雙碳強(qiáng)風(fēng)吹拂 數(shù)據(jù)中心的綠色改革圖譜 邁向融合與極簡(jiǎn)

開年至今，科技領(lǐng)域內(nèi)最火熱的詞應(yīng)該就是東數(shù)西算了。東數(shù)西算的發(fā)展背景，起源于東西部地區(qū)對(duì)于算力、能源的供需調(diào)節(jié)。當(dāng)然，數(shù)據(jù)中心集群化、低碳化、中心化的發(fā)展，瞄準(zhǔn)的更是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)紅利與智能紅利，東數(shù)西算下的智慧經(jīng)濟(jì)、智慧城市等在這個(gè)背景下，成為發(fā)展與增長(zhǎng)的契機(jī)。

作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)中心的市場(chǎng)規(guī)模也在向上的背景中趨于增長(zhǎng)。據(jù)Synergy的最新預(yù)測(cè)，未來(lái)三年內(nèi)，全球超大規(guī)模運(yùn)營(yíng)商運(yùn)營(yíng)的大型數(shù)據(jù)中心數(shù)量將突破1000大關(guān)，并在此后繼續(xù)快速增長(zhǎng)。而國(guó)內(nèi)的數(shù)據(jù)中心也僅次于美國(guó)快步發(fā)展，2021年中國(guó)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)市場(chǎng)總規(guī)模接近3000億元，增長(zhǎng)幅度達(dá)30%。

在數(shù)據(jù)中心規(guī)模和容量快速增長(zhǎng)的情況下，隨之而來(lái)的便是運(yùn)維管理復(fù)雜度和難度日益增大。尤其是在“雙碳”目標(biāo)的要求下，數(shù)據(jù)中心的綠色化發(fā)展也成為大勢(shì)。

那么，對(duì)于數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，“發(fā)展”與綠色化的結(jié)合，有哪些必要性？綠色改革的維度與趨勢(shì)又有哪些呢？

“雙碳”強(qiáng)風(fēng)吹拂

我們知道，智能時(shí)代數(shù)字化轉(zhuǎn)型與數(shù)字化經(jīng)濟(jì)背后，數(shù)據(jù)中心是保障其安全高效的算力基礎(chǔ)設(shè)施，也是城市構(gòu)建智慧大腦、智慧城市的重要載體，關(guān)系著民生改善、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等。

大多數(shù)前期規(guī)劃構(gòu)建的數(shù)據(jù)中心，都是各大企業(yè)自建滿足自身的業(yè)務(wù)需求。這些數(shù)據(jù)中心以碎片化、粗放式建設(shè)為主，機(jī)架使用率不高，能源消耗一直處于高位。這也使得數(shù)據(jù)中心被業(yè)界詬病已久，直接影響到其健康發(fā)展。

研究機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)顯示，過(guò)去十年，我國(guó)數(shù)據(jù)中心整體用電量以每年超過(guò)10%的速度遞增。截至2020年，數(shù)據(jù)中心約占我國(guó)用電量的2.7%。據(jù)IDC預(yù)計(jì)，到2024年數(shù)據(jù)中心耗電量將占到全社會(huì)耗電量的5%以上?？深A(yù)見的是，隨著市場(chǎng)體量和需求的持續(xù)增長(zhǎng)，這一比例預(yù)計(jì)仍將上升。

數(shù)據(jù)中心這個(gè)“能耗大戶”，也被政府重點(diǎn)關(guān)注，在“雙碳”目標(biāo)指引下，中央及地方對(duì)數(shù)據(jù)中心的能耗指標(biāo)作出新規(guī)定，不僅對(duì)新建數(shù)據(jù)中心的審批收緊，對(duì)存量數(shù)據(jù)中心的PUE值也提出更高的節(jié)能要求。（注：PUE值是電能使用效率值，指數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT設(shè)備消耗能源的比值。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，PUE值越接近1，意味著節(jié)能減排程度越好。）

