数据中心的安全稳定运行一直刺激着业者的敏感神经， 一旦发生不可预知的灾难，对企业来说必将是一笔不小的损失。地震等灾害可能带来诸如断电、机房、机柜坍塌、线缆损坏、数据丢失等诸多问题，这其中设备损坏等有形的损失可以弥补，而宝贵的数据丢失造成的损失则无法计算。
目前，摆在众多数据中心面前的三大难题是：规避风险稳定运营、提高计算效率减少能耗、保护环境。
作为全球最大的公用云服务供应商，随着业务规模越来越大，给AWS数据中心运营带来的挑战越来越大，这需要AWS运营管理有着更不一样的思考、规划和追求。
在今年的AWS re:Invent大会上，AWS 全球基础架构和客户支持资深副总裁 Peter DeSantis说：“AWS如果运营得不稳定，就没觉可以睡了”而站在他背后的数字却是：“2018年，和AWS规模最接近的另外一个云服务商宕机时间是AWS的7倍多。”
基础架构底层怎么运维、怎么思考、怎么建构，在Peter看来就是秉承AWS创新文化(300336,股吧)，不断“重塑”。
01
多维重塑保运营
AWS CTO Werner说过，任何东西都会坏，这是AWS每天都会面临的挑战。
化繁为简 确保可控让用户安心
每个数据中心都有一个E-house, 全世界有很多专业的品牌都在生产和研究这套配电开关控制系统，产品适合大部分数据中心，根据AWS多年数据中心运营积累的经验，这套系统很多冗余功能并不完全适合，所以AWS自己设计控制系统，将复杂问题简单化，一旦有问题，AWS马上可以改变。
另外，直到今天，UPS电池仍然是铅酸电池，标准的1兆瓦的电池，12000磅重 (5443公斤多)，一旦出现问题，爆炸半径特别大。AWS把铅酸电池缩小为五千瓦一个和机架冗余电源搭配起来，用自己开发的控制系统来控制。AWS简化了大量标准UPS里面复杂的部分，只让它保留了对AWS有用的功能，哪一个单元出问题，它的损坏性造成的影响会大大降低。
“做到极简，越简单就越不容易出故障。确保可控让用户安心。”AWS大中华区产品部计算与存储总监周舸说。
由此，可以看出AWS基础架构最重要的思维模式：第一，思考破坏半径大概有多大。第二，考虑复杂程度有多高。从这两个维度想办法，提升运营的稳定性。
创新架构 保障数据安全访问迅捷
云服务底层的物质基础是数据中心，但是，一方面由于AWS目前的规模已经庞大，另一方面AWS需要服务全球不同地区的用户，因此AWS在全球建立了许多数据中心。如何来组织和设计这些数据中心，从而让用户能够更为可靠的使用AWS提供的云服务，同时满足他们在法规遵循方面的要求？AWS创新性的采用了区域和可用区两层设计架构。
AWS的每个区域一般由多个可用区（AZ）组成，而一个可用区一般是由多个数据中心组成。AWS引入可用区设计主要是为了提升用户应用程序的高可用性。因为可用区与可用区之间在设计上是相互独立的，独立的供电、独立的网络等，假如一个可用区出现问题时也不会影响另外的可用区。在一个区域内，可用区与可用区之间是通过高速网络连接，从而保证有很低的延时。
目前AWS有遍及24 个地理区域的77个可用区（AZ），并已公布计划在澳大利亚、印度、印度尼西亚、日本、西班牙和瑞士新建6个AWS区域、18个可用区。
很显然，从保障运营的角度来看，AWS的创新架构我们可以看出有三大好处：首先，足够远的可用区设置综合考虑了历史火灾、雷电、龙卷风、海啸、地震等自然灾害可能导致的破坏半径来保证数据安全；其次，足够多的可用区可以保证用户就近选择站点接入以低延迟（1毫秒）访问AWS云资源；最后，分区运维又能有效将故障分割，保障运维效率。
多元供应 必须尽量不影响用户业务
由于AWS拥有全球庞大的云基础设施， 基础架构的设计、部署之外，供应链是必须多冗余角度思考的部分，分散供应链、实现多元化，从而抵抗各种风险。尤其在疫情下，这种考虑显得尤为重要。
