“三能”赋能绿色数据中心 泛在算力夯实智能社会基石

    继“南水北调”、“西电东送”之后，“东数西算”作为新的国家工程于今年初正式批复启动建设，将在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏8地建设全国一体化算力网络国家枢纽节点——通过构建一体化新型算力网络，将东部算力需求有序引导到西部，优化数据中心建设布局，促进东西部协同联动。
    数据中心作为算力的坚实底座，如何匹配“东数西算”实现极致高效、安全可靠是亟待解决的问题。针对行业痛点，融合绿能、节能、智能于一体的新型绿色数据中心脱颖而出，引领算力底座全面升级，推动数字经济迈上更高台阶。新型绿色数据中心的创新实践需要产学研各领域的戮力同心与跨界合作。
    7月19日，在深圳的Win－Win华为创新周活动中，华为携手信通院云大所、中国移动、中国电信、中国联通、中科院自动化研究所等，举办“共赢算力时代”线上峰会，共商算网协同发展之路。值得关注的是，华为数据中心解决方案销售部总监迟九虹发表“东数西算，数来碳往，未来之变”主题演讲。她认为，“东数西算”可实现算力与低碳均衡发展，华为基于“三能”打造绿色数据中心，将数字化贯穿数据中心的规划、建设和运维全过程，使未来数据中心能够全面支撑行业数字化转型，夯实智能社会基石。
    东数西算的战略价值与衍生影响伴随云计算、5G、AI等技术的融合聚变，数据呈指数级增长。据华为GIV预测，到2030年，人类将迎来YB数据时代，数据量增长23倍；全球通用计算算力将达3．3 ZFLOPS（FP32），AI计算算力超过105 ZFLOPS（FP16），增长500倍。
    
    显而易见，数据量的激增对算力提出了更高要求。算力已成为支撑数字经济发展的重要基础，与经济发展水平呈现显著的正相关——算力规模前十的国家，有九个GDP排名前十。为提高整体算力水平，国家统筹规划“东数西算”工程，战略意义凸显。
    今年2月，国家发展改革委等四部委联合印发文件，同意启动建设国家算力枢纽节点，并规划国家数据中心集群。至此，全国一体化大数据中心体系完成总体布局设计，“东数西算”工程正式全面启动。
    相关统计显示，中国数据产量总规模约占全球10％左右，且集中在北上广深成渝。在土地、能源、资源日益紧张的背景下，东部热点区域大规模发展数据中心难以为继，而西部地区资源充裕，特别是可再生能源丰富，具备发展大型数据中心的潜力。以内蒙古为例，风能和太阳能资源均居国内领先地位，通过“东数西算”可实现算力与低碳均衡发展。
    
    “东数西算”建设对ICT产业链乃至整个数字经济生态的带动作用颇为明显。其中，芯片、操作系统、数据库、中间件、云控平台、大数据分析平台等核心技术的自主可控，为国内相关产业的发展注入强心剂；与此同时，国家对数据中心绿色节能提出更高要求，东部PUE要求小于1．25，西部小于1．2，示范工程PUE要控制在1．15以内——蜕变后的新一代绿色数据中心，将迎来黄金发展期。
    “三能”绿色数据中心扬帆起航概括而言，新一代绿色数据中心应具备“三能”特征，即绿能、节能、智能。首先是引用可再生能源，从用电的源头解决绿色的问题。西部可再生能源丰富，政策鼓励就地应用绿电。但风电和太阳能直发电都不稳定，而数据中心对供电的连续性和稳定性又要求很高，所以数据中心的储电和蓄冷技术成为关键因素。
    
    华为推出创新性的增程式解决方案，在“风光”充足的时候，低成本地将电和冷蓄积起来，把不稳定的供电通过介质转化成稳定的电源和冷源。这一方案对整个数据中心能源系统供给和分配的智能化提出更高要求，也受到业界的广泛关注。其次是节能技术的创新，供配电向模块化、高密化发展，制冷则更多利用自然冷源。东数西算数据中心的典型特征是高密化、规模化、超低PUE，匹配需求的有效路径就是高效供电和自然制冷。
    
