在國(guó)家雙碳戰(zhàn)略的大背景之下,數(shù)據(jù)中心作為數(shù)字新基建的重要組成,承載著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重任,也是實(shí)現(xiàn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)碳中和的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心碳中和,也不能簡(jiǎn)單的理解為使用清潔能源,更應(yīng)該從設(shè)計(jì)、建設(shè),到投產(chǎn)運(yùn)營(yíng),從全生命周期考慮,如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心全面的低碳、節(jié)能的發(fā)展。

綠色數(shù)據(jù)中心從“基石”做起

對(duì)于一座數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō),從開(kāi)始設(shè)計(jì)到最終運(yùn)營(yíng)生產(chǎn),會(huì)被分為5個(gè)層級(jí),以區(qū)分不同建設(shè)、發(fā)展階段和服務(wù)內(nèi)容。目前,數(shù)據(jù)中心行業(yè)比較常見(jiàn)的劃分方式如下:

L0:樓宇系統(tǒng)。包括機(jī)房、配套樓宇的土建等部分。

L1:數(shù)據(jù)中心物理基礎(chǔ)設(shè)施(DCPI)。包括:供電、制冷、機(jī)柜、管理、綜合布線(xiàn)、安全消防等。

L2:IT硬件平臺(tái)。包括服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等硬件設(shè)施,其中亦涉及到與L1強(qiáng)耦合的綜合布線(xiàn)。

L3:IT軟件平臺(tái)。包括如操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序、安全防護(hù)等。

L4:業(yè)務(wù)。面向客戶(hù)的各種服務(wù)。

其中,L1層是數(shù)據(jù)中心除土建以外的物理基礎(chǔ)設(shè)施,可以說(shuō)正是因?yàn)橛蠰1層,數(shù)據(jù)中心才稱(chēng)之為數(shù)據(jù)中心,否則只能稱(chēng)為機(jī)房。數(shù)據(jù)中心L1從能源、環(huán)境、設(shè)施、安防等層面為數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)提供基礎(chǔ)支撐。

因此,數(shù)據(jù)中心L1即是數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ),也是決定數(shù)據(jù)中心是否綠色、高效、節(jié)能的最重要層級(jí)。例如,在主流的降低PUE的方法中,優(yōu)化制冷系統(tǒng)是第一個(gè)要考慮的舉措。而供電系統(tǒng)優(yōu)化、清潔能源應(yīng)用等舉措也意味著未來(lái)數(shù)據(jù)中心碳中和的實(shí)現(xiàn)也要從L1層尋找答案。

技術(shù)上的碳中和挑戰(zhàn)

隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,數(shù)據(jù)中心承擔(dān)的業(yè)務(wù)內(nèi)容以及建設(shè)形態(tài)都發(fā)生了巨大的變化。在國(guó)家提出了雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)之后,數(shù)據(jù)中心作為數(shù)字產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施,同時(shí)承擔(dān)著數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展和實(shí)現(xiàn)數(shù)字產(chǎn)業(yè)碳中和的雙重重任,數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)的發(fā)展面臨著諸多挑戰(zhàn)。

首先是能耗的不斷增長(zhǎng)。目前全球數(shù)據(jù)中心用電量占全球總用電量2-3%,并且有持續(xù)增加的趨勢(shì)。從中國(guó)看,根據(jù)2018年的數(shù)據(jù)顯示,當(dāng)年全國(guó)數(shù)據(jù)中心耗電1600多億度,占全國(guó)用電量2%左右,相當(dāng)于9855萬(wàn)噸的碳排放,需要種植1.4億棵樹(shù)進(jìn)行二氧化碳吸收才能達(dá)到碳中和。

其次是傳統(tǒng)建設(shè)模式存在周期長(zhǎng)、更新慢的缺點(diǎn)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)模式的建設(shè)周期一般接近兩年,而IT設(shè)備和數(shù)字技術(shù)演進(jìn)速度日益加快,基本上達(dá)到3年換代的頻率。以至于部分保守設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)中心出現(xiàn)了建成即落后的尷尬局面。