工信部等三部門印發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)的指導(dǎo)意見》提出，到2022年全國(guó)新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心PUE需達(dá)到1.4以下。具體到各大城市，數(shù)據(jù)中心的節(jié)能指標(biāo)也趨于嚴(yán)格。北京規(guī)定禁止新建和擴(kuò)建PUE>1.4的數(shù)據(jù)中心，上海要求新建數(shù)據(jù)中心PUE要限制在1.3以下。深圳更為嚴(yán)格，只有PUE低于1.25的數(shù)據(jù)中心才可以享受新增能源消費(fèi)量40%以上的支持。

數(shù)據(jù)中心的綠色化，不僅是符合綠色經(jīng)濟(jì)與雙碳戰(zhàn)略的需求，對(duì)于自身的健康發(fā)展來(lái)說(shuō)，也有提效降本的需求。我們知道數(shù)據(jù)中心的電力成本是占比最大的部分，基本上占據(jù)其營(yíng)業(yè)成本的60%左右。一個(gè)大型的數(shù)據(jù)中心，一年的電費(fèi)支出在數(shù)千萬(wàn)。通過(guò)綠色計(jì)算的方式降低用電量能耗，即便是節(jié)省幾個(gè)百分點(diǎn)的耗電量，都意味著巨大的成本節(jié)約。

無(wú)論是政策與戰(zhàn)略的要求，還是自身發(fā)展優(yōu)化的需要，數(shù)據(jù)中心的綠色化都已然成為其必然的選擇。那么，對(duì)于數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，PUE值降低可以從哪些維度展開？數(shù)據(jù)中心有哪些領(lǐng)先的具體實(shí)踐與成果？

全生命系統(tǒng)升維

如何降低數(shù)據(jù)中心的PUE值提高能效，已成為大型數(shù)據(jù)中心建設(shè)與運(yùn)營(yíng)最關(guān)心和最關(guān)鍵的問(wèn)題。我們可以從數(shù)據(jù)中心的綠色等級(jí)評(píng)估這個(gè)維度，觀察到數(shù)據(jù)中心的綠色改革措施方向。

開放數(shù)據(jù)中心委員會(huì)（ODCC）和國(guó)際綠色網(wǎng)格組織（TGGC）在國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心的等級(jí)評(píng)估，指標(biāo)涉及能源效率、節(jié)能技術(shù)和綠色管理3個(gè)維度。

從評(píng)價(jià)對(duì)象的維度看，建筑和布局層面，指的是需要從基建設(shè)計(jì)角度實(shí)現(xiàn)綠色數(shù)據(jù)中心，包括選址、機(jī)房建筑規(guī)劃、布局、建筑節(jié)能設(shè)計(jì)等；在動(dòng)力和環(huán)境設(shè)施層面，主要考慮的是供電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)以及加濕和除塵設(shè)施的綠色化設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維護(hù)；在IT設(shè)備層面，主要考慮路由器、網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器等IT設(shè)備的選型、網(wǎng)絡(luò)搭建以及使用中的節(jié)能優(yōu)化等；在管理層面，需要從管理角度來(lái)實(shí)現(xiàn)綠色數(shù)據(jù)中心，包括管理制度、監(jiān)控系統(tǒng)等方面。

這些關(guān)鍵的維度每一項(xiàng)都不能掉鏈子，尤其是對(duì)新建的數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，否則PUE值的不達(dá)標(biāo)會(huì)面臨被關(guān)停的局面。

在建筑布局層面，東數(shù)西算工程可謂是最典型的例子。將新數(shù)據(jù)中心的地址選在能源豐富的西部地區(qū)，承接?xùn)|部算力需求。以貴州為例，其年平均氣溫僅有15℃，常年無(wú)風(fēng)沙，且擁有眾多大型水電工程，電價(jià)便宜。這種得天獨(dú)厚的氣候和能源優(yōu)勢(shì)，不僅有利于服務(wù)器散熱，而且利于電路板保持潔凈，用電成本與設(shè)備維護(hù)的降低，整體運(yùn)營(yíng)成本隨之也保持在最優(yōu)水平。

