東數西算國家工程除了要解決如何均衡東西部的算力問題,更要解決能源的利用率問題。智能化、數字化大潮與低碳化要求相遇,必然會讓具有強烈增長意愿的數據中心拒絕野蠻生長,走綜合考慮數據中心的使用效率和用能效率的綠色之路。

 算力的增長有多強勁?據華為預測,未來5年全球算力的復合增長率將超過50%,2026年的算力會比今天增長10倍以上。如果把算力進一步分為基礎算力和智能算力兩類,2020年基礎算力是313EFlops,2026年會增長到930EFlops;智能算力增長得更快,將從116EFlops增長到4600EFlops。這種數據的增長會推動社會對數據中心的需求大增。

 集約化的數據中心效率更高,因此數據中心也從千柜的大型數據中心向萬柜的超大型數據中心發展。

 數據中心減排的壓力有多大?清華大學能源互聯網研究院常務副院長高文勝說,我國IDC發展速度很快,平均每年新增40%的規模,其中新建的數據中心占新增規模的70%。相應的能源消耗也在攀升,能源支出占數據中心運營支出的95%。數據中心的用電量占全社會的用電量快速增長,2020年為2.75%,預計到2025年將達到4.05%。數據中心的未來發展將嚴重受限于其功耗預算和碳排放配額。

 因此,面向未來的數據中心應該如何建,就成為當前迫切需要解決的問題。

 下一代數據中心理念出現

 日前,華為技術有限公司高級副總裁、華為數據中心能源軍團CEO楊友桂提出華為的下一代數據中心的理念。他表示,自今年華為松湖論道研討會以來,華為多次與全球行業領袖、技術專家就未來數據中心的演進路徑進行了深入討論和交流,達成重要共識,總結提煉出下一代數據中心的四大特征——低碳共生、融合極簡、自動駕駛、安全可靠。

 楊友桂認為,下一代數據中心的低碳共生體現在“全綠色、全高效、全回收”中。通過促進數據中心資源源頭綠色化、利用高效化以及全生命周期可回收,實現可持續發展。同時未來數據中心將從唯PUE論走向包含PUE、CUE、GUE、WUE在內的多維評價體系。

 “低碳要綜合考慮風、電、水、土要素,例如內蒙古烏蘭察布盟(東數西算的四個西部樞紐之一),有風電、綠電、水電,地方領導提出數據中心的用能一是能不能不用化石能源,二是能不能少用水資源。”楊友桂說,“烏蘭察布全年平均溫度4.8℃,在這種情況下,溫度控制能不能用‘風進水退’的方式,合理地把資源利用起來?所以數據中心在未來低碳共生方面是需要綜合考慮的。”

 余熱回收也會成為下一代數據中心非常重要的特征。歐洲數據中心碳中和協定提出2030年碳中和的五大關鍵舉措之一,就是余熱回收。歐洲可持續發展基礎設施聯盟也提出,在未來幾年熱回收要超過60%。余熱回收之后,可以有多種用途,例如用作數據中心辦公區的熱能,用于商業養殖,或并入市政的熱網工程。

 下一代數據中心的架構也要簡單,楊友桂用“架構極簡、供電極簡、溫控極簡”來形容。通過架構極簡,1000柜的數據中心建設周期從18個月以上可以減少至6~9個月;通過供電極簡、部件重新定義、鏈路重新塑造,交付時間也從2個月縮短至2周;溫控極簡則是最大化利用自然冷源,從多次熱交換變成一次熱交換,縮短制冷鏈路,提升制冷效率。

 “整個架構的極簡,會推動數據中心‘建筑預制化、機房模塊化’的建設進程。”楊友桂說,“以前的建設是現場施工完成鋼筋混凝土,下一代的數據中心的建筑形態是嵌入式的鋼結構的架構,在工廠生產、現場組裝。”

 下一代數據中心的運營和運維管理模式將是自動駕駛的方式——運維自動、能效自優、運營自治。通過運維自動,5分鐘完成2000機柜巡檢;通過能效自優,1分鐘內從140萬個算法組合中推斷出最佳冷卻策略;通過運營自治,最大化挖掘資源價值。“在廊坊的華為園區有一個4000柜的數據中心,剛剛建成時采用風冷、冷凍水的方式,PUE值在1.4左右,過去兩年,我們通過人工智能的方式不停地去調優,現在基本上做到了1.25。”楊友桂說。

 下一代數據中心也將是更安全可靠的。通過AI預測性維護,實現主動安全,從“治病”到“預防病”;通過系統自動化故障響應,實現“1分鐘發現,3分鐘分析,5分鐘業務恢復”,故障快速閉環。通過架構安全,從器件到DC,全方位構筑安全防線,使系統可用性達到99.999%。

 電力環節有提升空間

 在下一代數據中心的理念中,目前最受關注的是如何實現“低碳共生”。華為數據中心能源軍團CTO費珍福表示,低碳共生離不開供電源頭的綠色化,以及數據中心本身的高效。“如果我們能讓數據中心很容易地接入綠電,同時把數據中心負載聯動和數據中心的綠色供電結合起來,能解決很大一部分的綠電使用問題。”

 “在供電源頭的綠色化之外,還要實現數據中心的高效化,我們可以認為是供電的高效、制冷的高效,也包括了用水的高效等一系列差異化指標。”費珍福說。

 費珍福說,在制冷方面,盡可能多地利用自然冷源,減少電的損耗,如前面提到的“風進水退”就是因地制宜的制冷方案,也可以讓PUE大幅降低。“隨著功率密度的逐步提升,近端制冷、液冷也會成為主流的制冷方式,風冷、液冷并存也會成為常態。”

 此外,由于現行的電價政策中峰谷電價差的存在,給儲能技術高速發展提供了空間。儲能技術在數據中心的應用由來已久,逐漸成為低碳經濟不可或缺的前提,同時也逐漸成為推動能源轉型的一個必要條件。

 高文勝表示,近年來被廣泛用到的是鋰電池,一些新的儲能技術也在數據中心得到了廣泛應用。如燃料電池、風能和光能結合的新能源電池、更大容量的液流電池,以及具有短時高功率輸出的超級電容器和飛輪儲能,一系列技術對數據中心的儲能需求提供了更好的支撐。