數(shù)據(jù)中心綠色蝶變
數(shù)字時(shí)代，數(shù)據(jù)爆炸式增長(zhǎng)、數(shù)字應(yīng)用不斷深入，高度復(fù)雜的計(jì)算場(chǎng)景帶來了多元化的算力需求。作為算力承載平臺(tái)，同時(shí)也是“雙碳”目標(biāo)落地的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)中心正在從高速發(fā)展向高質(zhì)量發(fā)展方向演進(jìn)。在數(shù)字化與低碳化的交匯處，數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)正在進(jìn)行新一輪綠色蝶變。
數(shù)據(jù)中心綠色化標(biāo)準(zhǔn)不斷升級(jí)
如何衡量一個(gè)數(shù)據(jù)中心是否“綠色”，很多人腦海里第一個(gè)蹦出來的指標(biāo)是PUE（電能利用效率）。PUE作為衡量數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能情況的一項(xiàng)重要指標(biāo)，在業(yè)內(nèi)得到廣泛使用?！癙UE”一詞最早由美國(guó)綠色網(wǎng)格組織（The Green Grid，TGG）于2007年提出，計(jì)算公式為數(shù)據(jù)中心總耗電量與IT設(shè)備耗電量的比值。PUE值越低，說明數(shù)據(jù)中心用于IT設(shè)備以外的能耗越低、越節(jié)能。
然而伴隨產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，PUE的局限性逐漸顯露出來，如無法體現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施和IT設(shè)備內(nèi)部各模塊節(jié)能情況、不同數(shù)據(jù)中心的PUE標(biāo)準(zhǔn)難統(tǒng)一、缺乏對(duì)IT效能和運(yùn)維能力等要素的評(píng)價(jià)等。僅憑PUE指標(biāo)已經(jīng)無法全面真實(shí)地評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能情況。
《Uptime全球數(shù)據(jù)中心報(bào)告2021》指出，除了用電效率（PUE），用水效率（WUE）、資源效率（GUE）、環(huán)保效率（CUE）等指標(biāo)也至關(guān)重要，將成為“碳中和”目標(biāo)牽引下衡量數(shù)據(jù)中心能耗綜合管理能力及綠色程度的嶄新評(píng)價(jià)體系。
直擊碳排放本質(zhì)的CUE指標(biāo)受到了高度關(guān)注，它主要測(cè)量的是數(shù)據(jù)中心每天的碳使用量，理想狀態(tài)的CUE值為0.0，意味著數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)中沒有產(chǎn)生任何碳排放。維諦技術(shù)（Vertiv）大中華區(qū)數(shù)據(jù)中心解決方案部高級(jí)總監(jiān)吳健分析說：“雙碳背景下，國(guó)家有關(guān)數(shù)據(jù)中心的各項(xiàng)政策從關(guān)注PUE節(jié)能逐步轉(zhuǎn)向CUE，CUE是雙碳背景下數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)可量化碳排放指標(biāo)，作為綜合性指標(biāo)不僅要減少數(shù)據(jù)中心的碳排放，還要減少數(shù)據(jù)中心的PUE和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)等其他發(fā)電碳排放，增加可再生能源發(fā)電，比如光伏、風(fēng)電等。”
IUE指標(biāo)計(jì)算的是任何資源要素消耗量與設(shè)計(jì)容量之比，影響因素包括電量供應(yīng)、電量分配、制冷量和機(jī)架U位數(shù)量等，越接近100%意味著基礎(chǔ)設(shè)施使用率越高。專家指出，相比PUE只提供了一個(gè)比值或者說一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)，IUE要復(fù)雜很多。它提供了一套方法論，指導(dǎo)數(shù)據(jù)中心用戶提高數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施使用率，從而建設(shè)高效數(shù)據(jù)中心，最終降低TCO（總體擁有成本）。