對(duì)于已經(jīng)建成的數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，綠色化的改革主要從動(dòng)力環(huán)境設(shè)施和IT設(shè)備層面進(jìn)行優(yōu)化。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)中心能源側(cè)的碳排放主要來(lái)自于IT設(shè)備及基礎(chǔ)設(shè)施的電力消耗，在數(shù)據(jù)中心能耗結(jié)構(gòu)中，主設(shè)備耗電占45%～55%，空調(diào)設(shè)備占35%～45%，電源及其他設(shè)備占10%～15%?？照{(diào)設(shè)備的冷卻系統(tǒng)能耗是數(shù)據(jù)中心的消耗大頭。液冷逐漸成為數(shù)據(jù)中心的新選擇，隨著數(shù)據(jù)中心單機(jī)柜功率密度不斷提高，摩爾定律走向極限，液冷技術(shù)能帶來(lái)更為直接的散熱優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)相比，液冷系統(tǒng)耗電量方面約比風(fēng)冷系統(tǒng)節(jié)省電量30%～50%，應(yīng)用液冷技術(shù)的數(shù)據(jù)中心機(jī)房整體能效將得到30%提升。

在液冷數(shù)據(jù)中心的布局方面，互聯(lián)網(wǎng)巨頭也積極參與布局。谷歌2018年宣布將在其數(shù)據(jù)中心采用液冷技術(shù)并表示今后其數(shù)據(jù)中心的降溫方式將向液冷方向轉(zhuǎn)變。華為2017年推出FusionServer板級(jí)液冷方案，2018年華為云松山湖數(shù)據(jù)中心采用高性能液冷集群。2020年，阿里仁和的數(shù)據(jù)中心也開始采用服務(wù)器全浸沒(méi)液冷的方式。

在IT設(shè)備層面，綠色計(jì)算與數(shù)據(jù)中心的結(jié)合，成為新的重點(diǎn)。對(duì)于數(shù)據(jù)中心的整體能效而言，IT設(shè)備能效的提升，意味著在消耗同等能源的情況下，數(shù)據(jù)中心可提供的服務(wù)能力達(dá)到最優(yōu)，對(duì)數(shù)據(jù)中心的整體能效提升產(chǎn)生顯著的作用。

例如可以在數(shù)據(jù)中心用AI技術(shù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分時(shí)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)智能預(yù)測(cè)流量，進(jìn)行合理的擴(kuò)容和縮容。通過(guò)這種計(jì)算資源分配的智能綠色計(jì)算，中心服務(wù)器利用率相較之前同比提升兩倍多。

據(jù)悉，北京氣象局的數(shù)據(jù)中心通過(guò)搭建的綠色高性能計(jì)算系統(tǒng)和液冷技術(shù)，其核心算力提升近20倍，年用電減少近200萬(wàn)度。阿里在雙十一的服務(wù)器中，采用的綠色計(jì)算，11天省下64萬(wàn)度電，減少二氧化碳排放394噸。冬奧會(huì)的賽事上，數(shù)據(jù)中心也采用了智能的綠色計(jì)算和液冷技術(shù)。這些企業(yè)與機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始享受到綠色計(jì)算與液冷技術(shù)應(yīng)用的甜頭，許多擅長(zhǎng)AI技術(shù)的企業(yè)也開始在綠色計(jì)算方面發(fā)力，以AI智能解決方案來(lái)降低數(shù)據(jù)中心的能耗，不斷推進(jìn)著數(shù)據(jù)中心的綠色建設(shè)與升級(jí)。

邁向融合與極簡(jiǎn)

在數(shù)據(jù)中心不斷升級(jí)打怪的路上，核心的方向還是圍繞著其全生命周期中最大限度地降本增效。具體的趨勢(shì)還是以綠色化、智能化、安全可信的方向深化，細(xì)致的方向上會(huì)有不同程度的偏向。

在綠色化的發(fā)展中，除了典型的液冷技術(shù)的升級(jí)與規(guī)模應(yīng)用外，其配套的余熱回收、利用技術(shù)也會(huì)被深入研究。而在配電系統(tǒng)中，會(huì)逐漸應(yīng)用最先進(jìn)的鋰電池。傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)存在系統(tǒng)割裂、復(fù)雜、故障難定位等問(wèn)題，高效長(zhǎng)壽的鋰電將會(huì)覆蓋原鉛電池，配電系統(tǒng)將會(huì)逐漸走向全面的鋰電化。

