數(shù)據(jù)中心未來將向“四高”演進

  　建設新型基礎設施已成為國家戰(zhàn)略。作為承載存儲、傳輸、算力需求的基礎平臺，以及支撐人工智能、云計算、區(qū)塊鏈等新一代數(shù)字技術(shù)應用的物理底座，數(shù)據(jù)中心成為新型基礎設施建設的重要內(nèi)容。

　　隨著相關(guān)政策的持續(xù)加碼和數(shù)字經(jīng)濟的加速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心迎來前所未有的發(fā)展機遇。未來3~5年，中國數(shù)據(jù)中心將呈現(xiàn)“高集聚、高算力、高能效、高技術(shù)” 的“四高”發(fā)展趨勢。

　　高集聚

　　目前，業(yè)界普遍認同未來數(shù)據(jù)中心布局會越來越呈現(xiàn)出“熱數(shù)據(jù)集聚在一線城市及周邊地區(qū)，冷數(shù)據(jù)集聚于西部資源富足地區(qū)”的格局。推動這種“啞鈴式”集聚發(fā)展格局產(chǎn)生的主要因素有二。

　　一是市場的力量。以“北上廣深”為代表的一線城市，匯聚多數(shù)云計算、互聯(lián)網(wǎng)、金融等業(yè)務流量，而這些業(yè)務中的移動支付、網(wǎng)絡交易、網(wǎng)絡游戲、金融結(jié)算、數(shù)據(jù)熱備份、虛機遷移等都對時延有較高要求，因此數(shù)據(jù)中心的主要客戶(互聯(lián)網(wǎng)公司、云計算廠商、金融公司等)愿意支付高溢價將自己的數(shù)據(jù)存放于一線城市的數(shù)據(jù)中心。但隨著一線城市用地、用電資源和能耗指標的緊張，大型互聯(lián)網(wǎng)公司、第三方數(shù)據(jù)中心企業(yè)逐漸布局一線城市周邊地區(qū)，形成服務于核心城市的區(qū)域性數(shù)據(jù)中心集群。

　　同時，近年來在國家和地方的一些政策引導下，企業(yè)出于經(jīng)濟性因素的考量，也越來越多地將數(shù)據(jù)中心落戶于電力資源供給充足、氣候適宜的中西部地區(qū)，低成本地滿足其災備需求。

　　二是政策的推動。當前我國已進入數(shù)字經(jīng)濟快速發(fā)展的階段，數(shù)據(jù)中心是支撐數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的重要物理底座。通過協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)中心的布局來推動數(shù)據(jù)要素在東、中、西部的跨域流通，帶動一大批東部沿海的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、ICT企業(yè)將自身產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)延伸到西部地區(qū)，幫助中西部地區(qū)發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟、實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級，是中央政策和中西部地方政策支持的重要方向。

　　市場和政策兩方面的力量將推動我國數(shù)據(jù)中心逐步進入集群化、規(guī)?；l(fā)展階段。當然，從長期來看，能否實現(xiàn)上述集聚發(fā)展格局，仍需看政策的實際落地情況以及市場需求的發(fā)展情況。

　　高算力

　　當前，隨著人工智能應用場景的逐漸落地以及各行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型步伐的加快，全社會對數(shù)據(jù)中心的計算和存儲能力提出了更高要求。順應這一趨勢，未來數(shù)據(jù)中心會逐漸向更高算力、更高算效演進。

　　一是單體數(shù)據(jù)中心的規(guī)模和密度仍將逐步提高。在單體數(shù)據(jù)中心堆集更多的服務器一直是擴充算力的重要方式。近年來，集約化、大型化數(shù)據(jù)中心加快發(fā)展。截至2019年年底，我國在用數(shù)據(jù)中心機架總規(guī)模達到314.5萬架，其中超大型數(shù)據(jù)中心機架規(guī)模約117.9萬架，大型數(shù)據(jù)中心機架規(guī)模約119.4萬架，同比規(guī)模增速為41.7%。大型數(shù)據(jù)中心增加了機柜和服務器的密度與數(shù)量，推動數(shù)據(jù)中心布局、供電、功耗、制冷、網(wǎng)絡和運維管理等各方面技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新突破。

