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白牌網絡及交換機白皮書匯總
云計算是一種按使用量付費的模式,通過互聯網按需、便捷、快速提供計算能力、數據庫存儲、應用程序和其他 IT 資源,依賴資源的共享達成規模經濟,只需投入少量管理工作,或與服務供應商很少進行交互。

數據中心是云計算的核心基礎設施,其中放置了各類 IT、網絡設備,為了支撐大規模客戶訪問和使用,與傳統的數據中心相比,云數據中心在計算、網絡等各方面發生了變化。
計算資源方面,云計算需要超大的服務器規模,將數個甚至數十個傳統規模數據中心集中整合,進行集中化數據備份、計算和管理,才能實現云業務所需的計算能力。Google 早在 2006 年底就建造了能容納超過 46 萬臺服務器的分布式數據中心。根據 Cisco 數據,到 2021 年全球將有 628 個超大規模數據中心,屆時超大型數據中心部署的服務器數量將占到 53%的比重。

網絡方面,隨著互聯網用戶數量的急劇增長,支撐業務高速發展的能力成為設計發展網絡基礎設施的核心理念,同時還要保證網絡架構足夠精簡,易于管理。當前的主流云計算提供商都積極探索面向云數據中心網絡的創新技術以提高云計算的服務質量。
軟件定義網絡 SDN 開始興起,SDN 利用 OpenFlow 協議將路由器的控制平面(control plane)從數據平面(data plane)中分離,改以軟件方式實現。網絡管理員在不變動硬件設備的前提下,以中央控制方式用程序重新規劃網絡,為控制網絡流量提供了新方案,也為核心網絡和應用創新提供了良好平臺。
Google 的 B4 網絡是第一個基于 SDN 架構的 WAN 網絡部署案例,B4 的 SDN 架構分為交換機硬件層(switch hardware layer)、站點控制層(site controller layer)和全局控制層(global layer)三大部分,使其 WAN 的鏈路層利用率從 30%~40%提升到 90%以上,效果顯著。

從產業鏈上下游角度看,云計算上游主要是包括芯片、內存等核心芯片,中游則是各類服務器、交換機、存儲、安全等設備,云計算互聯網公司是各類設備的主要采購方,基于其云計算平臺為各類客戶提供各類 IT 服務。近年來云計算、互聯網公司資本開支持續加大,主要投向其數據中心基礎設施建設,其采購成為全球服務器、交換機等設備需求增長的主要驅動力。

上游芯片廠商、BMC 廠商的動態經營數據進一步確認行業轉好信號。國內市場方面,云計算發展相對滯后,BAT 總開支規模相比海外同行尚小,但增長迅速。
超大規模下的成本追求:數據中心建設運營的整體成本(TCO)分為固定資本開支 CAPEX 和營運開支 OPEX。其中,CAPEX 是指前期必要的投資建設及一定期限后的再投資,包括土地購置、數據中心建設工程、IT 和網絡基礎設施采購以及配套的配電空調消防安防系統等。
營運開支 OPEX 是每月實際運營數據中心設備的實際花費,主要包括電費、維修保養、人員開支等,其中電費占到營業成本的 60%左右,具體取決于數據中心的 PUE 水平、各類 IT 網絡設備的電耗。
不論從 CAPEX 角度還是 OPEX 角度,動輒數十萬服務器規模的數據中心使得云計算廠商對成本更為敏感,格外重視數據中心整體使用效率。例如,考慮每年的電費成本,假設每臺服務器平均功耗 300W,10 萬臺服務器的數據中心,一年的耗電量超過 2600 萬度,如果每臺服務器功耗降低 100W,每年可省電量近約 876 萬度,電費開支也將大幅下降。
競爭驅動下的定制需求:不同于傳統數據中心用戶,IT 能力是互聯網巨頭們的核心競爭力,是其發展上層 IT 應用的命脈所在,數據中心成為互聯網公司“軍備競賽”的焦點。因此,互聯網公司傾向擁抱開放開源,深度參與到數據中心建設的各個環節,包括開放標準的制定,利用各類符合標準的組件建立起一個完全自主設計的系統,并且不被供應商綁定。
云計算數據中心超大規模、競爭性的特點,使得其基礎設施要求高性價比、定制化、高效交付和高效運維。但傳統基礎設施演進能力弱,產品從開發至上市周期長,廠商從軟件到硬件是完全封閉開發的,導致維護的挑戰高,廠商綁定嚴重。云廠商迫切需要開放的架構和產品供應。

白盒因此成為云計算領域的趨勢。所謂白盒是相對于傳統品牌的概念,產品上沒有品牌標志,一般是代工廠生產的產品,白盒產品是軟硬件解耦的,相比品牌產品,需要客戶自行進行配置和軟件系統加載,過去在傳統客戶市場競爭力不足。但在云基礎設施市場,白盒高性價比、快速迭代和定制化的特點越發具有優勢。同時,互聯網廠商推進的開放標準組織普及了硬件開源技術,也助推白盒產品在云基礎設施市場的普及。目前北美主流云廠商數據中心已經基本實現服務器、交換機的白盒化。
以 Facebook 為首的 OCP(Open Computing Project,開放計算項目)聯盟和國內 BAT 三巨頭倡導的 ODCC(Open Data Center Committee,開放計算中心委員會)聯盟在加快制定數據中心標準化的相應規則。其中,OCP 開放計算項目(Open Compute Project),是由 Facebook聯合 Intel、Rackspace、高盛和 Arista Networks 在 2011 年發起的開源硬件組織,其使命是通過開放開源硬件技術,實現可擴展的計算,提供高效的服務器、存儲和數據中心硬件設計,致力于圍繞網絡、服務器、存儲和 OpenRack 的開源貢獻進行創新。