在智能化的方向，技術(shù)與創(chuàng)新會(huì)不斷融合，數(shù)據(jù)中心的集聚效應(yīng)，將會(huì)推動(dòng)異構(gòu)算力融合、云網(wǎng)融合、多云調(diào)度等；同時(shí)也能夠推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和模式創(chuàng)新，提升關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品的研發(fā)支持和規(guī)?；瘧?yīng)用。

安全可靠的方向，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)未來(lái)會(huì)更多考慮按需擴(kuò)容與支持架構(gòu)彈性的能力。數(shù)據(jù)中心的壽命通常是10-15年，而IT技術(shù)的壽命通常是3-5年，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)要有前瞻性，在生命周期內(nèi)最大程度的滿足2～3代IT設(shè)備的功率演進(jìn)，承載各類的IT業(yè)務(wù)，匹配不同功率密度的IT設(shè)備混合部署。在數(shù)據(jù)安全的層面，則是存儲(chǔ)與遠(yuǎn)程計(jì)算的可靠性進(jìn)階與數(shù)據(jù)安全的流通。在數(shù)據(jù)量爆炸增長(zhǎng)與算力激增的背景下，IT基礎(chǔ)設(shè)施復(fù)雜且標(biāo)準(zhǔn)不一的異構(gòu)環(huán)境，要求數(shù)據(jù)中心運(yùn)維具備更高的專業(yè)性和可靠性。

如果從數(shù)據(jù)中心本身的建設(shè)角度來(lái)看，呈現(xiàn)的是集群化、快速化、高效的趨勢(shì)，如東數(shù)西算工程的大力推進(jìn)，集群效應(yīng)明顯。在應(yīng)對(duì)諸如戰(zhàn)爭(zhēng)、疫情等“黑天鵝”事件，數(shù)據(jù)中心建設(shè)周期要求不斷嚴(yán)苛。伴隨著數(shù)據(jù)中心由支撐系統(tǒng)轉(zhuǎn)向生產(chǎn)系統(tǒng)，系統(tǒng)級(jí)和數(shù)據(jù)中心級(jí)架構(gòu)極簡(jiǎn)將成為主流，除了應(yīng)對(duì)其本身投資成本大的弊端，在預(yù)制化、全模塊化設(shè)計(jì)下，數(shù)據(jù)中心的快速部署、運(yùn)維簡(jiǎn)單、高效節(jié)能等優(yōu)勢(shì)都將會(huì)放大。

在數(shù)字經(jīng)濟(jì)的大旗下，數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)中心，成本與效率，能耗與碳排，走上了趨優(yōu)的道路。對(duì)于產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)中心的變革也會(huì)壯大其生態(tài)。不斷加強(qiáng)數(shù)據(jù)中心上游設(shè)備制造業(yè)和下游數(shù)據(jù)創(chuàng)新型應(yīng)用、新型消費(fèi)產(chǎn)業(yè)等集聚與落地。例如算力樞紐的數(shù)據(jù)中心，會(huì)發(fā)展一批數(shù)據(jù)加工、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)內(nèi)容服務(wù)等偏勞動(dòng)密集型的產(chǎn)業(yè)。

回顧數(shù)據(jù)中心的綠色化發(fā)展，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)綠色化已經(jīng)融入到智能化基礎(chǔ)建設(shè)的底層，生活、生產(chǎn)的各個(gè)方面都被敷上了減碳排的降溫貼，產(chǎn)業(yè)鏈的上下游都加入了節(jié)能環(huán)保的改造，發(fā)展的進(jìn)程不斷深度融入進(jìn)綠色、低碳、循環(huán)的發(fā)展規(guī)劃下。

綠色化的減碳網(wǎng)已經(jīng)層層深裹住我們經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)與生活，雖然離實(shí)現(xiàn)完全的綠色地球還有一段距離，但全球雙碳戰(zhàn)略的硬核實(shí)施與減碳排技術(shù)的不斷深化，讓這個(gè)康莊大道越來(lái)越平坦，不斷加速著碳達(dá)標(biāo)、碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。