新基建背景下優(yōu)化數(shù)據(jù)中心能耗的相關(guān)思考

“新基建”服務(wù)于國(guó)家長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展和“兩個(gè)強(qiáng)國(guó)”建設(shè)戰(zhàn)略需求，主要涉及5G基建、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等七大領(lǐng)域。數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，數(shù)據(jù)是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的必要生產(chǎn)要素，作為數(shù)據(jù)集中承載的數(shù)據(jù)中心其重要性日益凸顯。我國(guó)數(shù)據(jù)中心具有發(fā)展快、能耗高、能效低的特點(diǎn)，存在巨大節(jié)能潛力，亟需加快開(kāi)展節(jié)能工作，提高能效水平，避免數(shù)據(jù)中心能耗的爆炸式增長(zhǎng)，促進(jìn)信息化建設(shè)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展相協(xié)調(diào)，增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展能力。

“新基建”背景下大數(shù)據(jù)中心發(fā)展趨勢(shì)

“新基建”驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)變革。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等新型應(yīng)用場(chǎng)景的持續(xù)推廣帶來(lái)數(shù)據(jù)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，海量異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)中心進(jìn)行集中存儲(chǔ)和處理，這對(duì)以數(shù)據(jù)中心為代表的算力基礎(chǔ)設(shè)施提出了更新更高的要求。特別是在新冠肺炎疫情防控中，為各大城市提供科技防疫、遠(yuǎn)程辦公、遠(yuǎn)程教育和電商消費(fèi)的城市計(jì)算都離不開(kāi)數(shù)據(jù)中心的支撐。在“新基建”背景下，數(shù)據(jù)中心不只是傳統(tǒng)意義上的存放計(jì)算、存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的機(jī)房場(chǎng)所，更多是體現(xiàn)創(chuàng)新、綠色等新發(fā)展理念的公共算力基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分，是促進(jìn)5G、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)發(fā)展的數(shù)據(jù)中樞和算力載體。

“新基建”亟需數(shù)據(jù)中心綠色發(fā)展新模式。大型數(shù)據(jù)中心對(duì)海量數(shù)據(jù)處理能力和能耗水平提出更高要求。隨著5G和人工智能等新技術(shù)應(yīng)用落地，2021年中國(guó)人均移動(dòng)數(shù)據(jù)流量比2015年將增長(zhǎng)18倍，2025年全球數(shù)據(jù)量將會(huì)從2016年的16ZB上升至163ZB，海量數(shù)據(jù)將推動(dòng)數(shù)據(jù)中心向超大規(guī)模發(fā)展。但與此同時(shí)，數(shù)據(jù)中心對(duì)于能源消耗也日益增長(zhǎng)，從全球來(lái)看，到2025年，數(shù)據(jù)中心將占到全球能耗的最大份額，高達(dá)33%；從國(guó)內(nèi)看，全國(guó)數(shù)據(jù)中心的耗電量已連續(xù)8年以超過(guò)12%的速度增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2020年，中國(guó)數(shù)據(jù)中心耗電量為2962億千瓦時(shí)，2025年高達(dá)3842.2億千瓦時(shí)。在這樣的背景下，節(jié)能降耗是當(dāng)前全球數(shù)據(jù)中心行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)話題，世界各國(guó)都在通過(guò)各種措施進(jìn)一步降低數(shù)據(jù)中心的PUE，以確保數(shù)據(jù)中心能夠持續(xù)健康發(fā)展。

