各地競相布局綠色數(shù)據(jù)中心 “東數(shù)西算”熱背后的“冷”思考

近日，工信部、國家發(fā)改委等六部門公布了44家2021年度國家綠色數(shù)據(jù)中心。其中，通信領(lǐng)域、互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域分別有14家和19家，占比分別為31.8%和43.2%;公共機構(gòu)、能源、金融領(lǐng)域的數(shù)據(jù)中心數(shù)量分別為5家、1家和5家。在通信領(lǐng)域入圍的14家單位中，東部地區(qū)占據(jù)5席，其中江蘇獨占3席，分別為中國電信南京吉山云計算中心二號樓、中國移動長三角(南京)數(shù)據(jù)中心和中國電信蘇州太湖國際信息中心。

國家評選綠色數(shù)據(jù)中心，其背后是節(jié)能和能效提升等方面的考量。數(shù)據(jù)中心作為“不冒煙的鋼廠”，其能耗和環(huán)保等方面的問題隨之進入大眾視野。

各地競相布局

記者梳理發(fā)現(xiàn)，早在2015年，發(fā)展大數(shù)據(jù)就已上升為國家戰(zhàn)略。海量數(shù)據(jù)應(yīng)用在零售、出行、金融、科技、醫(yī)療等領(lǐng)域，滲透到我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妗Ｃ刻斓纳a(chǎn)生活中產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)不計其數(shù)，急需一個能夠集中存儲、分析、應(yīng)用這些海量數(shù)據(jù)的地方，因此大數(shù)據(jù)中心應(yīng)運而生。2015年以來，國家啟動超大云數(shù)據(jù)中心項目，在北京、貴州和內(nèi)蒙古烏蘭察布建立了大數(shù)據(jù)中心，對數(shù)據(jù)進行存儲，同時以北京、上海、廣州為核心，建立了沈陽、南京、武漢等多城市的傳輸節(jié)點。

大數(shù)據(jù)中心除了具備數(shù)據(jù)存儲的功能外，還有進行數(shù)據(jù)云計算的功能，為海量數(shù)據(jù)的分析和處理提供了強大算力。南京郵電大學數(shù)字經(jīng)濟研究所所長、江蘇省信息化專家委員會副秘書長姚國章教授表示，如同馬力之于農(nóng)業(yè)時代、電力之于工業(yè)時代，算力已經(jīng)成為數(shù)字經(jīng)濟時代的核心“底座”之一，推動著大數(shù)據(jù)中心從“瓦特”向“比特”的轉(zhuǎn)化。這不僅為各行業(yè)“上云用數(shù)賦智”提供了基礎(chǔ)性支撐，也為數(shù)據(jù)這一新生產(chǎn)要素的自由流動創(chuàng)造了可能。一項研究報告的量化數(shù)據(jù)顯示，計算力指數(shù)平均每提高1個百分點，數(shù)字經(jīng)濟和GDP將分別增長3.3‰和1.8‰。因此，大數(shù)據(jù)中心近年來成了“香餑餑”，不少地方競相投資建設(shè)。

2021年12月，國務(wù)院印發(fā)《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟規(guī)劃》，其中明確提出數(shù)據(jù)資源是目前數(shù)字經(jīng)濟深化發(fā)展的核心引擎，對于數(shù)字經(jīng)濟的統(tǒng)籌規(guī)劃和對數(shù)據(jù)要素的高效利用是我國“十四五”期間重要的發(fā)展方向之一。

今年2月17日，“東數(shù)西算”工程正式全面啟動，8大國家算力樞紐節(jié)點和10個國家數(shù)據(jù)中心集群完成布局，這是我國繼南水北調(diào)、西電東送、西氣東輸后的第四大跨區(qū)域資源調(diào)配的超級工程。根據(jù)實施方案，將依托京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝城市群，以及貴州、內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏等全國算力網(wǎng)絡(luò)樞紐節(jié)點，統(tǒng)籌規(guī)劃大數(shù)據(jù)中心的建設(shè)布局，引導(dǎo)大數(shù)據(jù)中心適度集聚并形成數(shù)據(jù)中心集群，且在集群之間建立高速數(shù)據(jù)中心直聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，最終形成以數(shù)據(jù)流為導(dǎo)向的新型算力網(wǎng)絡(luò)格局。

