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    “雙碳”強風吹拂:數據中心的綠色改革圖譜

    2025China.cn   2022年04月14日

      開年至今,科技領域內最火熱的詞應該就是東數西算了。東數西算的發展背景,起源于東西部地區對于算力、能源的供需調節。當然,數據中心集群化、低碳化、中心化的發展,瞄準的更是數字經濟的數據紅利與智能紅利,東數西算下的智慧經濟、智慧城市等在這個背景下,成為發展與增長的契機。

      作為數字經濟的基礎設施,數據中心的市場規模也在向上的背景中趨于增長。據Synergy的最新預測,未來三年內,全球超大規模運營商運營的大型數據中心數量將突破1000大關,并在此后繼續快速增長。而國內的數據中心也僅次于美國快步發展,2021年中國數據中心業務市場總規模接近3000億元,增長幅度達30%。

      在數據中心規模和容量快速增長的情況下,隨之而來的便是運維管理復雜度和難度日益增大。尤其是在“雙碳”目標的要求下,數據中心的綠色化發展也成為大勢。

      那么,對于數據中心來說,“發展”與綠色化的結合,有哪些必要性?綠色改革的維度與趨勢又有哪些呢?

    “雙碳”強風吹拂

      我們知道,智能時代數字化轉型與數字化經濟背后,數據中心是保障其安全高效的算力基礎設施,也是城市構建智慧大腦、智慧城市的重要載體,關系著民生改善、經濟發展等。

      大多數前期規劃構建的數據中心,都是各大企業自建滿足自身的業務需求。這些數據中心以碎片化、粗放式建設為主,機架使用率不高,能源消耗一直處于高位。這也使得數據中心被業界詬病已久,直接影響到其健康發展。

      研究機構數據顯示,過去十年,我國數據中心整體用電量以每年超過10%的速度遞增。截至2020年,數據中心約占我國用電量的2.7%。據IDC預計,到2024年數據中心耗電量將占到全社會耗電量的5%以上??深A見的是,隨著市場體量和需求的持續增長,這一比例預計仍將上升。

      數據中心這個“能耗大戶”,也被政府重點關注,在“雙碳”目標指引下,中央及地方對數據中心的能耗指標作出新規定,不僅對新建數據中心的審批收緊,對存量數據中心的PUE值也提出更高的節能要求。(注:PUE值是電能使用效率值,指數據中心消耗的所有能源與IT設備消耗能源的比值。簡單來說,PUE值越接近1,意味著節能減排程度越好。)

      工信部等三部門印發的《關于加強綠色數據中心建設的指導意見》提出,到2022年全國新建大型、超大型數據中心PUE需達到1.4以下。具體到各大城市,數據中心的節能指標也趨于嚴格。北京規定禁止新建和擴建PUE>1.4的數據中心,上海要求新建數據中心PUE要限制在1.3以下。深圳更為嚴格,只有PUE低于1.25的數據中心才可以享受新增能源消費量40%以上的支持。

      數據中心的綠色化,不僅是符合綠色經濟與雙碳戰略的需求,對于自身的健康發展來說,也有提效降本的需求。我們知道數據中心的電力成本是占比最大的部分,基本上占據其營業成本的60%左右。一個大型的數據中心,一年的電費支出在數千萬。通過綠色計算的方式降低用電量能耗,即便是節省幾個百分點的耗電量,都意味著巨大的成本節約。

      無論是政策與戰略的要求,還是自身發展優化的需要,數據中心的綠色化都已然成為其必然的選擇。那么,對于數據中心來說,PUE值降低可以從哪些維度展開?數據中心有哪些領先的具體實踐與成果?

    全生命系統升維

      如何降低數據中心的PUE值提高能效,已成為大型數據中心建設與運營最關心和最關鍵的問題。我們可以從數據中心的綠色等級評估這個維度,觀察到數據中心的綠色改革措施方向。

      開放數據中心委員會(ODCC)和國際綠色網格組織(TGGC)在國內數據中心的等級評估,指標涉及能源效率、節能技術和綠色管理3個維度。

      從評價對象的維度看,建筑和布局層面,指的是需要從基建設計角度實現綠色數據中心,包括選址、機房建筑規劃、布局、建筑節能設計等;在動力和環境設施層面,主要考慮的是供電系統、空調系統、暖通系統以及加濕和除塵設施的綠色化設計、運行和維護;在IT設備層面,主要考慮路由器、網關和服務器等IT設備的選型、網絡搭建以及使用中的節能優化等;在管理層面,需要從管理角度來實現綠色數據中心,包括管理制度、監控系統等方面。

      這些關鍵的維度每一項都不能掉鏈子,尤其是對新建的數據中心來說,否則PUE值的不達標會面臨被關停的局面。

      在建筑布局層面,東數西算工程可謂是最典型的例子。將新數據中心的地址選在能源豐富的西部地區,承接東部算力需求。以貴州為例,其年平均氣溫僅有15℃,常年無風沙,且擁有眾多大型水電工程,電價便宜。這種得天獨厚的氣候和能源優勢,不僅有利于服務器散熱,而且利于電路板保持潔凈,用電成本與設備維護的降低,整體運營成本隨之也保持在最優水平。

