10月30日的2020共贏未來全球線上峰會(huì)(Better World Summit2020)數(shù)字化轉(zhuǎn)型之下的能源目標(biāo)網(wǎng)專場，Uptime Institute全球大客戶總監(jiān)Lilia Severina作了精彩的《數(shù)據(jù)中心發(fā)展趨勢洞察》報(bào)告，簡要介紹了2020年和2021年全球數(shù)據(jù)中心行業(yè)的十大最新趨勢。Uptime Institute是全球公認(rèn)的數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)組織和權(quán)威的第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)，其上述洞察引起了5G微信公眾平臺(tái)(ID：angmobile)對(duì)國內(nèi)數(shù)據(jù)中心發(fā)展趨勢的深思。
數(shù)據(jù)中心亟需成為技術(shù)創(chuàng)新高地
當(dāng)下，受“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略、數(shù)字經(jīng)濟(jì)、新基建等國家政策指引，以及5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、智能等技術(shù)蓬勃興起下消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)和產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的驅(qū)動(dòng)，數(shù)據(jù)正在成為寶貴的戰(zhàn)略資源和關(guān)鍵生產(chǎn)要素，對(duì)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)方式、運(yùn)行模式、生態(tài)體系產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。各行各業(yè)利用傳感器、5G、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心等采集、傳輸、存儲(chǔ)并分析顯性及非顯性數(shù)據(jù)，通過廣泛攫取數(shù)據(jù)及深度挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供支撐，海量數(shù)據(jù)不斷生產(chǎn)并積累。如下圖所示，賽迪預(yù)計(jì)2030年中國數(shù)據(jù)原生產(chǎn)業(yè)規(guī)模將占整個(gè)經(jīng)濟(jì)總量的15%，數(shù)據(jù)的總體規(guī)模超過4096 ZB，占全球數(shù)據(jù)總量的30%。
數(shù)據(jù)量及計(jì)算量呈指數(shù)級(jí)的爆發(fā)式增長，將帶動(dòng)數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷擴(kuò)張。與TCP/IP時(shí)代機(jī)房/數(shù)據(jù)中心處于“配角”地位不同，提供并管理資源的云數(shù)據(jù)中心逐漸進(jìn)入到了舞臺(tái)中央。一方面，數(shù)據(jù)中心進(jìn)入需求擴(kuò)張期且大型化、園區(qū)化、集群化趨勢明顯，隨著云計(jì)算技術(shù)的大規(guī)模商用，大型云基礎(chǔ)設(shè)施要求在相對(duì)集中的區(qū)域內(nèi)部署多個(gè)大型數(shù)據(jù)中心園區(qū)，滿足其超大規(guī)模計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需要。另一方面，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能等改變了數(shù)據(jù)中心，使得數(shù)據(jù)中心從拿來主義的技術(shù)輸入方逐漸變成各種創(chuàng)新技術(shù)的輸出方，使得數(shù)據(jù)中心成為復(fù)雜性的聚集地，變得資源密集型、資本密集型，而且正在變得技術(shù)密集型，也將必然會(huì)發(fā)展為技術(shù)創(chuàng)新的新高地以真正成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)深入發(fā)展的“基石”。
數(shù)據(jù)中心的上述技術(shù)創(chuàng)新先是發(fā)生在其IT域，一是計(jì)算方面的整機(jī)柜、多節(jié)點(diǎn)、定制化通用服務(wù)器等，二是網(wǎng)絡(luò)方面的超大規(guī)模組網(wǎng)、大規(guī)模路由組織、“SDN+OpenStack”云網(wǎng)一體化管控、智能網(wǎng)卡、超低時(shí)延無損網(wǎng)絡(luò)等，三是存儲(chǔ)方面的企業(yè)級(jí)硬盤等。但是在非IT域，為平衡效率和成本，作為信息處理、存儲(chǔ)、發(fā)布等核心設(shè)施的數(shù)據(jù)中心，其傳統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)維等全生命周期過程越來越不能適應(yīng)飛速發(fā)展的業(yè)務(wù)需求的變化特點(diǎn)。而5G微信公眾平臺(tái)(ID：angmobile)深入分析華為近日發(fā)布的“PowerX2025能源目標(biāo)網(wǎng)”之“DC PowerX© (下一代數(shù)據(jù)中心能源)”解決方案后發(fā)現(xiàn)，圍繞數(shù)據(jù)中心的非IT域技術(shù)創(chuàng)新也已經(jīng)取得了很大的成果，引領(lǐng)數(shù)據(jù)中心非IT域開始走向開放化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和預(yù)制化等，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)、供電鏈路、溫控系統(tǒng)、管理系統(tǒng)的重構(gòu)。