　　二是異構(gòu)算力充分融合。算力是人工智能應用的基礎，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心僅依靠CPU通用服務器已無法滿足機器學習、無人駕駛、工業(yè)仿真、人工智能模型訓練等新興應用場景所需的算力。除在數(shù)據(jù)中心部署更多48核或64核等高核心CPU來應對激增的算力需求外，引入GPU、FPGA、ASIC等異構(gòu)算力來承擔新算力需求已成為必然趨勢。適應異構(gòu)算力融合，相關(guān)的算力虛擬化調(diào)度、面向AI調(diào)度的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡、AI及大數(shù)據(jù)混合計算加速等技術(shù)均在快速發(fā)展，以在數(shù)據(jù)中心基礎上，有效實現(xiàn)高性能算力的高效利用和靈活共享分配。

　　此外為了實現(xiàn)更高算效，加快計算、存儲、網(wǎng)絡的深度融合，采用更高制程工藝的芯片，提高數(shù)據(jù)中心IT設施的虛擬化水平等，都將成為數(shù)據(jù)中心的演進方向。

　　高能效

　　數(shù)據(jù)中心是信息基礎設施中的耗能大戶。據(jù)統(tǒng)計，截至2020年底我國數(shù)據(jù)中心耗電量約占全社會用電量的1%左右，平均PUE為1.6~1.7，總體能效與國際先進水平相比仍有差距，可再生能源利用率低。按照未來數(shù)據(jù)中心機架數(shù)量每年30%的增速，預計到“十四五”末，數(shù)據(jù)中心用電量在全社會用電量的占比將超過3%。這對數(shù)據(jù)中心的運營以及環(huán)境的保護帶來巨大挑戰(zhàn)。提高數(shù)據(jù)中心能效，不僅是企業(yè)降本增效的重要手段，也是實現(xiàn)碳中和目標的重要路徑。

　　在政策層面，將持續(xù)推進節(jié)能改造并促進可再生能源的使用。一是提高新建數(shù)據(jù)中心的能效標準。2020年底四部委聯(lián)合下發(fā)的《關(guān)于加快構(gòu)建全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系的指導意見》明確要求，2025年全國大型、超大型數(shù)據(jù)中心PUE降低到1.3以下。

　　二是完善數(shù)據(jù)中心能效標準體系和監(jiān)測體系。2021年5月發(fā)布的《全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實施方案》提出，要完善數(shù)據(jù)中心綜合節(jié)能評價標準體系，不僅包括傳統(tǒng)的電能使用效率標準，還包括算力使用效率和可再生能源利用率等指標，從更多維度促進數(shù)據(jù)中心能效的提高。目前，一些地方已開始推進數(shù)據(jù)中心實時能耗監(jiān)測體系。

　　三是推進對存量數(shù)據(jù)中心的關(guān)停改造。作為全球數(shù)據(jù)中心大國，美國政府推出數(shù)據(jù)中心整合計劃和優(yōu)化計劃，關(guān)閉了一批低效老舊的數(shù)據(jù)中心。中國政府倡導類似的做法?！侗本┦袛?shù)據(jù)中心統(tǒng)籌發(fā)展實施方案(2021—2023)》已明確提出，要按照“四個一批”的總體思路推進數(shù)據(jù)中心的存量優(yōu)化和新增前瞻布局。

　　四是通過完善機制促進可再生能源的使用，如擴大可再生能源市場交易范圍、支持配套可再生能源電站等。

　　在技術(shù)層面，綠色低碳的新技術(shù)將逐步擴大使用范圍。在基礎設施層面，基于歷史數(shù)據(jù)，通過神經(jīng)網(wǎng)絡算法，采集和分析數(shù)據(jù)中心溫度、濕度等各項數(shù)據(jù)，自動優(yōu)化調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)等，可進一步降低PUE，突破傳統(tǒng)節(jié)能“天花板”。