2015年，AWS最重要的四个关键零件来自于四个国家和地区、29个供应商，今年这个数量已经变成了7个国家和地区、86个供应商，这是AWS渡过难关很重要的基础。
Peter DeSantis说：“从最小的零件开始，到整个可用区架构，一旦发生故障，AWS必须尽量不影响用户业务。”
当一个体系没有大到一定程度的时候，很多问题也许不会暴露，但当AWS跨越大洲大洋服务万千客户的时候，很多不利运营的因素就开始显现。面对复杂的地理挑战、自然的设备老化、迥异的客户需求，庞大的全球部署、区域性的法律法规，AWS大胆创新、小心求证，从设备可控、架构设计、部件供应上走出一条别人没有走过的路，甚至为了减少人为因素影响，AWS对数据中心的位置极为保密，AWS基础架构的使命就是要减少这些因素对客户的影响最小。不断“重塑”、使得AWS运维架构稳定可靠。
02
定制芯片 提升效率减低能耗
AWS为配电系统开关和UPS设计自己了的控制系统，都是为了更好地满足规模运营的独特需要，以及更快速响应，而定制芯片是AWS最具创新也是必须走出的一步。
定制芯片是AWS在云计算虚拟化方面极具突破性的创新，基于AWS最新打造的Nitro架构，直接将原本在通用CPU上运行的虚拟化管理程序，运行在专有硬件上。用户所购买的计算资源（CPU和内存等）就变得更足量，性价比也得到大幅提升。
AWS的Nitro架构创新，在云计算系统上，把许多原本需要系统调用、内核操作的工作绕开OS、绕开CPU，通过其他硬件实现。不仅流程简化，操作也更精简。通过更明细的分工，实现效率的提升。
AWS 云平台通过 AWS Nitro 控制器向 Amazon EC2 添加网络，存储和安全资源；AWS 已在 Mac Mini 上安装了 Nitro Controller，没有 Hypervisor 的 Nitro Controller 可以安全快速地连接到 Mac Mini。Mac Mini 现在可以使用任何本地 AWS 服务。也使得AWS是在唯一一个同时可以提供Intel、AMD、ARM的处理器实例的云服务商。
AWS Nitro 芯片发展迅速，最新版本 version 4为新的 C6gn 实例提供了动力。
另外，AWS Graviton 是基于 ARM 的芯片组，今年推出了 AWS Graviton 2 作为通用处理器；高性价比的 AWS Graviton 2 不仅可以很好地处理前端工作负载，对于 IO 密集型工作负载也很友好。
“当Graviton2出现的时候，我们问一个客户花了多长时间？他们说基本上只花了一天就做到了40%的性价比的提升。”周舸说。
Graviton在设计芯片里面就考虑如何去节电，不采用SMT去管理不同的线程，不同的空闲晶体管也省掉，所以现在Graviton的实例可以省3.5倍，当你的机器功耗降低的时候，随之而来的散热等等功耗都会随之降下来。事实上，AWS数据中心碳排放降低了88%。
现在传统处理器因为需要兼容传统工作负载，所以芯片越做越大、越来越复杂，增加了很多功能，比如SMT多线程控制组件，SMT虽然可以多个线程共享和共用计算资源，但也会带来工作负载不平衡、性能容易受影响以及安全隐患等问题。“Graviton 2多核处理器就能很好地解决这些问题。”周舸表示。
综合来看，AWS Nitro 芯片直接将原本在通用CPU上运行的虚拟化管理程序，运行在专有硬件上，提升效率；而AWS基于ARM芯片组打造的Graviton2多核处理器在算力提升的同时能耗下降。反观传统CPU迭代路径，在算力提升的同时，能耗增加几乎成为数据中心现金支出的大部分。AWS在定制芯片上的创新与“重塑”绝对是浓墨重彩的一笔。
