

隨著云業務的發展,運營商和企業的云服務形態也在不斷變化,數據中心發展趨勢應是建設高效節能與運營成本合理的數據中心,支持企業或機構業務的持續發展,滿足對業務的全生命周期管理需求:高技術、高能效、高算力、高安全、綠色低碳、管理自動化等成為新一代數據中心建設的關注點。
發展趨勢
近年來,國家高度重視數據中心產業的發展,“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要中明確提出要“加快構建全國一體化大數據中心體系,強化算力統籌智能調度,建設若干國家樞紐節點和大數據中心集群,建設E級和10E級超級計算中心”。工業和信息化部、國家發展和改革委員會等先后出臺《新型數據中心發展三年行動計劃(2021-2023年)》《全國一體化大數據中心協同創新體系算力樞紐實施方案》等重要政策文件,有效規范了我國數據中心產業發展。當前,我國數據中心產業的發展步入新階段,數據中心規模穩步提升,低碳高質、協同發展的格局正在逐步形成。
數據中心的轉型
數據中心是軟硬件資源的集合,包括各類主機、存儲、網絡、設備和中間件、數據庫等平臺軟件,提供了動態供應資源的能力,是企業級IT基礎設施嶄新的應用形式,在云計算環境下是推動基礎架構轉型的重要推手之一,對于加強資源管控、實現成本領先具有重要意義。
數據中心的總體建設目標是構建具備柔性、彈性特征的IT基礎設施架構,降低IT總擁有成本,提升業務響應能力,增強業務可用性。
新型數據中心是產業未來發展方向,“四高三協同”內涵不斷豐富。2021年7月,工信部發布《新型數據中心發展三年行動計劃(2021-2023年)》,明確提出了新型數據中心發展方向及路徑。行動計劃聚焦高技術、高算力、高能效和高安全的四高特征,以及數云協同、云邊協同、數網協同的協同要求,引導我國數據中心高質量發展、同時,行動計劃也在布局、網絡、算力、產業鏈、綠色低碳及安全等方面,對新型數據中心建設作出全面指引。
新型數據中心建設
在數字化技術日益普及的今天,計算力成為核心生產力,數據中心隨之成為數字化時代的“新基建”。今年,我國加快5G、數據中心等新型基礎設施建設進度,加上激增的在線辦公、娛樂和音視頻通話需求,助推了數據中心建設的熱度。新型數據中心的建設有以下幾個特點:
1、高技術。通過自主研發、深化協同,提升技術能力。
從基礎設施角度看,數據中心是由“風火水電”構成的建筑,早期數據中心建設主要參考建筑、電力、制冷、通信等行業的基建經驗,并未專門針對數據中心環境進行創新優化。隨著數據中心節能降碳、降本增效、數據安全等要求的不斷提升,液冷、蓄冷、儲能、高壓直流、預制模塊式建設、高密度服務器、備份一體機等新技術開始應用于數據中心的建設運營中,以技術促進數據中心基礎設施變革的趨勢不斷增強。
從IT設備角度看,云計算技術的應用使得數據中心虛擬化、容器化程度不斷提高,數據中心與云平臺、網絡、安全及運營之間的技術聯接日益緊密,智能芯片、定制化服務器、分布式存儲、SDN、態勢感知、混沌工程、智能運維等IT技術的應用,有效地提升了數據中心服務能力。
可以預見,在未來發展過程中,基礎設施及IT技術的創新將不斷涌現,數據中心技術內涵也將變得更加豐富。我國數據中心產業將逐步增強對新技術的應用,利用新技術加速實現節能減排,提升算力服務水平,進一步賦能產業發展。
2、高算力。通過集約供給、高效調度,提升算力算效。
龐大的數據洪流無時無刻不在產生。例如,據聯合國數字經濟報告,30年來全球IP的每秒流量增加了1.3億倍,全球數據量在2020年達到47ZB,2035年將增加到2142ZB,而且50%的數據是最近這兩年產生。海量數據對算力的需求也達到了前所未有的高度和強度,算力成為支撐數字經濟持續縱深發展的重要動力。
從數據中心產業鏈來看,先進技術突破是整體算力提升的重要抓手。各種服務器和網絡設備芯片,如 CPU、FPGA、AI 加速芯片、GPU 等,通過整合多核 CPU、高密度互聯 I/O 接口以及大容量高性能存儲,以保證高算力、高穩定性以及盡量低的功耗要求等被同時滿足,可以說底層關鍵技術的創新突破、網絡設備的升級和調整,可以明顯提高虛擬網絡的傳輸效率,為整體算力規模提升提供源頭活水,從而為數字經濟高質量發展提供不竭動力。
另一方面推進數網協同,將促使算力資源調度的優化。數網協同能夠實現計算、存儲、網絡等資源在“云、邊、端”靈活調度,將不同算力需求的業務應用分發到“云、邊、端”的算力節點。東部地區的數據資源輸送到西部地區的數據中心,需要依托網絡進行算力資源調度和數據要素流通,數網協同機制的建立則能夠打通供需,優化網絡途徑,提升跨區域數據調度能力。
專家們預測,未來5—10年,新型數據中心將在重點行業、重點地區大規模布局,成為推動社會經濟數智化轉型的核心基礎設施。
3、高能效。通過綠色管理、低碳發展,提升能效水平。