“新基建”加大國(guó)家政策紅利釋放。我國(guó)政府高度重視數(shù)據(jù)中心的節(jié)能降耗問(wèn)題。國(guó)務(wù)院《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》提出“推動(dòng)信息數(shù)據(jù)中心、通信機(jī)房和基站節(jié)能改造”?！秶?guó)務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見(jiàn)》提出“開(kāi)展數(shù)據(jù)中心節(jié)能改造，降低數(shù)據(jù)中心、超算中心服務(wù)器、大型計(jì)算機(jī)冷卻耗能”?！蛾P(guān)于加強(qiáng)綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》指出“大力推動(dòng)綠色數(shù)據(jù)中心創(chuàng)建、運(yùn)維和改造，引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心走高效、清潔、集約、循環(huán)的綠色發(fā)展道路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心持續(xù)健康發(fā)展”。隨著數(shù)據(jù)中心進(jìn)入“新基建”序列，國(guó)家將加大力度繼續(xù)密集研究和出臺(tái)優(yōu)化數(shù)據(jù)中心能耗相關(guān)政策，國(guó)家的政策將釋放紅利，驅(qū)動(dòng)全國(guó)各級(jí)地方政府積極制定各項(xiàng)節(jié)能政策規(guī)劃，并引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新。通過(guò)國(guó)家政策自上而下地引導(dǎo)規(guī)范數(shù)據(jù)中心建設(shè)，逐步推動(dòng)數(shù)據(jù)中心走向大型化和集約化，促進(jìn)數(shù)據(jù)中心的高能效和高質(zhì)量發(fā)展，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心綠色目標(biāo)。

優(yōu)化數(shù)據(jù)中心能耗面臨挑戰(zhàn)

數(shù)據(jù)中心能效強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)缺位。目前圍繞數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、驗(yàn)收、測(cè)試、維護(hù)、報(bào)廢等關(guān)鍵環(huán)節(jié)我國(guó)已經(jīng)建立了基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)體系。關(guān)于數(shù)據(jù)中心能源利用效率的指標(biāo)，我國(guó)已經(jīng)發(fā)布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但是現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)仍然存在缺陷。比如，國(guó)家還未出臺(tái)強(qiáng)制性數(shù)據(jù)中心能源管理標(biāo)準(zhǔn)，由于諸多因素影響數(shù)據(jù)中心的能效水平，各地區(qū)還沒(méi)有制定對(duì)數(shù)據(jù)中心能耗監(jiān)管的強(qiáng)制性技術(shù)文件。此外，數(shù)據(jù)中心能效的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系有待完善，計(jì)量方式有待規(guī)范，需要能夠約束市場(chǎng)主體的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。

數(shù)據(jù)中心布局模式亟需突破。近年來(lái)，多地紛紛投資建設(shè)數(shù)據(jù)中心，但這些數(shù)據(jù)中心大多各自為政、相互分離，缺乏一體化的戰(zhàn)略規(guī)劃，容易造成煙囪效應(yīng)和重復(fù)浪費(fèi)。此前國(guó)家已經(jīng)發(fā)布了有關(guān)數(shù)據(jù)中心建設(shè)布局的相關(guān)政策文件，雖然總體布局正在逐步優(yōu)化和趨于供需平衡，但受用戶需求、網(wǎng)絡(luò)條件等因素影響，對(duì)于在用數(shù)據(jù)中心的監(jiān)督管理以及新建數(shù)據(jù)中心的審批流程方面缺乏合理指導(dǎo)性意見(jiàn)，與數(shù)據(jù)中心成熟市場(chǎng)仍有一定差距，因此在滿足業(yè)務(wù)需求的同時(shí)考慮能耗的優(yōu)化方面仍有進(jìn)一步提高空間。

數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)缺乏科學(xué)規(guī)劃。數(shù)據(jù)中心能耗主要由IT 設(shè)備、供電系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)三部分的能耗構(gòu)成。數(shù)據(jù)中心內(nèi)IT設(shè)備利用率較低，大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心未優(yōu)先考慮充分利用現(xiàn)有設(shè)備，提高現(xiàn)有設(shè)備使用效率，由此導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備的保有量高于信息業(yè)務(wù)的實(shí)際需求；主流供電模式面臨瓶頸，傳統(tǒng)UPS供電模式存在能量損耗，能效水平較低，而直流供電模式操作專業(yè)性高，安全性差；制冷系統(tǒng)方式有待改變，目前數(shù)據(jù)中心的熱量管理方法存在不足，降低了制冷系統(tǒng)的運(yùn)行效率，傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)面臨挑戰(zhàn)，液冷方式對(duì)現(xiàn)有服務(wù)器不兼容，改造難度大，成本較高。

