Google对数据中心成本模型的分析——上

为更好地理解能耗优化带来的潜在影响，我们一起回顾数据中心的TCO模型。在更高层面，数据中心总拥有成本分为投资成本（CAPEX）以及运营成本（OPEX）两大块。投资成本指的是需要提前支出，经过一段时间后折旧消耗掉的，比如数据中心的建设成本以及服务器的采购成本等；而运营成本则指设备投入实际运行后每个月的开销，比如电费、维修改造费、现场人员工资等等，数据中心TCO大约可以通过下面这个等式表达：

数据中心TCO = 数据中心折旧 + 数据中心运营成本 + 服务器折旧 + 服务器运营成本

本文简化了TCO模型只关注的主要层面，但会保证数据中心成本的主要部分的精确性。很多时候成本模型和现实案例成本有差异，主要因为所提供的数据中心建设成本不够精确，图1是目前北美地区不同类型数据中心的每瓦（关键IT负荷）建设投资造价数据。

中小型数据中心的建设成本大约为12-25美金/瓦，

Dupont Fabros等数字地产公司的数据中心建设成本约为9-13美金/瓦，

而大型互联网公司如微软和facebook数据中心的建设成本约为8-10美金/瓦。

图1 目前北美地区不同类型数据中心的每瓦建设投资造价数据

一、建设成本（CAPEX）

数据中心的建设成本，受不同等级设计、规模、地址、建设速度等条件影响很大。显然的，增加可靠性和冗余程度会增加数据中心成本。很小规模的数据中心或者很大规模的数据中心通常的每瓦建设成本都比较高，前者因为很多固定成本不能分摊到更多瓦数上，而后者因为需要建设额外的基础设施，比如变电站等。图1展示了部分典型数据中心的每瓦建设成本，根据经验，通常大型数据中心的每瓦造价在9-13美金，而小型数据中心的每瓦造价会更高。当然图1中提到的数值也不适合直接比较，因为项目范围并不一样。有些项目可能包含了土地购买和楼宇建设的成本，而其它项目可能直接在已有的建筑中建设，无需额外土地及建筑投资，因此单位造价有所差异。

而对于大型数据中心而言，独立于建设规模外的部分固定成本相对于总投资而言占比较小，因此每瓦建设成本的比较就很有意义了。因为数据中心建设的主要开销，比如供电、制冷和空间大小等几乎都随着负载功率直线增加，且通常情况下80%以上的建设投资都花费在供电和制冷上，而剩余的近20%则花费在机房建筑和园区配套建设上。

建设成本的差异也表现在冗余和可靠性方面，我们通常说的每瓦造价中的每瓦，指的是实际IT设备可用的IT关键负载功率。实际上很多报告并没有搞清楚IT关键负载的所指范围，比如一个数据中心有20M的柴发，但采用了2N的柴发冗余配置，实际只带了6M的关键IT负载，额外的4M给了冷机等其它配套使用。这种情况下，如果这个数据中心投资了1.2亿美金，则其每瓦造价实际应改为20美金（120/6），而非每瓦6美金（120/20）。此外，很多时候我们还会经常看到计算每平方英尺造价的一种算法，但这种算法往往应用较少，因为很难界定到底哪些面积需要算在分母中。而且机房面积往往和数据中心最大成本支出的IT关键负载之间没有非常明显的关系，因此数据中心行业的专家们很少采用每平方英尺造价来测算机房建设成本。

每个月的初始建设投资折旧价格，则取决于投资折旧的总时间（和数据中心的期望寿命有关）以及商定的贷款率。通常的，数据中心按10-15年来折旧。按照美国的会计法则，普遍采用直线折旧，资产价值按每个月固定的数额不断减少直至清零。比如，一个造价为每瓦12美元的数据中心按12年折旧，那么折旧成本可按每瓦每个月8美分计算。如果前期建设的时候采用贷款资金，且按贷款利率8%来算，每个月还需要额外偿还贷款利率支出每瓦5美分，这样数据中心每瓦每个月的总折旧成本为13美分。通常利率高低会随着贷款时间长度变化，在美国，很多公司典型的数据中心贷款利率范围为7-12%。

也可类似计算服务器的投资成本，只是服务器的寿命要短得多，通常只按3-4年完成折旧。为了归一化服务器和数据中心的投资成本，也有必要让服务器投资成本同样按每瓦价格来计算，分母通常采用服务器的实际峰值运行功率来计算。比如一台购买价格为4000美金的服务器，实际的运行功率为500瓦，则每瓦支出为8美金，按4年折旧，那么服务器的每个月购买成本为每瓦17美分。同样服务器的贷款利率按8%来计算，会有额外的每瓦2美分的利率成本，因此服务器每个月的总折旧成本为每瓦19美分。

二、运营成本（OPEX）

数据中心的运营成本很难折算，因为它很大程度上取决于运营的标准。同一时刻有多少名安保人员在巡视，柴油发电机多长时间测试和保养一次，数据中心的规模大小如何都会影响运营成本。大型数据中心的单位运营成本会更低些，因为很多固定成本会随着规模增加变得很小。此外，运营成本还会因为数据中心所处物理位置不同而不同，因为气候条件、税收高低、薪酬水平等也会影响运营成本，还有数据中心的设计标准以及已经使用的年限等也会影响运营成本。为了更简单地分析，我们将运行成本拆分成两大块，一块是安保和维护等每瓦每个月的日常开销，另一块是每瓦每个月的电费。在美国，对于几个兆瓦规模的数据中心的每瓦每个月典型运营成本为2-8美分（不包含电费）。

同样的，服务器也有运营成本，这里我们主要关注服务器的硬件维护及更换，以及服务器的耗电费等。服务器的维护成本很大程度取决于服务器类型，以及服务响应等级（4小时内响应和2个工作日内响应的服务价格是完全不一样的）。

此外，传统的IT运营，很大一部分运营成本花费在业务应用中，比如一些软件license以及系统管理员、数据库管理员、软件开发工程师等的工资成本，我们这里将这些费用刨除，因为这些费用在不同场景下差异会很大，本文重点关注数据中心物理基础设施的运营成本。此外，在一些小公司内部，由于只有几十台服务器，通常没有设置专门的系统管理员。如果有，则单台服务器的管理成本就会比较高。很多公布的研究材料都想努力去量化服务器管理成本，但这些公开材料中大部分数据都是设备厂商为了宣传他们给到客户的产品和服务是经济高效的，因此我们对其数据可信度保持怀疑。但是大型数据中心中，由于设备集中且管理高效，每个管理员可以管理更多服务器，有时每个管理员可以管理高达1000台以上规模的服务器，这样单位服务器的管理成本会更低。

未完待续，敬请期待……

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