“东数西算”工程中的数据中心技术创新

2022-04-11 14:07:23
李洁/王少鹏
文章摘要: 在可再生能源的使用上,数据中心可以通过加强电网中的绿电采购提升可再生能源利用率,或通过碳排放权交易的方式间接提升可再生能源的使用比率,同时还能够通过自行构建可再生能源设施的形式为数据中心供电。

在数据中心发展过程中,我国产业布局不均衡、算力供需不匹配的问题逐渐凸显,推动数据中心产业更好发展,进而更好赋能数字经济成为业界研究的重点。

长期以来,我国数据中心在东西部的发展特点迥异,北上广深一线城市及东部热点地区数字经济发展强劲,算力需求较多,数据中心发展市场空间广阔,成为最早的数据中心聚集区。西部地区数字经济发展相对滞后,企业数字化转型进程较慢,数据中心算力需求较少。

根据中国信息通信研究院云计算与大数据研究所(以下简称“中国信通院云大所”)的算力大平台统计信息,东部地区的在用机架数的全国占比为60%左右,但受土地、电力、能耗指标等限制,数据中心供不应求,有的地方甚至“一柜难求”。

西部地区资源丰富,但数据中心市场需求不多,目前在用机架数在全国的占比不到20%,但仍存在供给过剩的情况。

加强算力资源协同

随着双碳目标的深入推进,以及数字经济对算力需求和要求的不断提升,平衡数据中心算力供需结构成为当务之急。

数据中心规模的增长对所在地区能源、资源消耗较大,东部地区能源、资源有限,北上广深等热点地区已经因地制宜地制定了数据中心建设准入要求,如《上海市数据中心建设导则(2021)》《北京市数据中心统筹发展实施方案(2021-2023年)》等,对PUE(电能利用效率)、单机架功率、算力等都提出了更高的要求,期望用有限的资源建设更高水平的数据中心。西部地区依托能源、气候等优势,数据中心建设逐步加快,但是需求的缺乏使得大量算力资源未被较好应用。东西部地区数据中心算力供需结构失衡,不能更好地实现赋能作用,加强算力资源协同成为我国数据中心产业发展过程中亟需解决的问题。

“东数西算”上承全国一体化大数据中心协同布局目标,下启全国一体化算力调度赋能业务,是促进数据资源全域流通、优化算力基础设施供需结构的关键举措。

储能将迎来发展机遇

从能源技术创新来说,“东数西算”工程将提升枢纽节点可再生能源使用率,有助于推动我国可再生能源与储能技术发展。

在双碳目标实施的大背景下,作为信息产业的物理底座,耗能较高的数据中心面临着较大的节能减排压力。而西部地区水电、风电、光伏等可再生能源较为丰富,且发展潜力巨大。例如,甘肃省人民政府办公厅印发的《甘肃省“十四五”能源发展规划》提出了到2025年“可再生能源发电装机占电力总装机超过65%,非化石能源占能源消费总量比重达到30%,可再生能源发电量达到全社会用电量的60%左右”。

“东数西算”工程实施后,数据中心对PUE、WUE(水资源利用效率)、CUE(碳利用效率)等能源使用效率的要求将进一步提升,采用风、光、水、电等可再生能源供电将成为构建低碳、零碳数据中心的重要方式之一,并可充分发挥西部枢纽节点数据中心集群的引领和示范作用。

在可再生能源的使用上,数据中心可以通过加强电网中的绿电采购提升可再生能源利用率,或通过碳排放权交易的方式间接提升可再生能源的使用比率,同时还能够通过自行构建可再生能源设施的形式为数据中心供电。

由于可再生能源供给受自然条件影响较大,直接使用可再生能源供电存在供电不连续的风险,因此,可再生能源供电通常与储能技术结合,通过储能设备将电能存储起来,以提升可再生能源供电的稳定性,为数据中心提供持续稳定的电力。

在“东数西算”的驱动下,预期储能将在数据中心市场规模和技术创新等方面迎来发展机遇。

算网融合、协同发展将成为重点

从运维技术创新来看,运维管理是数据中心建设运行的重要环节,从风火水电到IT软硬件均需要运维,以持续对外提供可靠服务。早期人工运维方式效率较低,运维工作更多依赖于运维人员个人经验和技术水平。随着数据中心承载业务量的快速增长,人工运维效率低的缺陷逐渐暴露,标准化、流程化的数据中心运维方式开始出现,随之而来的,是能进一步提升数据中心运维效率的自动化运维工具。

据开放数据中心委员会ODCC统计,近几年我国数据中心在用机架规模年均复合增长率超过30%,数据中心的持续增多带来更多的运维需求。在“东数西算”工程建设过程中,数据中心面临的运维场景将更加复杂,多数据中心、多终端节点间的数据交互将变得更加频繁。同时,用户算力需求的不确定性也会加剧运维的复杂度。

面对高复杂的运维场景,智能运维的重要性得到进一步凸显。智能运维强调以数据为基础,以算法为支撑,以场景为导向,可实现数据中心缺陷、故障及错误信息的实时分析处理。同时,智能运维还可基于历史故障情况及现有知识经验判断故障及问题原因,并对相关故障及问题进行事前预测并主动规避,这将显著提升数据中心算力服务质量。

自动化、智能化运维成为数据中心运维发展的趋势,也将为推动“东数西算”工程发展提供重要支撑。

从算力技术创新来看,“东数西算”工程实现东西部地区算力供需对接,有助于推动算力技术创新发展。按数据中心算力类型划分,可将数据中心划分为通用数据中心、超算中心、智算中心,不同数据中心可面向特定场景提供针对性的算力服务。按数据中心算力供给量及所处位置划分,可将数据中心划分为云计算数据中心及边缘数据中心。在数字经济发展早期,我国数据中心算力结构主要以提供通用算力的数据中心为主,且主要部署在云端,边缘数据中心应用较少。

随着业务应用场景的多样化发展,不同类型的算力基础设施将加速应用,通用、智算、超算等算力多元化发展的格局将被建立。算力技术将在芯片、服务器等IT基础设施,以及算力编排与调度方面进行技术创新,支撑异构算力协同一体的需求。

从网络技术创新方面来看,当前,数据中心更加注重内部网络技术创新,通过SDN技术实现网络灵活可控,通过无损网络等形式实现对数据的高效处理、传输。

“东数西算”工程实施后,数据中心将更加关注数据中心间网络互联,算网融合、协同发展将成为重点。

未来,数据中心网络技术创新将主要集中于3个方面。一是网络云化趋势将进一步增强,算网一体、高度融合将成为算网设施发展基本形态。二是网络智能化程度不断提升,以期实现对算力资源的智能感知、编排、按需调度。三是网络将变得更加安全。借助于区块链、隐私计算等安全技术,网络更加安全可靠,为算力度量和交易创造了条件。云化、智能、安全的算力网络将为“东数西算”工程算力调度提供切实保障。在网络质量方面,网络优化后时延有望进一步降低,西部数据中心将可以承载更多时延要求相对较高的东部业务应用。

“东数西算”工程的实施对于我国数据中心技术创新及产业发展均具有重要的指导意义。在技术创新方面,“东数西算”工程所带来的产业发展机遇,将推动储能、清洁能源、智能运维等的创新发展。在产业发展方面,“东数西算”工程的实施将在绿色低碳发展、产业生态建设、技术水平提升等方面发挥重要促进作用。

作者简介

李洁,中国信息通信研究院云计算与大数据研究所副所长,开放数据中心委员会ODCC副主席;

王少鹏,中国信息通信研究院云计算与大数据研究所高级业务主管。

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