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低碳高效 下一代数据中心方向已定

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东数西算国家工程,要解决的一个重要问题是东西部的算力均衡,更要解决能源的利用率问题。智能化、数字化大潮与低碳化要求相遇,必然会使有强烈增长意愿的数据中心拒绝野蛮生长,走综合考虑数据中心的使用效率和用能效率的绿色之路。

算力的增长有多强劲?据华为预测,在未来5年整个全球算力的复合增长率将会超过50%,2026年的算力会比今天增长10倍以上,如果把算力进一步分为基础算力和智能算力两类,2020年基础算力是313 EFlops,2026年会增长到930 EFlops;智能算力增长的更快,将会从116 EFlops增长到4600 EFlops,这种数据的增长会推动社会对数据中心的需求大增。

集约化的数据中心效率更高,因此数据中心也从千柜的大型数据中心向万柜的超大型数据中心发展。

数据中心减排的压力有多大?清华大学能源互联网研究院常务副院长高文胜说,我国IDC发展速度很快,平均每年新增40%的规模,其中新建的数据中心占新增的70%。相应的能源消耗也在攀升,能源支出占数据中心运营支出的95%。数据中心的用电量占全社会的用电量快速增长,2020年为2.75%,预计到2025年将达到4.05%。数据中心的未来发展将严重受限于其功耗预算和碳排放配额。

因此,面向未来的数据中心应该如何建,就成为当前迫切需要解决的问题。

下一代数据中心理念出现

日前,华为技术有限公司高级副总裁、华为数据中心能源军团CEO杨友桂提出华为的下一代数据中心的理念。他表示,自今年华为松湖论道研讨会以来,华为多次与全球行业领袖、技术专家就未来数据中心的演进路径进行了深入讨论和交流,达成重要共识,总结提炼出下一代数据中心的四大特征:低碳共生、融合极简、自动驾驶、安全可靠。

杨友桂认为,下一代数据中心的低碳共生体现在“全绿色、全高效、全回收”中。通过促进数据中心资源源头绿色化、利用高效化以及全生命周期可回收,实现可持续发展。同时未来数据中心将从唯PUE论走向包含PUE、CUE、GUE、WUE在内的多维评价体系。

“低碳要综合考虑风、电、水、土要素,例如内蒙古乌兰察布盟(东数西算的四个西部枢纽之一),有风电、绿电、水电,地方领导提出数据中心的用能一是能不能不用化石能源,二是能不能少用水资源。”杨友桂说,“乌兰察布全年平均温度4.8度,在这种情况下,温度控制能不能用‘风进水推’的方式,合理地把资源使用起来?所以数据中心在未来低碳共生方面是综合性考虑的。”

余热回收也会成为下一代数据中心非常重要的特征。在欧洲数据中心碳中和协定中提出2030年碳中和的五大关键举措之一就是余热回收。欧洲可持续发展基础设施联盟也提出来,在未来几年热回收要超过60%的比例,余热回收之后,可以有多种用途,例如用作数据中心办公区的热能,用于商业养殖,或并入市政的热网工程。

下一代数据中心的架构也要简单,杨友桂用“架构极简、供电极简、温控极简”来形容。通过架构极简,1000柜的数据中心建设周期从18个月以上可以减少至6~9个月;通过供电极简,部件重新定义,链路重新塑造,交付时间也从2个月缩短至2周;温控极简则是最大化利用自然冷源,从多次热交换变成一次热交换,缩短制冷链路,提升制冷效率。

“整个架构的极简,会推动数据中心是建筑预制化、机房模块化的建设。”杨友桂说,“以前的建设是现场施工完成钢筋混凝土,下一代的数据中心的建筑形态是嵌入式的钢结构的架构,在工厂生产、现场组装。”

下一代数据中心的运营和运维管理模式将是自动驾驶的方式:“运维自动、能效自优、运营自治”。通过运维自动,5分钟完成2000机柜巡检;通过能效自优,1分钟内从140万个算法组合中推断出最佳冷却策略;通过运营自治,最大化挖掘资源价值。“在廊坊的华为园区有一个4000柜的数据中心,刚刚建成时采用风冷、冷冻水的方式,PUE值在1.4左右,过去两年,我们通过人工智能的方式不停地去调优,现在基本上做到了1.25。” 杨友桂说。

下一代数据中心也将是更安全可靠的。通过AI预测性维护,实现主动安全,从“治病”到“预防病”;通过系统自动化故障响应,实现“1分钟发现,3分钟分析,5分钟业务恢复”,故障快速闭环。通过架构安全,从器件到DC,全方位构筑安全防线,使系统可用性达到99.999%。

电力环节有提升空间

在下一代数据中心的理念中,目前最受关注的是如何实现“低碳共生”。华为数据中心能源军团CTO费珍福表示,低碳共生离不开供电源头的绿色化,以及数据中心本身的高效。“如果我们能让数据中心很容易地接入绿电,同时把数据中心负载联动和数据中心的绿色供电结合起来,能解决很大一部分的绿电使用。”

“在供电源头的绿色化之外,数据中心的高效化,我们可以认为是供电的高效、制冷的高效,还包括了用水的高效等等一系列差异化指标。”费珍福说。

费珍福说,在制冷方面,尽可能多地利用自然冷源,减少电的损耗,如前面提到的“风进水退”就是因地制宜的制冷方案,也可以让PUE大幅降低。“随着功率密度的逐步提升,近端制冷、液冷也会成为主流的制冷方式,风冷、液冷并存也会成为常态。”

此外,由于现行的电价政策中峰谷电价差的存在,给储能技术高速发展提供了空间。储能技术在数据中心的应用由来已久,逐渐成为低碳经济不可或缺的前提,同时也逐渐成为推动能源转型的一个必要条件。

高文胜表示,近年来被广泛用到的是锂电池,一些新的储能技术也在数据中心得到了广泛应用。如燃料电池,风能和光能结合的新能源电池,更大容量的液流电池,以及具有短时高功率输出的超级电容器和飞轮储能,一系列技术对数据中心的储能需求提供了更好的支撑。


责任编辑:赵强


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