數據中心未來(lái)將向“四高”演進(jìn)

  　建設新型基礎設施已成為國家戰略。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、區塊鏈等新一代數字技術(shù)應用的物理底座，數據中心成為新型基礎設施建設的重要內容。

　　隨著(zhù)相關(guān)政策的持續加碼和數字經(jīng)濟的加速發(fā)展，數據中心迎來(lái)前所未有的發(fā)展機遇。未來(lái)3~5年，中國數據中心將呈現“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(lái)數據中心布局會(huì )越來(lái)越呈現出“熱數據集聚在一線(xiàn)城市及周邊地區，冷數據集聚于西部資源富足地區”的格局。推動(dòng)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(chǎng)的力量。以“北上廣深”為代表的一線(xiàn)城市，匯聚多數云計算、互聯(lián)網(wǎng)、金融等業(yè)務(wù)流量，而這些業(yè)務(wù)中的移動(dòng)支付、網(wǎng)絡(luò )交易、網(wǎng)絡(luò )游戲、金融結算、數據熱備份、虛機遷移等都對時(shí)延有較高要求，因此數據中心的主要客戶(hù)(互聯(lián)網(wǎng)公司、云計算廠(chǎng)商、金融公司等)愿意支付高溢價(jià)將自己的數據存放于一線(xiàn)城市的數據中心。但隨著(zhù)一線(xiàn)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、第三方數據中心企業(yè)逐漸布局一線(xiàn)城市周邊地區，形成服務(wù)于核心城市的區域性數據中心集群。

　　同時(shí)，近年來(lái)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(lái)越多地將數據中心落戶(hù)于電力資源供給充足、氣候適宜的中西部地區，低成本地滿(mǎn)足其災備需求。

　　二是政策的推動(dòng)。當前我國已進(jìn)入數字經(jīng)濟快速發(fā)展的階段，數據中心是支撐數字經(jīng)濟發(fā)展的重要物理底座。通過(guò)協(xié)調數據中心的布局來(lái)推動(dòng)數據要素在東、中、西部的跨域流通，帶動(dòng)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)節延伸到西部地區，幫助中西部地區發(fā)展數字經(jīng)濟、實(shí)現產(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(chǎng)和政策兩方面的力量將推動(dòng)我國數據中心逐步進(jìn)入集群化、規?；l(fā)展階段。當然，從長(cháng)期來(lái)看，能否實(shí)現上述集聚發(fā)展格局，仍需看政策的實(shí)際落地情況以及市場(chǎng)需求的發(fā)展情況。

　　高算力

　　當前，隨著(zhù)人工智能應用場(chǎng)景的逐漸落地以及各行業(yè)智能化轉型步伐的加快，全社會(huì )對數據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(lái)數據中心會(huì )逐漸向更高算力、更高算效演進(jìn)。

　　一是單體數據中心的規模和密度仍將逐步提高。在單體數據中心堆集更多的服務(wù)器一直是擴充算力的重要方式。近年來(lái)，集約化、大型化數據中心加快發(fā)展。截至2019年年底，我國在用數據中心機架總規模達到314.5萬(wàn)架，其中超大型數據中心機架規模約117.9萬(wàn)架，大型數據中心機架規模約119.4萬(wàn)架，同比規模增速為41.7%。大型數據中心增加了機柜和服務(wù)器的密度與數量，推動(dòng)數據中心布局、供電、功耗、制冷、網(wǎng)絡(luò )和運維管理等各方面技術(shù)的持續創(chuàng )新突破。

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

　　此外為了實(shí)現更高算效，加快計算、存儲、網(wǎng)絡(luò )的深度融合，采用更高制程工藝的芯片，提高數據中心IT設施的虛擬化水平等，都將成為數據中心的演進(jìn)方向。

　　高能效

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

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

　　二是完善數據中心能效標準體系和監測體系。2021年5月發(fā)布的《全國一體化大數據中心協(xié)同創(chuàng )新體系算力樞紐實(shí)施方案》提出，要完善數據中心綜合節能評價(jià)標準體系，不僅包括傳統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(jìn)數據中心能效的提高。目前，一些地方已開(kāi)始推進(jìn)數據中心實(shí)時(shí)能耗監測體系。

　　三是推進(jìn)對存量數據中心的關(guān)停改造。作為全球數據中心大國，美國政府推出數據中心整合計劃和優(yōu)化計劃，關(guān)閉了一批低效老舊的數據中心。中國政府倡導類(lèi)似的做法?！侗本┦袛祿行慕y籌發(fā)展實(shí)施方案(2021—2023)》已明確提出，要按照“四個(gè)一批”的總體思路推進(jìn)數據中心的存量?jì)?yōu)化和新增前瞻布局。

　　四是通過(guò)完善機制促進(jìn)可再生能源的使用，如擴大可再生能源市場(chǎng)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，基于歷史數據，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )算法，采集和分析數據中心溫度、濕度等各項數據，自動(dòng)優(yōu)化調節制冷系統、供配電系統等，可進(jìn)一步降低PUE，突破傳統節能“天花板”。

　　高技術(shù)

　　數據中心傳統上主要向市場(chǎng)提供機柜、帶寬租用等基礎資源服務(wù)，其運營(yíng)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(lái)隨著(zhù)行業(yè)數字化轉型的加速，特別是新冠肺炎疫情后，越來(lái)越多的企業(yè)客戶(hù)向云端遷移，再疊加AI技術(shù)的廣泛應用，對數據中心帶來(lái)顯著(zhù)影響。

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

　　其次，在數據中心網(wǎng)間互聯(lián)方面，由于大多數企業(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(shí)的網(wǎng)絡(luò )時(shí)延是技術(shù)難點(diǎn)之一。

　　從云計算IaaS層服務(wù)來(lái)說(shuō)，目前網(wǎng)絡(luò )的虛擬化技術(shù)相對較為滯后，同時(shí)要考慮東西向流量的安全防護問(wèn)題，對多數據中心網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)技術(shù)要求更高。這在很大程度上也將推進(jìn)我國互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)架構的變革。

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

　　此外，上層ICT設備的演進(jìn)創(chuàng )新，將持續倒逼數據中心基礎設施技術(shù)加快變革，例如推動(dòng)預制化技術(shù)加快向縱深發(fā)展，供配電系統和制冷系統持續優(yōu)化等，以適應新的業(yè)務(wù)趨勢。

　　數據中心運營(yíng)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。

　　在數字經(jīng)濟時(shí)代，隨著(zhù)云計算、人工智能、區塊鏈等新一代數字技術(shù)應用的廣泛普及，數據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(dòng)技術(shù)革新的重要底座。未來(lái)3~5年，仍將是數據中心的高速發(fā)展期。產(chǎn)業(yè)必須按照經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展的要求，明確數據中心的發(fā)展趨勢，共同推動(dòng)數據中心的高質(zhì)量發(fā)展。