第三是新形勢(shì)下的運(yùn)維困境。隨著技術(shù)進(jìn)步和業(yè)務(wù)需求的變革,數(shù)據(jù)中心形態(tài)也發(fā)生了諸多變化,云DC大愈大,邊緣DC小愈多。大數(shù)據(jù)中心IT功率密度不斷提升,結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜。邊緣數(shù)據(jù)中心分散四處,難以管理。愈加復(fù)雜卻效率低下的傳統(tǒng)運(yùn)維方式對(duì)運(yùn)維人員的數(shù)量、質(zhì)量都提出了超高要求,以至目前有60%的數(shù)據(jù)中心招不到合格運(yùn)維人員。

第四點(diǎn)這是電力供給穩(wěn)定性的挑戰(zhàn)。隨著數(shù)據(jù)中心承載更多的高性能計(jì)算和存儲(chǔ)的高能耗業(yè)務(wù),其耗電量也隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模的提升和單柜功耗的提升越來(lái)越大,對(duì)供電系統(tǒng)的壓力也同樣增加。根據(jù)Uptime發(fā)布的2020年數(shù)據(jù)中心宕機(jī)原因調(diào)查顯示,37%的宕機(jī)由供電系統(tǒng)故障引起。

來(lái)自“互聯(lián)網(wǎng)”的碳中和需求

在數(shù)據(jù)中心自身技術(shù)因素之外,云計(jì)算的興起、大型互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的出現(xiàn),也在產(chǎn)業(yè)模式上改變著數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)。各大互聯(lián)網(wǎng)公司依托自身業(yè)務(wù)優(yōu)勢(shì),紛紛進(jìn)軍云計(jì)算產(chǎn)業(yè),并且紛紛開(kāi)始自建、合建符合自身業(yè)務(wù)需求的大規(guī)模、超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心。

據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)的最新數(shù)據(jù)顯示,截至2020年第二季度末,全球超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的數(shù)量增長(zhǎng)至541個(gè),另有有176個(gè)數(shù)據(jù)中心處于計(jì)劃或建設(shè)階段。國(guó)內(nèi)的情況類(lèi)似,特別是新基建提出以來(lái),BAT為代表的的互聯(lián)網(wǎng)大廠也紛紛入局。比如阿里投資2000億的新基建計(jì)劃中明確包括數(shù)據(jù)中心建設(shè),騰訊宣布將新增多個(gè)超大型數(shù)據(jù)中心集群,百度則表示未來(lái)十年將新增超過(guò)500萬(wàn)臺(tái)智能云服務(wù)器。

相比于傳統(tǒng)IT業(yè)務(wù),云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)中心的要求除穩(wěn)定性、安全性更高外,還有功能定制化、資源彈性化、交付快速化等新需求。很多互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)會(huì)深度介入數(shù)據(jù)中心的建設(shè),從最初的選址、設(shè)計(jì),到后期的建設(shè)、運(yùn)營(yíng),都會(huì)提出基于自身業(yè)務(wù)的需求,因此數(shù)據(jù)中心的從建設(shè)形態(tài)上已經(jīng)開(kāi)始受到應(yīng)用層產(chǎn)業(yè)變動(dòng)的影響。

此外,在碳中和的大背景下,互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)也注意到了數(shù)據(jù)中心的碳排放情況,并且將促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈上游碳中和作為自己的責(zé)任。比如蘋(píng)果、谷歌、微軟、Facebook等紛紛表示將努力促進(jìn)業(yè)務(wù)所屬數(shù)據(jù)中心的碳中和實(shí)現(xiàn)。這一趨勢(shì),也將碳中和作為一個(gè)與技術(shù)性能同等的指標(biāo),擺在了數(shù)據(jù)中心建設(shè)、運(yùn)營(yíng)商的面前。

如何更好的解決數(shù)據(jù)中心面臨的產(chǎn)業(yè)模式、技術(shù)形態(tài)變動(dòng)帶來(lái)的挑戰(zhàn),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)的碳中和,是需要整個(gè)行業(yè)共同面對(duì)的問(wèn)題。對(duì)此,華為通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)中心L1層服務(wù)的重構(gòu)和改進(jìn),給出了答案。

“四大重構(gòu)”打造下一代數(shù)據(jù)中心

因自身業(yè)務(wù)需求,華為在數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維及運(yùn)營(yíng)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新技術(shù)、管理理念。特別是在L1層,華為已經(jīng)形成了一整套的數(shù)據(jù)中心L1整體解決方案,在資源管理、進(jìn)度管理、質(zhì)量管控、集成運(yùn)營(yíng)與運(yùn)維能力等方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì),可以全力保障數(shù)據(jù)中心交付,并提供持續(xù)運(yùn)營(yíng)能力。

