算力是支撑数字经济发展的关键基础,是智能时代全球性的紧缺战略资源。今年的政府工作报告提出,适度超前建设数字基础设施,加快形成全国一体化算力体系,培育算力产业生态。这是政府工作报告第一次提及“一体化算力体系”。
数据中心为何成“香饽饽”
打开打车软件,输入起始位置和目的地,张女士不到5秒钟就打到一辆网约车。
如此便捷的打车软件已经成为张女士生活中不可缺少的工具。张女士不知道的是,就在她输入打车信息后,这些数据10毫秒内就会通过互联网传送到数据中心进行计算,计算完成后会将最优的路径、最合理的司机等信息反馈到她的手机上。与此同时,打车软件会通知最近的司机到什么位置去接她。
信息社会,数据无处不在。我们每天打开手机,都会产生数据。公共服务、经济运行、科学研究等各个领域,每时每刻都在产生数据,海量的数据要由算力来支撑。
所谓算力,就是指每秒钟能够处理的信息数据量。业内专家指出,数字经济的活跃让计算无处不在,算力就像农耕文明时代的水力、工业文明时代的电力一样,是数字经济时代的关键生产力,是推动数字经济发展的核心力量。《中国互联网发展报告(2024)》显示,我国算力基础设施建设达到世界领先水平。
随着城市数字化转型节奏加快,“算”与“存”的需求不断提升。
2021年5月,国家发展改革委等部门印发《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》,明确在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、贵州、内蒙古、甘肃、宁夏等地区布局建设全国一体化算力网络国家枢纽节点,并规划了10个国家数据中心集群,正式启动“东数西算”工程。
据不完全统计,目前全国正在建设或提出建设智算中心的城市已经超过30个,建设总数超过100个,投资规模超百亿元。其中,建设主体包括政府机构、三大电信运营商以及部分互联网企业。建设模式包括新建智算中心和已有数据中心改造升级,以及独立投资建设、第三方出资建设和基于特殊项目公司的建设运营等模式。
从经济意义上来看,算力是挖掘看不见金矿的铲子,从人民福祉和国家利益的角度来看,小到耳机、手机、笔记本电脑,大到汽车、超级计算机、航天火箭,算力都在其中发挥着基础核心作用。
今年上半年全国数据中心建设量大面广
数据中心长什么样,是如何工作的?走进联通云呼和浩特数据中心园区内,一台台黑色机柜列队排开,机柜里一盏盏服务器指示灯交替闪烁,支撑着一个个数字化应用高效运转。
联通云呼和浩特数据中心 DC1 楼
“数据中心的一大作用,就是对数据进行计算。这个过程需要大量服务器日夜不停地运转才能完成。”联通数科云计算事业部云管平台部总经理温源说。作为算力的主要承载,数据中心就是一个容纳核心计算和基础设施的机房,可用于存储和计算数据。
联通数科云计算事业部云管平台部总经理温源
工业和信息化部统计数据显示,2024—2025年,我国算力规模规划增长将超100EFLOPS,在不断增长的需求的推动之下,数据中心的运营商将继续扩大他们的业务范围。在“东数西算”的规划下,京津冀、长三角、珠三角等地都需要大量算力,而数据中心对于能耗、距离、成本都有苛刻要求。
温源表示,联通云的数据中心,从全国的布局来看,可以分为两类:“第一类是超大型国家级数据中心,这些数据中心的布局主要考虑几个因素,分别是算力热点地区,比如京津冀、长三角、粤港澳;其次是“东数西算”的八个大地区;最后是联通集团基于自己的智算业务布局需求选定的几个城市。第二类是遍布全国的普通数据中心,主要是为了落地联通云全国“一市一池”的算力布局,目前国内已经有超过270个主要城市完成算力布局,方便用户‘一跳入云’。”
在河南省郑州市航空港区南部,郑州人工智能计算中心的建设正如火如荼进行。这座建筑面积约4.6万平方米,总投资16.357亿元的中部最大智算中心,项目一期将于今年9月底建成投用,届时中心将拥有2000P算力,到2026年项目全部建成后,将达到3万P算力。