03
提前实现100 %利用可再生能源目标
数据中心是日益数字化的世界的信息支柱，全球需求一直在快速增长。鉴于数据中心是能源密集型企业，估计约占全球用电量的3%，这些趋势对全球能源需求有明显的影响。
451 Research 的调查研究结果显示，AWS 的基础设施的能源效率是被调查的美国企业数据中心中位数的 3.6 倍。这种优势的三分之二以上归因于更节能的服务器数量和更高的服务器利用率。
制定用水战略 提高用水效率
Peter DeSantis说：“AWS 的技术创新使得 AWS 数据中心比其他企业级数据中心为节能环保贡献更多。即使在我们最大的数据中心，我们用水量也仅与 25 个美国家庭相当。我们 96% 的废水得到再利用。”
AWS 用多项举措来提高用水效率，减少用于冷却数据中心的饮用水的使用。AWS 通过评估每个AWS区域的气候模式、当地水资源管理和可用性以及保护饮用水水源的机会来制定用水战略。AWS 把这些水通过数据中心进入运河，灌溉庄稼，当它们蒸发后，就变成了另一种‘云’！”
巨额投资可再生能源
2020年3月，亚马逊宣布在澳大利亚、西班牙、瑞典和美国投资四个新的可再生能源项目，这些项目预计每年将产生大约 840,000 MWh 的能源和额外产生近300MW的可再生能源发电能力。
2020年5月，亚马逊宣布了五个新的公用事业规模的太阳能(000591,股吧)项目，为中国、澳大利亚和美国的全球业务提供电力，一共增加615 MW 再生能源发电能力，预计每年发电120万MW。
2020年12月，亚马逊宣布了26个新的公用事业规模的风能和太阳能项目，新项目的总发电能力为3.4GW。
2020 年亚马逊对可再生能源的总投资项目已达到35个，装机容量超过 4GW，这也是目前世界上单一企业在1年内对可再生能源的最大一笔投资。这些新项目将使亚马逊所拥有可再生能源的总装机容量在2020年达到6.5 GW，并成为有史以来最大的企业可再生能源采购商。
另外，在数据中心建设的水泥生产过程中，AWS在混凝土生产中添加CO2 和使用补充水泥材料来进一步减少CO2的排放。
“AWS致力于以尽可能环保的方式运营我们的业务，并实现全球基础设施 100% 使用可再生能源。AWS 正朝着到 2025 年 100 % 利用可再生能源的道路前进，比我们最初的 2030 年目标提前了五年。”Peter DeSantis说。
《科学》杂志发表美国西北大学等学者的文章，评估数据中心的电力消耗。2010年至2018年间全球对数据中心服务的需求增长了550%，但同期这些设施的能源使用增长了6%。有悲观的预测认为，到2025年，数据中心将耗电量将占到全球用电量的30%。如此严重的大势之下，一方面，AWS不仅在运营上创新突破，推出定制芯片实现能耗降低和提供高效算力。另一方面，AWS在提高能源使用效率、降低对饮用水的依赖、减少CO2 排放和寻找可再生能源上持续努力,多管齐下保证绿色运营提前五年实现目标。
04
结 语
随着云计算、大数据、虚拟化、AI和5G时代的来临，全球将诞生越来越多的超大型的数据中心。作为全球最大公有云服务提供商，AWS从基础架构设计开始，始终站在未来的角度看现在，在站在用户的角度看责任与担当。始终从微小细节开始，秉承创新文化，重塑一切规则，最大限度保证运营安全稳定。
当信息和数据成为企业的战略资产，AWS为保护用户数据安全、业务不受侵害以及人类共同的环境家园挑战，预见未来。AWS面对科技创新的星辰大海，融合自身深入骨髓的“创新”文化，不断重塑，展现出更多担当、更多追求、更多作为。而这一点，正是值得其他企业借鉴和学习的所在。
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