“東數(shù)”為何“西算”

大數(shù)據(jù)中心“一哄而上”、“東數(shù)西算”熱背后的能耗和環(huán)保等問題，也隨之浮出水面。大數(shù)據(jù)中心自身綠色發(fā)展的問題，越來越引起國家有關(guān)部門和地方政府的重視。

大數(shù)據(jù)中心大量的IT設(shè)備、供電設(shè)備及制冷設(shè)備，需要消耗龐大的電能。因此，大數(shù)據(jù)中心又被稱為“不冒煙的鋼廠”。中國信息通信研究院數(shù)據(jù)顯示，2020年全國數(shù)據(jù)中心耗電量約760億千瓦時，占全社會總耗電量(75110億千瓦時)的1%。折算為二氧化碳排放量，2020年全國數(shù)據(jù)中心二氧化碳排放量近4000萬噸。最新的統(tǒng)計顯示，當前我國各類數(shù)據(jù)中心年用電量已占全社會用電的2%左右，耗電量增速連續(xù)多年保持在10%以上。我國很多大數(shù)據(jù)中心的電能利用效率(PUE)大于2.2，遠高于國際先進水平。

實際上“東數(shù)西算”工程背后，也是國家節(jié)能和能效提升等方面的考量。江蘇紅網(wǎng)技術(shù)股份有限公司總經(jīng)理陳軍介紹，“東數(shù)西算”通俗地講就是把東部的數(shù)據(jù)送到西部進行存儲和計算。我國東部地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達、人口密度大，對數(shù)據(jù)要素的產(chǎn)生、存儲和處理需求高，但建設(shè)數(shù)據(jù)中心需要大規(guī)模的土地，同時會產(chǎn)生大量的能源消耗以及碳排放等問題。我國西部的一些地區(qū)風能、太陽能等綠色能源豐富，許多地區(qū)氣候涼爽，也有利于數(shù)據(jù)中心進行機器散熱、減少耗電、節(jié)省成本。在西部地區(qū)發(fā)展數(shù)據(jù)中心，承接?xùn)|部算力需求，不僅能夠解決東部地區(qū)能耗指標緊張、電力成本高、大規(guī)模數(shù)據(jù)中心開發(fā)空間受限等問題，還能把西部地區(qū)豐富的可再生能源、可利用荒地進行充分利用，同時提升區(qū)域綠色能源利用比例，就近消納西部綠色能源。

姚國章教授認為，“東數(shù)西算”項目優(yōu)化資源利用率的同時，也給西部地區(qū)在數(shù)字經(jīng)濟浪潮下帶來新的發(fā)展機會。以實施“東數(shù)西算”工程為抓手，通過數(shù)據(jù)流引領(lǐng)帶動資金流、人才流、技術(shù)流等跨區(qū)域流通，有助于打通我國東西部數(shù)字經(jīng)濟的大動脈，是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)聚集、區(qū)域均衡發(fā)展的重要路徑。

