未來趨勢
　　
　　目前元宇宙的發展在各個行業還都處于起步和探索階段,未來元宇宙的發展應該還是游戲、社交平臺更為突出和領先,而其它行業的發展也會借助互聯網行業應用的一些特征,結合各自行業的實際情況和需求,將元宇宙的技術得以充分應用。無論如何元宇宙的發展已經成為不可阻擋的事實,數據中心作為數字經濟運行的底座,也是元宇宙的基礎設施,作為數據中心行業的從來者,讓我們與時俱進,迎接未來。