參考新華三在數(shù)據(jù)中心減少消耗和排放方面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，新華三集團(tuán)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)總監(jiān)曹東升表示，可以從IT基礎(chǔ)設(shè)施、基礎(chǔ)架構(gòu)以及運(yùn)維管理等三個(gè)方面進(jìn)行總體規(guī)劃。基礎(chǔ)設(shè)施方面，應(yīng)從低能耗規(guī)劃設(shè)計(jì)到綜合選址、低能耗機(jī)柜再到模塊化和運(yùn)維管理等方面平衡降低能耗與成本的關(guān)系；基礎(chǔ)架構(gòu)方面，應(yīng)從應(yīng)用程序優(yōu)化、架構(gòu)優(yōu)化和產(chǎn)品選擇等方面進(jìn)行全局優(yōu)化，以平衡降低消耗與效率、可用性和成本之間的關(guān)系；運(yùn)維管理方面，應(yīng)通過精細(xì)的監(jiān)控平臺(tái)、合理的資源利用評(píng)估、對(duì)資源利用率進(jìn)行定期檢測(cè)、調(diào)整資源配置、關(guān)閉不必要的設(shè)備等方式，平衡降低能耗和提高效率的關(guān)系。
ICT多維度創(chuàng)新使能數(shù)據(jù)中心綠色發(fā)展
數(shù)據(jù)中心本身就是ICT的產(chǎn)物，同時(shí)它也是支撐ICT及應(yīng)用的重要載體和信息交換處理樞紐，二者緊密結(jié)合、相輔相成。一方面，數(shù)據(jù)中心為ICT的落地與生長(zhǎng)提供了豐沃的土壤；另一方面，ICT的多維度創(chuàng)新與融合，也為數(shù)據(jù)中心提升運(yùn)營(yíng)效率、實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展注入了核心驅(qū)動(dòng)力。
“數(shù)字化和低碳化相互驅(qū)動(dòng)、相互促進(jìn)，是推動(dòng)綠色發(fā)展的雙引擎。無論是數(shù)字化還是低碳化，ICT都將是關(guān)鍵的一環(huán)。”《綠色發(fā)展2030》報(bào)告指出，在數(shù)據(jù)中心維度，要通過L1到L3多維創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)能效，打造綠色數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心物理基礎(chǔ)設(shè)施（L1）能耗占比約為55%（其中空調(diào)約占40%、電源約占10%、照明約占5%），IT硬件（L2）和軟件（L3）能耗占比約為45%，需要對(duì)數(shù)據(jù)中心物理基礎(chǔ)設(shè)施、IT硬件和軟件的能效進(jìn)行提升。
快速迭代的ICT在數(shù)據(jù)中心的轉(zhuǎn)型升級(jí)中扮演重要角色。比如，3D存儲(chǔ)技術(shù)性能的綜合表現(xiàn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)架構(gòu)，可提升能效5倍；2.5D Chiplet芯片封裝集成技術(shù)持續(xù)提升芯片算力，可提升能效2倍；3D芯片技術(shù)在芯片性能的綜合表現(xiàn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)架構(gòu)，能效可得到數(shù)十倍提升；以數(shù)據(jù)為中心的先進(jìn)計(jì)算架構(gòu)，可顯著提高數(shù)據(jù)交換效率。
在云貴安數(shù)據(jù)中心，通過全液冷、人工智能、預(yù)制模塊等創(chuàng)新技術(shù)，該數(shù)據(jù)中心成功實(shí)現(xiàn)了能源使用效率提升5%~8%，能效比PUE達(dá)到1.12。在100萬臺(tái)服務(wù)器滿負(fù)荷運(yùn)行的情況下，每年可減少碳排放81萬噸。
將不晚于2030年實(shí)現(xiàn)自身運(yùn)營(yíng)及供應(yīng)鏈的全面碳中和，同時(shí)不晚于2030年實(shí)現(xiàn)100%綠色電力。目前來看，正在從三大方向推進(jìn)數(shù)據(jù)中心綠色化：第一，持續(xù)提升可再生能源利用比例，部署數(shù)據(jù)中心屋頂光伏，探索新能源微網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)儲(chǔ)能電站，搭載智慧能源管理系統(tǒng)；第二，大力推進(jìn)可再生能源采購(gòu)，參與綠電市場(chǎng)化交易，2022年度已簽訂5億千瓦時(shí)綠色電力采購(gòu)合同；第三，探索集中式電站開發(fā)，促進(jìn)可再生能源上網(wǎng)，提升負(fù)載柔性并匹配可再生能源利用技術(shù)。
值得一提的是，針對(duì)低碳技術(shù)，第四代數(shù)據(jù)中心技術(shù)T-Block實(shí)現(xiàn)PUE不高于1.3，極限PUE降至1.06。以擁有30萬臺(tái)服務(wù)器的園區(qū)為例，一年可節(jié)電約2.5億千瓦時(shí)。
在以ICT創(chuàng)新使能數(shù)據(jù)中心減碳方面，阿里巴巴同樣取得了一系列成果。2020年9月，阿里仁和數(shù)據(jù)中心落地杭州，成為國(guó)內(nèi)首座綠色5A級(jí)液冷數(shù)據(jù)中心，同時(shí)也成為了全球規(guī)模最大的全浸沒式液冷數(shù)據(jù)中心。相比傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，其PUE最低可以達(dá)到1.09，每年可省電7000萬千瓦時(shí)，足夠西湖周邊所有路燈連續(xù)點(diǎn)亮8年；而數(shù)據(jù)中心則成為行業(yè)首個(gè)碳普惠試點(diǎn)項(xiàng)目，獲評(píng)“2020年國(guó)家綠色數(shù)據(jù)中心”。