華為對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行了四大重構(gòu)
市場需求激增的數(shù)據(jù)中心，面臨著建設(shè)資源獲取難/建設(shè)周期長、能耗高、運(yùn)維復(fù)雜等艱巨挑戰(zhàn)。據(jù)悉，華為提出了極簡、綠色、智能、安全的下一代數(shù)據(jù)中心目標(biāo)架構(gòu)，以“四大重構(gòu)”為手段，解決了數(shù)據(jù)中心上述挑戰(zhàn)。
● 解決了“建設(shè)周期長”：重構(gòu)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)
傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，在建設(shè)模式上的弊端多且大，在前期規(guī)劃建設(shè)階段主要有三大難點(diǎn)，一是存在過度投資的風(fēng)險(xiǎn)，初期投資成本高企;二是建設(shè)工程復(fù)雜，建設(shè)周期長，無法快速投產(chǎn)(比如以一個(gè)具有1000架機(jī)柜的數(shù)據(jù)中心為例，如果按照現(xiàn)有傳統(tǒng)的建設(shè)模式，需要經(jīng)歷18個(gè)月以上甚至兩年時(shí)間的“曠日持久”);三是即使是在建成后，業(yè)務(wù)需求增長、數(shù)據(jù)中心容量擴(kuò)容、現(xiàn)有設(shè)施擴(kuò)建或改造等帶來的設(shè)計(jì)和建設(shè)問題也很難得到解決。
這些使得數(shù)據(jù)中心越來越跟不上時(shí)代的發(fā)展。一方面，隨著消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)以及產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)日益呈現(xiàn)“短時(shí)間內(nèi)快速爆發(fā)”的特征，業(yè)務(wù)側(cè)數(shù)據(jù)和流量需求激增，要求數(shù)據(jù)中心必須快速投入使用。另一方面，數(shù)據(jù)中心正在由支撐系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)系統(tǒng)，“更快上線”意味著“更快收益”。
所以亟需對(duì)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)模式進(jìn)行變革。據(jù)了解，華為推出了工程預(yù)制化和部件模塊化方案，通過工廠預(yù)制集成和預(yù)安裝以及發(fā)貨前全場景調(diào)測，將其作為標(biāo)準(zhǔn)化“即插即用式”模塊運(yùn)至數(shù)據(jù)中心施工現(xiàn)場以進(jìn)行簡單、快速的“拼接”式安裝(好比拼接積木一般)，以及后期模塊化靈活擴(kuò)容，從而實(shí)現(xiàn)了“工程極簡”，可滿足數(shù)據(jù)中心對(duì)于“快速部署”和“業(yè)務(wù)快速上線”的需求——建設(shè)周期可以被大幅縮短至6-9個(gè)月，TTM和交付時(shí)間均節(jié)省50%以上。
綜上，5G微信公眾平臺(tái)(ID：angmobile)認(rèn)為華為的上述方案使得數(shù)據(jù)中心具備快速部署、彈性擴(kuò)容、運(yùn)維簡單、高效節(jié)能等優(yōu)勢，相比于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心在成本和效率的可預(yù)見性、時(shí)間成本、空間成本、規(guī)劃流程、可靠性、改善靈活性等方面都不可“同日而語”;而且尤其是在數(shù)據(jù)中心單柜平均功率日趨高密的趨勢下，該方案使得數(shù)據(jù)中心更加節(jié)省空間?？傮w上，相關(guān)方案正在引領(lǐng)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)模式從實(shí)體建筑向模塊化組裝過渡。
● 解決了“能耗高”：重構(gòu)數(shù)據(jù)中心供電鏈路、溫控系統(tǒng)
數(shù)據(jù)中心的本質(zhì)是把電力轉(zhuǎn)換為算力，再把算力轉(zhuǎn)換為IT服務(wù)。隨著計(jì)算能力不斷提升，能耗必然大幅提升。數(shù)據(jù)中心屬于高能耗信息基礎(chǔ)設(shè)施，一個(gè)擁有1000臺(tái)高密度機(jī)架的小型數(shù)據(jù)中心，總功耗是21000kW，全年滿負(fù)荷能耗可達(dá)1.8億千瓦時(shí)。還有數(shù)據(jù)顯示，全球數(shù)據(jù)中心目前的耗電量約占總量的3%，預(yù)計(jì)到2025年總耗電量將達(dá)1000TWh以上。巨大的能耗成本是數(shù)據(jù)中心最主要的運(yùn)營成本之一，節(jié)能減排和降低運(yùn)營成本面臨巨大挑戰(zhàn)，受不可再生資源稀缺及能源成本日益上升的影響，降低數(shù)據(jù)中心PUE以及建設(shè)低能耗綠色數(shù)據(jù)中心成為必然的發(fā)展方向。