目前,OCP 已經成為全球最大的硬件開源社區之一,有數據中心基礎設施、服務器、存儲、硬件管理等 10 個技術項目組,以及歐洲、中國大陸、日、韓、臺灣等 5 個地區項目組,制定了不同領域的眾多開放標準。這些開放標準組織的成立,極大推動了硬件開源技術的普及助力數據中心技術的快速迭代升級,并且為云廠商提供了整體優化設計其數據中心的得力工具,從而降低 TCO。
國內數據中心的數量與體量相比海外成熟市場處于較初級階段,隨著云計算發展,仍有巨大提升空間。與此同時,國內云數據中心也將持續白盒化,我們測算了國內數據中心白盒化潛在空間,預計白盒服務器與交換機采購需求可達到 1000 億元以上,為產業鏈公司提供發展機遇。
受限于目前的業務規模,國內云數據中心白盒化進程落后海外市場,但以阿里、騰訊為首的國 內廠商已經啟動相關實踐,并在部分領域取得明顯進展。

數據中心從租賃走向大規模自建。數據中心基礎設施建設運營方面,能源成本已經成為數據中心運營開支的大頭,提高用電效率至關重要。過去,互聯網公司數據中心主要采用租賃方式,租用數據中心空間的優點是交付速度較快,可以在 5 個月內完成部署;自建數據中心則需要大約一年的時間和更多的前期資本開支,但是在供電和散熱等方面可以根據自身需求定制,后期運營開支會更低,從而降低總投入成本 TCO。Google、微軟和亞馬遜很早就開始自建數據中心。阿里在 2016 年前后開始自建數據中心,一 直在不斷探索,比如在張北建立的數據中心則引入自然風冷。目前阿里已經在烏蘭察布、廣州河源、張北、南通、杭州五地規劃有自己的數據中心基地。
服務器白盒部署成熟。根據信通院數據,通過整體設計部署整機柜服務器,集中供電、集中散熱、統一管理、一體化交付、模塊化運維,可實現總投入成本降低 10%-20%,部署效率提升20 倍,日交付能力提升至 10000 臺,整體能效提升 15%,故障率降低 40%,支撐大量互聯網新技術應用。阿里巴巴從最開始購買服務器,到自研部署整機柜、服務器部件、芯片等,目前,其服務器白盒化已經走向成熟。
交換機白盒已經啟動部署。對于數據中心網絡,阿里啟動了從底層的傳輸到模塊自研,再到上層交換機,甚至是 OS 層面的自研。阿里巴巴全自研數據中心交換機解決了傳統商業交換機“黑盒”模式下不同廠家設備型號難以互通,運維界面不統一,自動化程度低,故障難以定位等問題;依據網絡應用場景定制和自研數據中心交換機,實現硬件收斂、成本透明可控,通過自研AliNOS 實現軟硬件一體化設計,簡化運維、提高自動化程度、實現故障快速定位和快速恢復。目前白盒交換機已經開始在阿里巴巴數據中心部署。
云數據中心基礎設施走向白盒,傳統產業鏈結構被打破。過去處于產業鏈中上游 ODM 廠商直 接面向下游客戶,實現快速擴張,,同時,品牌廠商也在加快擁抱開放白盒趨勢,以浪潮、Arista為代表的品牌廠商因此獲得了成長機會。從全球發展經驗看,供應商的高性價比、敏捷交付能力成為贏得白盒競爭的關鍵。
過去主要由 ODM 代工廠進行供應鏈整合,包括物料采購到生產制造及品質檢測等,生產產品后,銷售給品牌廠商進一步組裝銷售。品牌廠商提供設計、系統軟件開發以及面向不同行業客戶提供增值服務等,ODM 廠商無需面向終端客戶具體的行業需求,更多負責生產供應。

各大 ODM 廠商也紛紛建立獨立的部門專門服務這些云計算互聯網客戶,以臺資 ODM 廠商緯穎科技為例,緯穎科技專注向微軟、Facebook 等客戶提供云端基礎架構各項產品及系統的解決方案。
受云數據中心龐大市場的驅動,和 ODM 直銷的沖擊下,品牌廠商也在積極擁抱白盒化趨勢,積極參與國內外開放標準組織,與云廠商開展合作。浪潮以 JDM 模式與 BAT 深度合作,獲得國內云計算市場高份額,是服務器領域擁抱云計算數據中心白盒化獲得成長的典范。
網絡領域,以開放網絡軟件系統為核心的 Arista 網絡公司脫穎而出。Arista 是一個總部設立在美國加利福尼亞州圣克拉拉的網絡公司,公司主要為數據中心提供云計算網絡設備,主打數據中心以太網交換機,其核心優勢是其網絡操作系統 EOS。
Arista 2011 年即與 Facebook 等廠商一起設立了 OCP,是云數據中心開放的早期提倡者,公司的快速崛起反應了數據中心基礎設施走向開放的趨勢,其股價走勢及估值溢價亦體現海外投資者的認可。
白盒化重塑產業格局,高性價比、敏捷交付的供應商受青睞。云化、白盒化趨勢下,過去的產業鏈結構被打破,代工廠開始直接服務下游客戶,得以快速擴張,同時,品牌廠商也在加快擁抱開放白盒趨勢,以浪潮、Arista為代表的品牌廠商因此獲得了成長機會。從全球發展經驗看,供應商的高性價比、敏捷交付能力成為贏得白盒競爭的關鍵。
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