新基建背景下优化数据中心能耗的相关思考

作者: 时间:2020-06-19
“新基建”服务于国家长远发展和“两个强国”建设战略需求,主要涉及5G基建、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网等七大领域。数字经济时代,数据是推动经济社会发展的必要生产要素,作为数据集中承载的数据中心其重要性日益凸显。我国数据中心具有发展快、能耗高、能效低的特点,存在巨大节能潜力,亟需加快开展节能工作,提高能效水平,避免数据中心能耗的爆炸式增长,促进信息化建设与经济社会发展相协调,增强可持续发展能力。

“新基建”背景下大数据中心发展趋势

“新基建”驱动数据中心产业变革。移动互联网、物联网、工业互联网、车联网等新型应用场景的持续推广带来数据指数级增长,海量异构数据进入数据中心进行集中存储和处理,这对以数据中心为代表的算力基础设施提出了更新更高的要求。特别是在新冠肺炎疫情防控中,为各大城市提供科技防疫、远程办公、远程教育和电商消费的城市计算都离不开数据中心的支撑。在“新基建”背景下,数据中心不只是传统意义上的存放计算、存储及网络设备的机房场所,更多是体现创新、绿色等新发展理念的公共算力基础设施的组成部分,是促进5G、人工智能、工业互联网、云计算等新一代信息技术发展的数据中枢和算力载体。

“新基建”亟需数据中心绿色发展新模式。大型数据中心对海量数据处理能力和能耗水平提出更高要求。随着5G和人工智能等新技术应用落地,2021年中国人均移动数据流量比2015年将增长18倍,2025年全球数据量将会从2016年的16ZB上升至163ZB,海量数据将推动数据中心向超大规模发展。但与此同时,数据中心对于能源消耗也日益增长,从全球来看,到2025年,数据中心将占到全球能耗的最大份额,高达33%;从国内看,全国数据中心的耗电量已连续8年以超过12%的速度增长。预计到2020年,中国数据中心耗电量为2962亿千瓦时,2025年高达3842.2亿千瓦时。在这样的背景下,节能降耗是当前全球数据中心行业关注的重点话题,世界各国都在通过各种措施进一步降低数据中心的PUE,以确保数据中心能够持续健康发展。

“新基建”加大国家政策红利释放。我国政府高度重视数据中心的节能降耗问题。国务院《“十二五”节能减排综合性工作方案》提出“推动信息数据中心、通信机房和基站节能改造”。《国务院关于加快发展节能环保产业的意见》提出“开展数据中心节能改造,降低数据中心、超算中心服务器、大型计算机冷却耗能”。《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》指出“大力推动绿色数据中心创建、运维和改造,引导数据中心走高效、清洁、集约、循环的绿色发展道路,实现数据中心持续健康发展”。随着数据中心进入“新基建”序列,国家将加大力度继续密集研究和出台优化数据中心能耗相关政策,国家的政策将释放红利,驱动全国各级地方政府积极制定各项节能政策规划,并引领行业技术创新。通过国家政策自上而下地引导规范数据中心建设,逐步推动数据中心走向大型化和集约化,促进数据中心的高能效和高质量发展,实现数据中心绿色目标。

优化数据中心能耗面临挑战

数据中心能效强制性国家标准缺位。目前围绕数据中心的规划、设计、施工、调试、验收、测试、维护、报废等关键环节我国已经建立了基础标准体系。关于数据中心能源利用效率的指标,我国已经发布了国家标准,但是现行标准仍然存在缺陷。比如,国家还未出台强制性数据中心能源管理标准,由于诸多因素影响数据中心的能效水平,各地区还没有制定对数据中心能耗监管的强制性技术文件。此外,数据中心能效的评价指标体系有待完善,计量方式有待规范,需要能够约束市场主体的强制性标准。

数据中心布局模式亟需突破。近年来,多地纷纷投资建设数据中心,但这些数据中心大多各自为政、相互分离,缺乏一体化的战略规划,容易造成烟囱效应和重复浪费。此前国家已经发布了有关数据中心建设布局的相关政策文件,虽然总体布局正在逐步优化和趋于供需平衡,但受用户需求、网络条件等因素影响,对于在用数据中心的监督管理以及新建数据中心的审批流程方面缺乏合理指导性意见,与数据中心成熟市场仍有一定差距,因此在满足业务需求的同时考虑能耗的优化方面仍有进一步提高空间。

数据中心系统缺乏科学规划。数据中心能耗主要由IT 设备、供电系统和制冷系统三部分的能耗构成。数据中心内IT设备利用率较低,大部分数据中心未优先考虑充分利用现有设备,提高现有设备使用效率,由此导致数据中心IT设备的保有量高于信息业务的实际需求;主流供电模式面临瓶颈,传统UPS供电模式存在能量损耗,能效水平较低,而直流供电模式操作专业性高,安全性差;制冷系统方式有待改变,目前数据中心的热量管理方法存在不足,降低了制冷系统的运行效率,传统风冷技术面临挑战,液冷方式对现有服务器不兼容,改造难度大,成本较高。

优化数据中心能耗对策建议

出台明确量化数据中心能效的国家标准。数据中心规模、业务类型、所在地区等因素都对其能源利用效率有一定影响,需要对不同规模、不同业务类型、不同气候区的数据中心有所区分,或考虑根据各种影响因素对指标进行修正。在现行国家标准《GB/T 32910.3-2016数据中心资源利用第3部分:电能能效要求和测量方法》主要评价指标EEUE的基础上设置数据中心能效准入门槛,进一步改进测试方法,完善能效评价指标体系,并以国家强制性标准形式进行发布。其次,数据中心节能提效建立在数据中心安全的基础之上,构建更安全可靠的数据中心已成为政府及企业的重要诉求,国家应尽快出台数据中心安全方面风险防控和监控标准。

开创“新基建”时代数据中心布局新思路。首先,要进一步贯彻落实习近平总书记关于“建设全国一体化的国家大数据中心”重要指示精神。制度方面,国家层面要继续出台推动数据共享和数据流通的政策体系;平台方面,要搭建统一开放的信息公开平台;机制方面,要不断激励相关主体贡献新数据,促进信息共享共用。其次,各地区需要规范新建数据中心审批流程,加大监管力度,配合我国产业结构升级、新型城市规划等相关举措,均衡数据中心总体区域布局。此外,积极开拓信息密集地区数据中心建设新模式,充分利用原有电力水力资源,推行原有建筑改造,培养数据中心建设管理人才,提高新建数据中心质量。

利用技术手段对数据中心系统优化升级。提高IT设备效率方面,鼓励企业利用软件定义、虚拟化和云计算等技术提高IT设备效率,节约数据中心成本,创建跨越硬件条件、跨越数据中心、跨越国界的庞大网络环境。加速供电系统转型方面,地方政府与行业企业共同谋划,通过引入高压直流供电模式,结合交流供电和直流供电两者的优点,同时通过锂电池储能来降低成本,实现数据中心的可持续性发展。提高制冷系统效率方面,积极推行不消耗电能的机械制冷方式,同时以大数据相关产业联盟为载体,鼓励产业链相关企业、高校院所和科研机构等主体重点研究智能制冷和高温数据中心的技术手段,逐步实现动态均衡能源利用率。

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