      對于已經建成的數據中心來說,綠色化的改革主要從動力環境設施和IT設備層面進行優化。數據統計,數據中心能源側的碳排放主要來自于IT設備及基礎設施的電力消耗,在數據中心能耗結構中,主設備耗電占45%~55%,空調設備占35%~45%,電源及其他設備占10%~15%??照{設備的冷卻系統能耗是數據中心的消耗大頭。液冷逐漸成為數據中心的新選擇,隨著數據中心單機柜功率密度不斷提高,摩爾定律走向極限,液冷技術能帶來更為直接的散熱優勢。與傳統風冷技術相比,液冷系統耗電量方面約比風冷系統節省電量30%~50%,應用液冷技術的數據中心機房整體能效將得到30%提升。

      在液冷數據中心的布局方面,互聯網巨頭也積極參與布局。谷歌2018年宣布將在其數據中心采用液冷技術并表示今后其數據中心的降溫方式將向液冷方向轉變。華為2017年推出FusionServer板級液冷方案,2018年華為云松山湖數據中心采用高性能液冷集群。2020年,阿里仁和的數據中心也開始采用服務器全浸沒液冷的方式。

      在IT設備層面,綠色計算與數據中心的結合,成為新的重點。對于數據中心的整體能效而言,IT設備能效的提升,意味著在消耗同等能源的情況下,數據中心可提供的服務能力達到最優,對數據中心的整體能效提升產生顯著的作用。

      例如可以在數據中心用AI技術來進行數據的分時調度,實現智能預測流量,進行合理的擴容和縮容。通過這種計算資源分配的智能綠色計算,中心服務器利用率相較之前同比提升兩倍多。

      據悉,北京氣象局的數據中心通過搭建的綠色高性能計算系統和液冷技術,其核心算力提升近20倍,年用電減少近200萬度。阿里在雙十一的服務器中,采用的綠色計算,11天省下64萬度電,減少二氧化碳排放394噸。冬奧會的賽事上,數據中心也采用了智能的綠色計算和液冷技術。這些企業與機構已經開始享受到綠色計算與液冷技術應用的甜頭,許多擅長AI技術的企業也開始在綠色計算方面發力,以AI智能解決方案來降低數據中心的能耗,不斷推進著數據中心的綠色建設與升級。

    邁向融合與極簡

      在數據中心不斷升級打怪的路上,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。具體的趨勢還是以綠色化、智能化、安全可信的方向深化,細致的方向上會有不同程度的偏向。

      在綠色化的發展中,除了典型的液冷技術的升級與規模應用外,其配套的余熱回收、利用技術也會被深入研究。而在配電系統中,會逐漸應用最先進的鋰電池。傳統的配電系統存在系統割裂、復雜、故障難定位等問題,高效長壽的鋰電將會覆蓋原鉛電池,配電系統將會逐漸走向全面的鋰電化。

      在智能化的方向,技術與創新會不斷融合,數據中心的集聚效應,將會推動異構算力融合、云網融合、多云調度等;同時也能夠推動技術創新和模式創新,提升關鍵技術產品的研發支持和規?;瘧?。

      安全可靠的方向,數據中心基礎設施的建設未來會更多考慮按需擴容與支持架構彈性的能力。數據中心的壽命通常是10-15年,而IT技術的壽命通常是3-5年,數據中心的建設要有前瞻性,在生命周期內最大程度滿足2~3代IT設備的功率演進,承載各類的IT業務,匹配不同功率密度的IT設備混合部署。在數據安全的層面,則是存儲與遠程計算的可靠性進階與數據安全的流通。在數據量爆炸增長與算力激增的背景下,IT基礎設施復雜且標準不一的異構環境,要求數據中心運維具備更高的專業性和可靠性。

      如果從數據中心本身的建設角度來看,呈現的是集群化、快速化、高效的趨勢,如東數西算工程的大力推進,集群效應明顯。在應對諸如戰爭、疫情等“黑天鵝”事件,數據中心建設周期要求不斷嚴苛。伴隨著數據中心由支撐系統轉向生產系統,系統級和數據中心級架構極簡將成為主流,除了應對其本身投資成本大的弊端,在預制化、全模塊化設計下,數據中心的快速部署、運維簡單、高效節能等優勢都將會放大。

      在數字經濟的大旗下,數字基礎設施的數據中心,成本與效率,能耗與碳排,走上了趨優的道路。對于產業來說,數據中心的變革也會壯大其生態。不斷加強數據中心上游設備制造業和下游數據創新型應用、新型消費產業等集聚與落地。例如算力樞紐的數據中心,會發展一批數據加工、數據清洗、數據內容服務等偏勞動密集型的產業。

      回顧數據中心的綠色化發展,我們會發現綠色化已經融入到智能化基礎建設的底層,生活、生產的各個方面都被敷上了減碳排的降溫貼,產業鏈的上下游都加入了節能環保的改造,發展的進程不斷深度融入進綠色、低碳、循環的發展規劃下。

      綠色化的減碳網已經層層深裹住我們經濟、生產與生活,雖然離實現完全的綠色地球還有一段距離,但全球雙碳戰略的硬核實施與減碳排技術的不斷深化,讓這個康莊大道越來越平坦,不斷加速著碳達標、碳中和目標的實現。

    (文章來源:腦極體 作者:燕良)

    標簽:數據中心 我要反饋 
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