數據中心是信息基礎設施中的耗能大戶。據統計,截至2020年底我國數據中心耗電量占全社會用電量的1%左右,平均PUE為1.6~1.7,總體能效與國際先進水平相比仍有差距,可再生能源利用率低。按照未來數據中心機架數量每年30%的增速,預計到“十四五”末,數據中心用電量在全社會用電量的占比將超過3%。這對數據中心的運營以及環境的保護帶來巨大挑戰,提高數據中心能效,不僅是企業降本增效的重要手段,也是實現碳中和目標的重要路徑。
在政策層面,將持續推進節能改造并促進可再生能源的使用。
一是提高新建數據中心的能效標準。2020年底四部委聯合下發的《關于加快構建全國一體化大數據中心協同創新體系的指導意見》明確要求,2025年全國大型、超大型數據中心PUE降低到1.3以下。
二是完善數據中心能效標準體系和監測體系。2021年5月發布的《全國一體化大數據中心協同創新體系算力樞紐實施方案》提出,要完善數據中心綜合節能評價標準體系,不僅包括傳統的電能使用效率標準,還包括算力使用效率和可再生能源利用率等指標,從更多維度促進數據中心能效的提高。目前,一些地方已開始推進數據中心實時能耗監測體系。
三是推進對存量數據中心的關停改造?!侗本┦袛祿行慕y籌發展實施方案(2021—2023)》已明確提出,要按照“四個一批”的總體思路推進數據中心的存量優化和新增前瞻布局。
四是通過完善機制促進可再生能源的使用,如擴大可再生能源市場交易范圍、支持配套可再生能源電站等。
在技術層面,綠色低碳的新技術將逐步擴大使用范圍。
在IT設備方面,云計算等技術將數據中心資源池化、虛擬化,大幅提高相同能耗水平下服務器的利用率。
在制冷方面,間接蒸發冷卻、液冷等新技術已逐漸成熟,可根據需要在數據中心進行大規模部署。供配電系統方面,模塊化UPS、高壓直流供電、市電直供等技術的有效應用,將降低供配電系統的電能損耗。此外,通過人工智能技術優化運營管控,正在成為降低數據中心能耗的重要途徑。
在基礎設施層面,基于歷史數據,通過神經網絡算法,采集和分析數據中心溫度、濕度等各項數據,自動優化調節制冷系統、供配電系統等,可進一步降低PUE,突破傳統節能“天花板”。
4、高安全。通過安全屏障、可靠建設,提升安全能力。
隨著數字化轉型和集約化、統一化建設的不斷推進,業務和數據正從分散部署走向大集中,數據中心大幅促進了企業云業務的發展。但與此同時,隨著數據和信息保護的要求不斷提高,也對數據中心的安全提出了更高的要求。
從數據中心安全方面來考慮,安全就是若干個小項:攻擊保護、升級備份、找BUG/修復BUG、腳本工具、數據安全、服務巡檢等項目,其中每一項拿出來其實都包含很多的內容。比如說到攻擊與保護,這個主要指的是防止外來的異常入侵者對數據中心發起的惡意和無意攻擊,惡意攻擊就是有人故意的使用各種攻擊方法,進入到數據中心內部,將重要的數據竊取或者破壞,達到其不可告人的目的。也有的是無意的攻擊,因為整個數據中心是要與外界保持互聯互通的,運行是動態的,變化的,不可避免會有一些異常流量攻擊數據中心,有時甚至來自于數據中心內部,比如某些服務器中毒,或者硬件故障,構造出了環路,異常流量等網絡故障,這些都會影響到數據中心的運行,所以如何做好數據中心的攻擊與保護是一個很大的題目,這并不是在數據中心里部署幾臺安全設備就能解決的,需要對整個數據中心進行全面的統一規劃,并有針對性地部署一些安全防護措施,而且隨著各種黑客技術的提升,安全防護措施也要不斷提升,這是一個不斷學習與完善的過程,只要數據中心還在運行,這個完善就不會停止。
基于以上分析,隨著越來越多的數據和業務應用集中在數據中心,建設一套“以保護業務為目標,以安全合規為基礎”的安全體系至關重要,持續風險監控和主動響應閉環,通過安全屏障、可靠建設,不斷提升安全能力。
5、一體化協同建設。
2021年5 月 24 日,國家發改委等四部門聯合發布《全國一體化大數據中心協同創新體系算力樞紐實施方案》,其中提到要加強數據中心統籌規劃和規范管理,開展數據中心、網絡、土地、用能、水、電等方面的政策協同,促進全國范圍數據中心建設提速。通過一體化數據中心協同建設,可實現網絡、算力調度、產業鏈、數據要素治理等各方面資源協同,強化東西部跨域統籌發展。按照全國一體化大數據中心體系布局,8 個國家算力樞紐節點將作為我國算力網絡的骨干連接點,發展數據中心集群,開展數據中心與網絡、云計算、大數據之間的協同建設,并作為國家“東數西算”工程的戰略支點,推動算力資源有序向西轉移,促進解決東西部算力供需失衡問題。
新型數據中心發展啟示
在數字經濟時代,隨著云計算、人工智能、區塊鏈等新一代數字技術應用的廣泛普及,數據中心的地位正在從信息基礎設施的邊緣邁向核心,并成為承載和牽動技術革新的重要底座。未來3~5年,仍將是數據中心的高速發展期。
新型數據中心建設將大大提高數字基礎設施建設的質量,滿足數字化要求,提高數字經濟運營質量和效率,全面支持數字經濟和數字化的協調發展。新型數據中心建設是在中國大數據中心建設的基礎上,數字基礎設施建設的重大舉措,這是5G通信基礎設施建設大規模投入和應用以來對大數據中心建設的巨大推動,是數字基礎設施建設和發展的必然要求,也是數字產業化、產業數字化、數字化治理和數據價值化的必然要求。