據(jù)悉，應(yīng)用液冷技術(shù)的數(shù)據(jù)中心PUE值能控制在1.1及以下，杭州數(shù)據(jù)中心PUE更是低至1.09。“液冷為數(shù)據(jù)中心帶來極致的PUE。由于去掉了空調(diào)、服務(wù)器風(fēng)扇等高能耗設(shè)備，從整體冷卻架構(gòu)上講，它成為了一個(gè)最簡(jiǎn)單、最簡(jiǎn)潔、最極致的解決方案?！?/p>
數(shù)據(jù)中心變“綠”還需“軟硬皆施”
針對(duì)數(shù)據(jù)中心，數(shù)字化與低碳化的融合必須“軟硬皆施”。中企通信數(shù)據(jù)科學(xué)與創(chuàng)新總監(jiān)詹東東指出：“對(duì)于數(shù)據(jù)中心來講，它除了在建設(shè)方面要符合技術(shù)的硬指標(biāo)，在運(yùn)營(yíng)和管理的時(shí)候，也要更多地運(yùn)用自身的軟能力，用軟件、智能化的方式去提升它的算效以及資源使用的效率。”
舉個(gè)例子，在“硬手段”上，中企通信作為數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)方，在供應(yīng)商選擇時(shí)就對(duì)數(shù)據(jù)中心的電能使用效率、供配電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等各個(gè)方面的硬性指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)苛的篩選，確保符合綠色低碳的要求。而在“軟能力”方面，中企通信一方面針對(duì)數(shù)據(jù)中心供給方的能耗管理，結(jié)合人工智能技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)中心各項(xiàng)動(dòng)力環(huán)境設(shè)備的能耗進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)控以及精準(zhǔn)的控制；另一方面針對(duì)企業(yè)用戶的算效提升，采用的方法包括提高云化的效率以及實(shí)現(xiàn)更科學(xué)的資源利用和管理。
同樣，一邊通過提供高性能計(jì)算相關(guān)硬件產(chǎn)品，如服務(wù)器、計(jì)算機(jī)等，幫助數(shù)據(jù)中心用戶處理海量數(shù)據(jù)及復(fù)雜計(jì)算；另一方面也在加大低碳技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，助力數(shù)據(jù)中心提升“軟實(shí)力”，其自主研發(fā)的“溫水水冷”技術(shù)入選了《國(guó)家綠色數(shù)據(jù)中心先進(jìn)適用技術(shù)產(chǎn)品名錄》和《構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)空間命運(yùn)共同體實(shí)踐案例集》。
未來的綠色數(shù)據(jù)中心究竟長(zhǎng)什么樣？華為提出，下一代數(shù)據(jù)中心應(yīng)具備四大特征：“低碳共生、融合極簡(jiǎn)、自動(dòng)駕駛、安全可靠?！睌?shù)據(jù)中心能源軍團(tuán)CEO楊友桂介紹稱，“低碳共生”旨在通過促進(jìn)數(shù)據(jù)中心資源源頭綠色化、利用高效化以及全生命周期可回收，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，未來數(shù)據(jù)中心將從唯PUE論走向包含PUE、CUE、GUE、WUE等多維評(píng)價(jià)體系；“融合極簡(jiǎn)”是應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)中心規(guī)模壯大及復(fù)雜度提升，以“架構(gòu)極簡(jiǎn)、供電極簡(jiǎn)、溫控極簡(jiǎn)”闡釋數(shù)據(jù)中心自身形態(tài)的演進(jìn)形式；“自動(dòng)駕駛”則是應(yīng)對(duì)海量數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維和運(yùn)營(yíng)挑戰(zhàn)，以“運(yùn)維自動(dòng)、能效自優(yōu)、運(yùn)營(yíng)自治”重構(gòu)數(shù)據(jù)中心的管理模式；“安全可靠”是前三者達(dá)成預(yù)期的基石，以“主動(dòng)安全、架構(gòu)安全”保障數(shù)據(jù)中心的高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展。
（來源：中國(guó)電子報(bào)）