從數(shù)據(jù)中心的能耗構(gòu)成來看，IT系統(tǒng)、供電系統(tǒng)以及溫控系統(tǒng)是構(gòu)成數(shù)據(jù)中心能耗的主體， 三者所消耗的能耗占數(shù)據(jù)中心整體能耗的98%，成為數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗的關(guān)鍵領(lǐng)域。其中，供電系統(tǒng)以及溫控系統(tǒng)的能耗僅次于IT系統(tǒng)的能耗，比如PUE=1.6的數(shù)據(jù)中心，供電系統(tǒng)以及溫控系統(tǒng)約占整體能耗的40%左右。目前國內(nèi)大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的PUE值還有著很大的優(yōu)化空間。著眼于大幅降低數(shù)據(jù)中心PUE，筆者了解到，華為提出了重構(gòu)數(shù)據(jù)中心供電鏈路、重構(gòu)數(shù)據(jù)中心溫控系統(tǒng)的解決方案——通過“硅進(jìn)銅退”、“鋰進(jìn)鉛退”、預(yù)測性維護(hù)，重構(gòu)供電鏈路，實(shí)現(xiàn)安全可靠;通過“風(fēng)進(jìn)水退”與智能節(jié)能，重構(gòu)溫控系統(tǒng)，降低PUE，實(shí)現(xiàn)極致節(jié)能。
一是重構(gòu)數(shù)據(jù)中心供電鏈路。
傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)包括變壓器、低壓配電、UPS、支路饋線等多個(gè)部分，存在系統(tǒng)割裂且復(fù)雜、占地面積大、故障定位難等問題。而如果有極簡的供電架構(gòu)，則可減少變換次數(shù)，縮短供電距離，減少占地，提升出柜率和系統(tǒng)能效。同時(shí)，相比于傳統(tǒng)鉛酸電池的占地面積大、初始投資高、維護(hù)成本高，鋰電池在占地面積、使用壽命等方面存在優(yōu)勢，隨著鋰電池成本的不斷下降，未來將在數(shù)據(jù)中心規(guī)模應(yīng)用。華為通過鋰進(jìn)鉛退硅和進(jìn)銅退的數(shù)據(jù)中心供電鏈路重構(gòu)，大幅降低能源浪費(fèi)。一方面華為電力模塊用電效率高達(dá)95.5%;另一方面智能鋰電實(shí)行全部件模塊化，按需求擴(kuò)容，單柜電量高。同時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行效率高，單套UPS全生命周期可省電費(fèi)約20萬，且全部件模塊化，可在后期按需擴(kuò)容。
此外，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)采用“分散設(shè)計(jì)，分段招標(biāo)，再進(jìn)行現(xiàn)場施工”的部署方式。而華為電力模塊采用全鏈路融合的一體化設(shè)計(jì)，并采用預(yù)制化、預(yù)調(diào)測來實(shí)現(xiàn)極簡安裝、即插即用，不但可實(shí)現(xiàn)快速部署，還更加省地、省電，以及更易于維護(hù)管理。5G微信公眾平臺(tái)(ID：angmobile)認(rèn)為預(yù)制化電力模塊是數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)建設(shè)的一種創(chuàng)新形式，從設(shè)計(jì)到建設(shè)階段，全程遵循“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化加工、裝配式建設(shè)”的理念，通過電氣一次和二次集成設(shè)備最大限度實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)、集成調(diào)試、模塊化配送，減少現(xiàn)場安裝、接線、調(diào)試工作;電力模塊采用裝配式結(jié)構(gòu)，可通過工廠預(yù)制、現(xiàn)場機(jī)械化安裝，有效提高建設(shè)質(zhì)量和效率，既能縮短施工現(xiàn)場部署時(shí)間，又能提高系統(tǒng)性能的可預(yù)見性。
二是重構(gòu)數(shù)據(jù)中心溫控系統(tǒng)。
GPU、NPU的應(yīng)用促進(jìn)高密場景增多，液冷系統(tǒng)越來越普遍。但部分存儲(chǔ)與計(jì)算業(yè)務(wù)仍為低密場景，為快速適應(yīng)未來不確定的IT業(yè)務(wù)需求，制冷方案需兼容液冷系統(tǒng)和風(fēng)冷系統(tǒng)。
一方面，數(shù)據(jù)中心液冷系統(tǒng)的節(jié)能可分為設(shè)計(jì)節(jié)能和運(yùn)維節(jié)能。設(shè)計(jì)節(jié)能主要是通過制冷系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和設(shè)備選型來實(shí)現(xiàn)，更多體現(xiàn)在通過硬件來節(jié)能。但是，有了高能效的硬件，并不代表就能發(fā)揮出最優(yōu)的節(jié)能效果，其節(jié)能效果的優(yōu)劣還與數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維水平息息相關(guān)。