　　高技術(shù)

　　數(shù)據(jù)中心傳統(tǒng)上主要向市場提供機柜、帶寬租用等基礎資源服務，其運營者競爭的核心是土地、電力、能耗、帶寬等資源的獲取以及基礎設施的維護能力。近年來隨著行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的加速，特別是新冠肺炎疫情后，越來越多的企業(yè)客戶向云端遷移，再疊加AI技術(shù)的廣泛應用，對數(shù)據(jù)中心帶來顯著影響。

　　一是數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡技術(shù)成為創(chuàng)新的焦點。首先，在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡方面，在云計算、AI發(fā)展的推動下，以在線搜索、并行計算為代表的業(yè)務迅速起量，需要數(shù)據(jù)中心內(nèi)大量的分布式計算集群支持，導致數(shù)據(jù)中心內(nèi)部東西流量需求快速增長。解決數(shù)據(jù)中心在網(wǎng)絡方面的瓶頸，保證數(shù)據(jù)在服務器之間能夠更快、更高效地傳輸，將逐漸成為提高數(shù)據(jù)中心性能的關(guān)鍵所在。在這一趨勢下，無損網(wǎng)絡、智能網(wǎng)卡、可編程網(wǎng)絡等新技術(shù)應運而生，成為技術(shù)研發(fā)的新熱點、新方向。

　　其次，在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)間互聯(lián)方面，由于大多數(shù)企業(yè)采用公有云和私有云混用的形式，因此降低不同云連接時的網(wǎng)絡時延是技術(shù)難點之一。

　　從云計算IaaS層服務來說，目前網(wǎng)絡的虛擬化技術(shù)相對較為滯后，同時要考慮東西向流量的安全防護問題，對多數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡互聯(lián)技術(shù)要求更高。這在很大程度上也將推進我國互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)架構(gòu)的變革。

　　二是智能化管理成為重要發(fā)展方向。隨著大型、超大型數(shù)據(jù)中心占比的增加，海量的設備和復雜的系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心的高效管理帶來了巨大挑戰(zhàn)。建設數(shù)據(jù)中心基礎設施管理系統(tǒng)(Data Center Infrastructure Management，DCIM)，對數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵設備進行集中監(jiān)控和管理，并在此基礎上利用人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，提高數(shù)據(jù)采集的實時性、準確性，研究訓練節(jié)能優(yōu)化、設備預警、故障預測等數(shù)據(jù)模型，從而提升運維管理的自動化和智能化水平。同時，AI配合自動化巡檢機器人，可以實現(xiàn)無人值守，進一步提高數(shù)據(jù)中心的運維效率和安全等級。

　　此外，上層ICT設備的演進創(chuàng)新，將持續(xù)倒逼數(shù)據(jù)中心基礎設施技術(shù)加快變革，例如推動預制化技術(shù)加快向縱深發(fā)展，供配電系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)持續(xù)優(yōu)化等，以適應新的業(yè)務趨勢。

　　數(shù)據(jù)中心運營者的競爭將不再僅局限于資源獲取能力，技術(shù)創(chuàng)新能力和應用新技術(shù)的能力將逐漸成為新的核心競爭力。

　　在數(shù)字經(jīng)濟時代，隨著云計算、人工智能、區(qū)塊鏈等新一代數(shù)字技術(shù)應用的廣泛普及，數(shù)據(jù)中心的地位正在從信息基礎設施的邊緣邁向核心，并成為承載和牽動技術(shù)革新的重要底座。未來3~5年，仍將是數(shù)據(jù)中心的高速發(fā)展期。產(chǎn)業(yè)必須按照經(jīng)濟社會發(fā)展的要求，明確數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢，共同推動數(shù)據(jù)中心的高質(zhì)量發(fā)展。