算力是指计算机系统在单位时间内能够完成的计算任务量,通常以P为单位来衡量。1P约等于每秒1000万亿次的计算。
根据规划,达到3万P算力规模,需要2600个高功率机架、16个模块化机房及配套的散热、供电设备来支撑。因此,郑州人工智能计算中心在方案设计中,不仅追求算力的提高,更考虑到能源效率和成本效率的提高。
航空港数字公司项目负责人介绍说,该项目采用热管背板、冷板式液冷、磁悬浮相变空调等多种先进节能技术,并配建储能设施,通过用电“削峰填谷”(即在用电低峰期把电量存储起来,供用电高峰期使用),可令PUE(数据中心能耗比)大幅降低至1.196,满足国标规范的一级能效等级,建成后将成为河南省首个达到国标一级能效的大型数据中心。
“未来,智算中心也将朝着减少能源的依赖、降低温室气体排放的方向持续发展,其展示出的高效能、低能耗发展路径,将为行业发展提供样板,推动整个产业朝着更加绿色、环保的方向发展。”航空港数字公司负责人说道。
在甘肃省庆阳市,1.7万亩的“东数西算”产业园区已具雏形,庆阳枢纽节点已建成投运标准机架1.5万个,算力规模从去年底的5000P增长到1.2万P,年底可达到5万P。
2022年,广东就提出要引导全省大型、超大型(3000标准机架以上)数据中心集聚到韶关市。为承接好“千亿”算力产业的庞大流量,近两年,韶关在市区规划了三个片区、总面积约6277亩的数据算力集群产业园。韶关正争取在今年年底智能算力达到1万P,并同步布局“算力网”建设。
在天津市,武清区已引入大型和超大型数据中心14个,总体规划机架15万个。今年年底预计可支撑智能算力突破万P。
在山东省,青岛市将通过统筹调度算力资源,加快形成全市算力“一张网”,构建集通算、智算和超算为一体的算力支撑体系。青岛市预计在今年实现智能算力规模达到3300P,2025年达到1万P,2026年达到1.2万P。
在内蒙古自治区,预计到今年年底,和林格尔数据中心集群服务器装机能力将超过400万台,算力总规模将达到6.5万P。
在安徽省,芜湖市各大数据中心的智算算力达到1.6万P,相当于800万台家用电脑同时满负荷干活。
这些地方能够异军突起,因为都在西电东送的节点上,发电成本较低,距离较近,占了天时地利。
厂商纷纷抢占战略“要塞”
各地争相抢占新基建高地,各大企业在数据中心这个“要塞”前更是短兵相接。为满足客户不断增长的业务需求,2024年,云计算巨头微软和亚马逊分别拥有300个和215个数据中心。国内厂商也竞相布局,华为已在京津冀、长三角、粤港澳、贵安和乌兰察布等地布局五大数据中心,其中,贵安华为云数据中心是华为云全球最大的数据中心,总用地面积1521亩,建设规模超过100万台服务器,服务范围能够辐射到重庆、广西、云南、四川等周边省份。
腾讯云的数据中心主要布局在贵州、京津冀、成渝枢纽等地。腾讯云在贵州贵安新区投资建设了贵安七星洞库式数据中心,洞内建筑面积约3万平方米,可容纳5万台服务器,是国内防护等级最高的数据中心。
中国电信在2020年就明确了2+4+31+X的数据中心/云布局,其中,2指的是内蒙古和贵州,4指的是京津冀、长三角、粤港澳和陕川渝,31和X为包括甘肃、宁夏两个枢纽在内的为31个省份及若干个重点城市的布局。位于天心数谷数字园区的中南智能算力中心,总投资达120亿元,规划3.3万个机架、45万台服务器,提供5000PFLOPS的算力,全部建成投产后,预计带动规模近500亿元的相关产业发展。
中南智能算力中心
阿里云在京津冀、长三角、内蒙古等枢纽节点也均有布局。截至目前,阿里云在全球25个地区部署了上百个云数据中心,其中规划建设的5座超级数据中心,分别位于张北、河源、杭州、南通和乌兰察布。
