新基建背景下優化數據中心能耗的相關思考

“新基建”服務于國家長遠發展和“兩個強國”建設戰略需求，主要涉及5G基建、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數據中心、人工智能、工業互聯網等七大領域。數字經濟時代，數據是推動經濟社會發展的必要生產要素，作為數據集中承載的數據中心其重要性日益凸顯。我國數據中心具有發展快、能耗高、能效低的特點，存在巨大節能潛力，亟需加快開展節能工作，提高能效水平，避免數據中心能耗的爆炸式增長，促進信息化建設與經濟社會發展相協調，增強可持續發展能力。

“新基建”背景下大數據中心發展趨勢

“新基建”驅動數據中心產業變革。移動互聯網、物聯網、工業互聯網、車聯網等新型應用場景的持續推廣帶來數據指數級增長，海量異構數據進入數據中心進行集中存儲和處理，這對以數據中心為代表的算力基礎設施提出了更新更高的要求。特別是在新冠肺炎疫情防控中，為各大城市提供科技防疫、遠程辦公、遠程教育和電商消費的城市計算都離不開數據中心的支撐。在“新基建”背景下，數據中心不只是傳統意義上的存放計算、存儲及網絡設備的機房場所，更多是體現創新、綠色等新發展理念的公共算力基礎設施的組成部分，是促進5G、人工智能、工業互聯網、云計算等新一代信息技術發展的數據中樞和算力載體。

“新基建”亟需數據中心綠色發展新模式。大型數據中心對海量數據處理能力和能耗水平提出更高要求。隨著5G和人工智能等新技術應用落地，2021年中國人均移動數據流量比2015年將增長18倍，2025年全球數據量將會從2016年的16ZB上升至163ZB，海量數據將推動數據中心向超大規模發展。但與此同時，數據中心對于能源消耗也日益增長，從全球來看，到2025年，數據中心將占到全球能耗的最大份額，高達33%；從國內看，全國數據中心的耗電量已連續8年以超過12%的速度增長。預計到2020年，中國數據中心耗電量為2962億千瓦時，2025年高達3842.2億千瓦時。在這樣的背景下，節能降耗是當前全球數據中心行業關注的重點話題，世界各國都在通過各種措施進一步降低數據中心的PUE，以確保數據中心能夠持續健康發展。

“新基建”加大國家政策紅利釋放。我國政府高度重視數據中心的節能降耗問題。國務院《“十二五”節能減排綜合性工作方案》提出“推動信息數據中心、通信機房和基站節能改造”。《國務院關于加快發展節能環保產業的意見》提出“開展數據中心節能改造，降低數據中心、超算中心服務器、大型計算機冷卻耗能”。《關于加強綠色數據中心建設的指導意見》指出“大力推動綠色數據中心創建、運維和改造，引導數據中心走高效、清潔、集約、循環的綠色發展道路，實現數據中心持續健康發展”。隨著數據中心進入“新基建”序列，國家將加大力度繼續密集研究和出臺優化數據中心能耗相關政策，國家的政策將釋放紅利，驅動全國各級地方政府積極制定各項節能政策規劃，并引領行業技術創新。通過國家政策自上而下地引導規范數據中心建設，逐步推動數據中心走向大型化和集約化，促進數據中心的高能效和高質量發展，實現數據中心綠色目標。

優化數據中心能耗面臨挑戰

數據中心能效強制性國家標準缺位。目前圍繞數據中心的規劃、設計、施工、調試、驗收、測試、維護、報廢等關鍵環節我國已經建立了基礎標準體系。關于數據中心能源利用效率的指標，我國已經發布了國家標準，但是現行標準仍然存在缺陷。比如，國家還未出臺強制性數據中心能源管理標準，由于諸多因素影響數據中心的能效水平，各地區還沒有制定對數據中心能耗監管的強制性技術文件。此外，數據中心能效的評價指標體系有待完善，計量方式有待規范，需要能夠約束市場主體的強制性標準。

數據中心布局模式亟需突破。近年來，多地紛紛投資建設數據中心，但這些數據中心大多各自為政、相互分離，缺乏一體化的戰略規劃，容易造成煙囪效應和重復浪費。此前國家已經發布了有關數據中心建設布局的相關政策文件，雖然總體布局正在逐步優化和趨于供需平衡，但受用戶需求、網絡條件等因素影響，對于在用數據中心的監督管理以及新建數據中心的審批流程方面缺乏合理指導性意見，與數據中心成熟市場仍有一定差距，因此在滿足業務需求的同時考慮能耗的優化方面仍有進一步提高空間。

數據中心系統缺乏科學規劃。數據中心能耗主要由IT 設備、供電系統和制冷系統三部分的能耗構成。數據中心內IT設備利用率較低，大部分數據中心未優先考慮充分利用現有設備，提高現有設備使用效率，由此導致數據中心IT設備的保有量高于信息業務的實際需求；主流供電模式面臨瓶頸，傳統UPS供電模式存在能量損耗，能效水平較低，而直流供電模式操作專業性高，安全性差；制冷系統方式有待改變，目前數據中心的熱量管理方法存在不足，降低了制冷系統的運行效率，傳統風冷技術面臨挑戰，液冷方式對現有服務器不兼容，改造難度大，成本較高。

優化數據中心能耗對策建議

出臺明確量化數據中心能效的國家標準。數據中心規模、業務類型、所在地區等因素都對其能源利用效率有一定影響，需要對不同規模、不同業務類型、不同氣候區的數據中心有所區分，或考慮根據各種影響因素對指標進行修正。在現行國家標準《GB/T 32910.3-2016數據中心資源利用第3部分：電能能效要求和測量方法》主要評價指標EEUE的基礎上設置數據中心能效準入門檻，進一步改進測試方法，完善能效評價指標體系，并以國家強制性標準形式進行發布。其次，數據中心節能提效建立在數據中心安全的基礎之上，構建更安全可靠的數據中心已成為政府及企業的重要訴求，國家應盡快出臺數據中心安全方面風險防控和監控標準。

開創“新基建”時代數據中心布局新思路。首先，要進一步貫徹落實習近平總書記關于“建設全國一體化的國家大數據中心”重要指示精神。制度方面，國家層面要繼續出臺推動數據共享和數據流通的政策體系；平臺方面，要搭建統一開放的信息公開平臺；機制方面，要不斷激勵相關主體貢獻新數據，促進信息共享共用。其次，各地區需要規范新建數據中心審批流程，加大監管力度，配合我國產業結構升級、新型城市規劃等相關舉措，均衡數據中心總體區域布局。此外，積極開拓信息密集地區數據中心建設新模式，充分利用原有電力水力資源，推行原有建筑改造，培養數據中心建設管理人才，提高新建數據中心質量。

利用技術手段對數據中心系統優化升級。提高IT設備效率方面，鼓勵企業利用軟件定義、虛擬化和云計算等技術提高IT設備效率，節約數據中心成本，創建跨越硬件條件、跨越數據中心、跨越國界的龐大網絡環境。加速供電系統轉型方面，地方政府與行業企業共同謀劃，通過引入高壓直流供電模式，結合交流供電和直流供電兩者的優點，同時通過鋰電池儲能來降低成本，實現數據中心的可持續性發展。提高制冷系統效率方面，積極推行不消耗電能的機械制冷方式，同時以大數據相關產業聯盟為載體，鼓勵產業鏈相關企業、高校院所和科研機構等主體重點研究智能制冷和高溫數據中心的技術手段，逐步實現動態均衡能源利用率。