    过去，供电系统大多采用“UPS并机＋铅酸电池”方案，设备多，链路复杂，占地面积大。华为开发的电力模块融合从中压变压器到负载馈线端的全功率链路，通过创新的融合架构和超高密的UPS集成，供电效率高达97．8％，供电系统从22柜减少到11柜，大大减少供电系统占地面积。在数据中心整体能耗中，除业务用电外，制冷系统的用电量占比高达60％以上，因此制冷系统的节能尤为重要。
    传统数据中心主要采用制冷机提供冷量，换热效率低，电制冷的时间长。华为推出间接蒸发冷却方案，将多个部件融合成一个制冷模块，直接利用自然冷空气使数据中心冷却，从多次热交换变成一次热交换，缩短制冷链路提升效率。这个方案可根据不同的环境温度，在干模式、湿模式和混合制冷三种模式之间智能切换，最大程度提高自然冷却时间。
    在内蒙古，全年有8466小时可不使用空调，华为云在乌兰察布的数据中心通过采用新的冷却方案，实现全年PUE低于1．15。再次是在数据中心的建设和运营中采用数字化、智能化技术，确保方案最优、效率更高。数据中心正朝集约化、规模化方向发展，从过去几百柜增加到数千柜、上万柜，设计、建设及后期运维难度也同步增加，借助数字化、智能化解决问题迫在眉睫。
    
    优秀的PUE方案对数据中心至关重要，但过往对PUE做测算主要依赖工程师的经验，粗放的方式难以保证PUE的精度。华为依托交付1000多个项目的经验，采用数字化建模、气流仿真和人工智能相结合的技术，构建PUE仿真平台，通过物理建模结合运行参数和负载率模拟运行状态，PUE测算精度高达97％。
    数据中心是个复杂且庞大的系统工程，传统建设依靠EXCEl表格化管理，工期和质量难以保障。华为数字化平台基于3D实例化模型打通物资流和数据流，实现虚实联动并行管理。在设计阶段，通过3D建模和三维碰撞检测，规避各系统干涉，降低变更率；在建设过程中，通过数据共享、资源协调、数字化物料管控，确保各工序质量可控，并能加快进度。此外，在数据中心的运维环节，数字化、智能化技术对数据中心长期能效优化以及自动化巡检也大有助益。
    探索未来数据中心的低碳路径根据国际市场研究机构Markets and Markets发布报告，到2026年，全球绿色数据中心市场规模将从2020年的492亿美元增至1403亿美元，年复合增长率达19．1％。绿色数据中心正在全球掀起建设热潮，其对节能减碳路径的探索永无止境。如何因地制宜，借助风光电转化、废冷废热利用等方式，提高能源综合利用率，是业界面向未来的发力方向。
    
    光伏建筑一体化就是个不错的解决方案。太阳能屋顶叠光面积有限，提供的电力只占数据中心电力需求的0．5％左右，而光伏建筑一体化可有效扩大部署面积。光伏板既是发电装置，也是建筑结构的一部分，光伏板发电的同时阻挡太阳对建筑的热辐射，进一步降低空调系统功耗。利用自然低温水作为冷源也是值得探索的冷却方式。
    我国江河湖海众多，深层自然水通常低于12℃，可用于循环热交换，甚至不需要电制冷。在寒带，海水制冷PUE可小于1．08，热带亦能做到1．25以下。LNG气化过程中会释放大量的废冷，同样可作为数据中心的冷源。我国有22个LNG接收站，十四五期间还将建设更多站点。比如深圳大鹏的LNG站，相关海域的海水温度很低，把这些冷量供给数据中心制冷，不仅可以满足3万多个机架的冷却需求，也会减少对周边海洋生态环境的破坏。废热资源的有效循环利用，也从学术研究进入实践阶段。
    以钢企为例，炼钢过程中排放的烟气温度高达1000多度，利用溴化锂技术可把炼钢废热转换成数据中心的连续制冷，在获得经济效益的同时降低了碳排放。展望未来，对数据中心的评价指标将从当前的PUE演进到多指标综合评价，包括对碳的利用率、水的利用率、单位电力的算力效率等。在新的指标体系引领下，会有大量的“零碳”甚至“负碳”数据中心涌现，符合碳中和时代要求的算力底座将完美绽放。