近年来,大型互联网公司持续加码投资,科技公司的竞争与博弈已离不开数据中心的支撑,在大数据、云计算等方面的积累越多,掌握的主动权就越大。
创新注入动能 液冷逐步替代风冷
从数据中心诞生的那天起,高耗能似乎就成为数据中心的“原罪”。随着数据中心的高速发展,能耗快速增长成为数据中心产业发展面临的紧迫问题。早在2019年,工业和信息化部、国家机关事务管理局等部门联合发布了《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》,引导大型和超大型数据中心设计PUE不高于1.4;2020年12月,工业和信息化部、国家发展和改革委员会等部门又在《关于加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见》中,进一步将PUE目标降到了1.3以下。
工业和信息化部高度重视数据中心绿色低碳发展,以碳达峰、碳中和目标为引领,提前谋划、统筹部署,加强顶层设计,发布实施《“十四五”工业绿色发展规划》《工业领域碳达峰实施方案》,提出持续开展国家绿色数据中心建设,加快推广应用节能技术装备,推动数据中心等重点领域能效提升。
业内通常使用“PUE”这个概念来定义数据中心的能源使用效率。PUE是数据中心总能耗与IT设备能耗的比值,数值越接近1代表其用能效率越高。为保证建设及改造的政策合规性,数据中心需要从多个方面进行节能减碳。从数据中心行业能耗构成来看,一般数据中心的能耗分布是这样的:60%来自设备,30%来自制冷系统,8%来自配电系统,2%来自照明和其他设施,其中,制冷系统耗能巨大,仅次于IT设备,提升制冷效率成为降低PUE、实现节能减碳的重要手段。
在数据中心高密度、大规模的发展趋势之下,传统风冷型制冷技术已经无法满足所需的散热能力,液冷技术应运而生。
液冷技术是一种通过液体循环散热的方法,用液体带走热量,不需要像风冷一样间接通过空气循环降温。液冷服务器的散热系统为封闭循环模组,与外面温度相对隔绝,不受环境影响。
中国移动长三角(扬州)数据中心积极尝试巴拿马电源应用,采用非晶合金变压器,以及节能的不间断电源产品,提高整体能源利用效率,综合施策之下,PUE降到了1.2以下,达到国内外先进水平。
中国移动长三角(扬州)数据中心
“我们在暖通系统采用传统的方案中增加了板式换热器,通过板式换热器,在冬季和春季可以利用冷却水直接给冷冻水降温,这种模式下不需要开启冷机,充分利用自然冷源,达到节能减排的效果。”中国移动长三角(扬州)算力中心工程师付忠兴表示。
在此基础上,中国移动长三角(扬州)算力中心积极探索从风冷系统转向液冷系统,把水通到服务器里进行降温,通过设备更新迭代,确保PUE等指标达到先进水平。
阿里云首创基础设施和IT设备融合一体化浸没液冷数据中心,将所有IT设备浸入冷却液中,PUE达到极低的1.07。一些地区加快引入可再生能源,助力数据中心绿色转型。宁夏目前新能源装机突破3000万千瓦,新能源装机占比突破50%。凭借绿电优势,预计到2025年,宁夏中卫绿色数据中心集群PUE平均值不高于1.2,可再生能源利用率达到65%。
面对智算业务的井喷,联通云数据中心也进行了升级改造,一是通过组合降低PUE值,主要使用水冷空调+高温冷冻水、无水冷却技术、光伏储能、一体化电源、余热回收、液冷技术等。二是在单机柜功率提升上,提高单机柜功率和增加机柜陈列密度,以最大程度利用建筑面积。
未来,技术和能源利用模式革新仍是数据中心绿色转型的主要路径。温源表示,在关注数据中心PUE的同时,还须提高芯片研发技术与生产工艺,同时要将数据中心余热“变废为宝”,通过完善余热利用技术、增加余热利用新场景等方式,不断提升余热的利用效益。
作者:王洁
编辑:高珊珊
监制:刘晶
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