在“東數(shù)西算”的大背景下，綠色低碳的數(shù)據(jù)中心建設(shè)也提上日程。數(shù)據(jù)中心綠色高質(zhì)量發(fā)展，不僅有利于企業(yè)降低能源消耗造成的運行成本，更是促進我國碳中和目標的實現(xiàn)和綠色能源戰(zhàn)略實施的必經(jīng)之路。南京大學計算機系黃宜華教授介紹，目前我國各大數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器耗電量依然巨大，經(jīng)常出現(xiàn)一個機房成千上萬臺服務(wù)器滿負荷運作的情況，服務(wù)器的高負荷運作在消耗巨大的電量。要如期完成碳達峰、碳中和的目標，各級政府和市場各方對一體化推動大數(shù)據(jù)中心協(xié)調(diào)發(fā)展的呼聲漸高。一方面，亟須改進大數(shù)據(jù)中心的建設(shè)布局、發(fā)展模式，推動大數(shù)據(jù)中心向綠色高效、集約化發(fā)展轉(zhuǎn)型;另一方面，要加快推動數(shù)據(jù)中心、云、網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)同聯(lián)動，避免形成數(shù)據(jù)中心“孤島效應(yīng)”，提高資源的整體利用率。

江蘇的“綠色”樣板

“目前我們主要采用的是風冷直膨系統(tǒng)和水冷冷凍水系統(tǒng)兩種機械制冷方式。”江蘇省大數(shù)據(jù)中心總工許俊告訴記者，風冷是最傳統(tǒng)的冷卻方法，主要適用于規(guī)模較小的數(shù)據(jù)中心。另一種冷卻方法是水冷。水冷主機通過壓縮機將制冷劑壓縮成液態(tài)后送到蒸發(fā)器蒸發(fā)，通過冷凍水泵將常溫水送入蒸發(fā)器盤管中與冷媒進行熱交換，從而達到降低機房溫度的目的。“水冷避免了風冷在夏季冷卻效果不佳以及能耗比大的缺點,有利于系統(tǒng)運行安全,適合數(shù)據(jù)中心熱負荷大這種場景，但運維成本相應(yīng)也較高。”許俊說。

作為此次江蘇當選國家綠色數(shù)據(jù)中心的三家單位之一，中國電信南京吉山云計算中心二號樓設(shè)計機柜超1700架，年總用電量約15000萬千瓦時，電能利用效率(PUE)2021年為1.3，遠低于東部地區(qū)平均能耗水平。在東部地區(qū)數(shù)據(jù)中心整體能耗高的大背景下，吉山云計算中心是如何走上綠色發(fā)展之路的呢?該中心負責人介紹，首先，為了實現(xiàn)節(jié)能目標，中心秉持“綠色設(shè)計先行”的理念，采用水冷式中高水溫中央空調(diào)制冷系統(tǒng)。80%的機房采用水冷列間空調(diào)，冷凍水直接進入機房換熱，減少中間損耗。20%的機房安裝熱管背板空調(diào)，在保證核心機房不進水的前提下，減少壓縮機損耗。同時，盡可能采用自然冷源。設(shè)置板式換熱器，冬季采用自然冷源，根據(jù)室外溫度靈活調(diào)整冷凍水系統(tǒng)的供回水溫度，增加自然冷源的利用時長，減少冷機啟動時長，有效降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。其次，中心完善能源管理系統(tǒng)，提供可實時顯示各系統(tǒng)及主要設(shè)備能源使用情況的節(jié)能分析手段，通過能耗分析發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心存在的節(jié)能盲點，有針對性地提升數(shù)據(jù)中心節(jié)能水平。

此外，中心還建立健全了能源管理制度，使用節(jié)水型用水器，開展第三方節(jié)能診斷與評測，進行綜合節(jié)能技術(shù)改造等。經(jīng)過一系列措施技術(shù)和管理創(chuàng)新，二號樓電能利用效率(PUE)由2019年的1.41優(yōu)化為2021年的1.3。中國電信南京吉山云計算中心負責人表示，未來吉山云計算中心還將繼續(xù)積極響應(yīng)國家建設(shè)低碳數(shù)據(jù)中心要求，在園區(qū)使用光伏、儲能等綠色節(jié)能技術(shù)，并力爭在2025年以前將PUE降至1.25，有力支撐“東數(shù)西算”長三角國家樞紐節(jié)點建設(shè)。（黃建國 周凱航）