優(yōu)化數(shù)據(jù)中心能耗對(duì)策建議

出臺(tái)明確量化數(shù)據(jù)中心能效的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)中心規(guī)模、業(yè)務(wù)類型、所在地區(qū)等因素都對(duì)其能源利用效率有一定影響，需要對(duì)不同規(guī)模、不同業(yè)務(wù)類型、不同氣候區(qū)的數(shù)據(jù)中心有所區(qū)分，或考慮根據(jù)各種影響因素對(duì)指標(biāo)進(jìn)行修正。在現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 32910.3-2016數(shù)據(jù)中心資源利用第3部分：電能能效要求和測(cè)量方法》主要評(píng)價(jià)指標(biāo)EEUE的基礎(chǔ)上設(shè)置數(shù)據(jù)中心能效準(zhǔn)入門(mén)檻，進(jìn)一步改進(jìn)測(cè)試方法，完善能效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并以國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)形式進(jìn)行發(fā)布。其次，數(shù)據(jù)中心節(jié)能提效建立在數(shù)據(jù)中心安全的基礎(chǔ)之上，構(gòu)建更安全可靠的數(shù)據(jù)中心已成為政府及企業(yè)的重要訴求，國(guó)家應(yīng)盡快出臺(tái)數(shù)據(jù)中心安全方面風(fēng)險(xiǎn)防控和監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)。

開(kāi)創(chuàng)“新基建”時(shí)代數(shù)據(jù)中心布局新思路。首先，要進(jìn)一步貫徹落實(shí)習(xí)近平總書(shū)記關(guān)于“建設(shè)全國(guó)一體化的國(guó)家大數(shù)據(jù)中心”重要指示精神。制度方面，國(guó)家層面要繼續(xù)出臺(tái)推動(dòng)數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)流通的政策體系；平臺(tái)方面，要搭建統(tǒng)一開(kāi)放的信息公開(kāi)平臺(tái)；機(jī)制方面，要不斷激勵(lì)相關(guān)主體貢獻(xiàn)新數(shù)據(jù)，促進(jìn)信息共享共用。其次，各地區(qū)需要規(guī)范新建數(shù)據(jù)中心審批流程，加大監(jiān)管力度，配合我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)、新型城市規(guī)劃等相關(guān)舉措，均衡數(shù)據(jù)中心總體區(qū)域布局。此外，積極開(kāi)拓信息密集地區(qū)數(shù)據(jù)中心建設(shè)新模式，充分利用原有電力水力資源，推行原有建筑改造，培養(yǎng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)管理人才，提高新建數(shù)據(jù)中心質(zhì)量。

利用技術(shù)手段對(duì)數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)優(yōu)化升級(jí)。提高IT設(shè)備效率方面，鼓勵(lì)企業(yè)利用軟件定義、虛擬化和云計(jì)算等技術(shù)提高IT設(shè)備效率，節(jié)約數(shù)據(jù)中心成本，創(chuàng)建跨越硬件條件、跨越數(shù)據(jù)中心、跨越國(guó)界的龐大網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。加速供電系統(tǒng)轉(zhuǎn)型方面，地方政府與行業(yè)企業(yè)共同謀劃，通過(guò)引入高壓直流供電模式，結(jié)合交流供電和直流供電兩者的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)鋰電池儲(chǔ)能來(lái)降低成本，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的可持續(xù)性發(fā)展。提高制冷系統(tǒng)效率方面，積極推行不消耗電能的機(jī)械制冷方式，同時(shí)以大數(shù)據(jù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟為載體，鼓勵(lì)產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)、高校院所和科研機(jī)構(gòu)等主體重點(diǎn)研究智能制冷和高溫?cái)?shù)據(jù)中心的技術(shù)手段，逐步實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)均衡能源利用率。