而傳統(tǒng)的運(yùn)維節(jié)能往往依賴于一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)維團(tuán)隊(duì)，他們會(huì)根據(jù)多年的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，判斷出在不同季節(jié)、不同環(huán)境溫度和不同負(fù)載率下，如何調(diào)節(jié)整個(gè)制冷系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，盡可能地實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)能效的最大化。但運(yùn)維團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)是在實(shí)踐中摸索出來的，不但可遇不可求，同時(shí)也難以精準(zhǔn)把控。因此，針對(duì)復(fù)雜的冷凍水制冷系統(tǒng)，需要找到一種新的控制算法，以達(dá)到整體最優(yōu)的效果，而大數(shù)據(jù)、智能化則是能效優(yōu)化的一個(gè)探索方向。5G微信公眾平臺(tái)(ID：angmobile)了解到，目前華為iCooling技術(shù)已經(jīng)在多個(gè)大型數(shù)據(jù)中心規(guī)模商用，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心制冷智能化，實(shí)測可有效降低數(shù)據(jù)中心PUE 8%-15%(比如實(shí)踐表明，通過引入iCooling，華為廊坊云數(shù)據(jù)中心的PUE值從1.42降低到了1.26)，還大幅度節(jié)省了運(yùn)維人力。
另一方面，現(xiàn)有的傳統(tǒng)冷凍水系統(tǒng)由冷卻塔、板式換熱器、冷水機(jī)組與冷凍水型精密空調(diào)組成，架構(gòu)復(fù)雜、鏈條長，需四次換熱，且安裝和運(yùn)維復(fù)雜，不利于快速部署和運(yùn)維，而華為模塊化架構(gòu)的間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)只有一套系統(tǒng)、只需一次換熱，可縮短部署時(shí)間、降低運(yùn)維難度，同時(shí)充分利用自然冷卻資源，大幅降低制冷系統(tǒng)的電力消耗，能將PUE降至1.2，年電費(fèi)節(jié)省14.3%，在氣候適宜區(qū)域?qū)⒅鸩饺〈鋬鏊到y(tǒng)。
● 解決了“運(yùn)維復(fù)雜”：重構(gòu)數(shù)據(jù)中心管理系統(tǒng)
數(shù)據(jù)中心運(yùn)維中最大的難點(diǎn)在于當(dāng)調(diào)整了其中一個(gè)參數(shù)時(shí)，系統(tǒng)中的其他參數(shù)將做出如何改變、又應(yīng)該如何配合?在目前的運(yùn)維體系中沒有現(xiàn)成的公式或算法可供參考。通過數(shù)字技術(shù)分析與數(shù)據(jù)中心內(nèi)具體組件生成的數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，以發(fā)現(xiàn)不同設(shè)備與不同系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)整體的影響，于其中，動(dòng)態(tài)模型訓(xùn)練、推理與決策是關(guān)鍵。據(jù)悉，華為重構(gòu)了數(shù)據(jù)中心的管理系統(tǒng)，讓傳統(tǒng)被動(dòng)型人工運(yùn)維轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)預(yù)防型數(shù)字化運(yùn)維，并將逐級(jí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心運(yùn)維的自動(dòng)駕駛，降低運(yùn)維成本。筆者相信隨著iCooling方案以及一系列數(shù)字技術(shù)在數(shù)據(jù)中心運(yùn)營和管理中的作用越來越廣泛，“智能運(yùn)維”、“無人值守”等概念將不再只是被反復(fù)提及的“熱詞”。
助力推進(jìn)碳中和的偉大目標(biāo)
新基建時(shí)代，網(wǎng)聯(lián)化、信息化、數(shù)字化將驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)呈爆發(fā)式增長態(tài)勢，迎來政策與技術(shù)發(fā)展風(fēng)口期的數(shù)據(jù)中心，亟需解決建設(shè)周期長、能耗高、運(yùn)維復(fù)雜等艱巨挑戰(zhàn)，以成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)深入發(fā)展的堅(jiān)實(shí)底座。從上文看來，華為“DC PowerX© (下一代數(shù)據(jù)中心能源)”解決方案通過重構(gòu)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)、重構(gòu)數(shù)據(jù)中心供電鏈路與溫控系統(tǒng)、重構(gòu)數(shù)據(jù)中心管理系統(tǒng)很好地解決了上述三大挑戰(zhàn)，引領(lǐng)數(shù)據(jù)中心開始走向開放化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和預(yù)制化等，為“二氧化碳排放2030年左右達(dá)到峰值并爭取盡早達(dá)峰，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降60%-65%”這一目標(biāo)的早日實(shí)現(xiàn)提供了很大的助力。
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