為應(yīng)對(duì)碳中和背景下數(shù)據(jù)中心面臨的挑戰(zhàn)和行業(yè)痛點(diǎn),華為數(shù)據(jù)中心能源解決方案從數(shù)據(jù)中心全生命周期的角度,基于L1層、超越L1層,通過(guò)重構(gòu)架構(gòu)、重構(gòu)溫控、重構(gòu)營(yíng)維,重構(gòu)供電,打造下一代極簡(jiǎn)、綠色、安全、智能的數(shù)據(jù)中心。

重構(gòu)架構(gòu)。數(shù)據(jù)中心的碳排放不僅產(chǎn)生在運(yùn)營(yíng)中,建設(shè)、施工階段產(chǎn)生的碳排放一樣應(yīng)該受到重視。華為采用全模塊化設(shè)計(jì)和全預(yù)制化的極簡(jiǎn)建設(shè)模式,可實(shí)現(xiàn)施工期間用水和建筑垃圾減少80%,可回收率超過(guò)80%。在減少90%施工碳排放的同時(shí),還可以大幅提升交付效率,縮短建設(shè)周期,滿(mǎn)足按需部署,分期投資的需求。以1000機(jī)柜數(shù)據(jù)中心為例,重構(gòu)后的架構(gòu)可將建設(shè)周期由20個(gè)月縮短到6-9個(gè)月。

重構(gòu)溫控。通過(guò)間接蒸發(fā)冷卻和iCooling智能能效優(yōu)化等解決方案,實(shí)踐“風(fēng)進(jìn)水退”的理念,大化利用自然冷源,大幅降低能源利用效率(PUE)。同時(shí)采用去架空地板架構(gòu),彌漫式送風(fēng)等措施,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)中的PUE降低8%-15%、用水減少40%,并且提了功率密度及出柜率。

重構(gòu)供電。華為數(shù)據(jù)中心能源iPower智能解決方案供配電系統(tǒng)設(shè)備從被動(dòng)維護(hù)到主動(dòng)預(yù)警,實(shí)現(xiàn)AI預(yù)測(cè)性維護(hù),全面保障供電安全。iPower電力模塊相比傳統(tǒng)方案可省地40%,提升10%的出柜率。同時(shí),華為UPS專(zhuān)利智能在線(xiàn)模式轉(zhuǎn)換效率高達(dá)99.1%,從變壓器到UPS輸出全鏈路效率高達(dá)97.6%,相比業(yè)界高出3.6%,1500柜12MW的數(shù)據(jù)中心10年可省電費(fèi)1550萬(wàn)元。

重構(gòu)運(yùn)維。應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的運(yùn)維環(huán)境,華為通過(guò)智能運(yùn)維解決方案實(shí)現(xiàn)了運(yùn)維智能化、可視化、數(shù)字化,大幅提升了運(yùn)維質(zhì)量和效率。華為智能運(yùn)維解決方案可以節(jié)省35%的運(yùn)維成本,并將資產(chǎn)利用率提升20%,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心全鏈路預(yù)測(cè)性維護(hù)、端到端能效調(diào)優(yōu)、極致?tīng)I(yíng)維效率及資源利用率。

賦能產(chǎn)業(yè)走向“碳中和”

據(jù)悉,華為在全球已經(jīng)建設(shè)了1000+的數(shù)據(jù)中心,其中包括如新一代智能“低碳”貴安華為云數(shù)據(jù)中心等在內(nèi)的200多個(gè)自建、自用及自管理的數(shù)據(jù)中心。在這個(gè)過(guò)程中,華為高度關(guān)注數(shù)據(jù)中心的綠色、節(jié)能發(fā)展,并積累了豐富的數(shù)據(jù)中心低碳建設(shè)、管理、運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)。

將綠電引入數(shù)據(jù)中心,是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)碳中和的終極手段。除不斷改進(jìn)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)、運(yùn)營(yíng),華為還在數(shù)據(jù)中心的清潔能源供給方面進(jìn)行了大規(guī)模實(shí)踐。目前,華為已在青海省建設(shè)成了全國(guó)首個(gè)100%利用綠色能源建設(shè)的大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)示范基地。利用青海本地的水電、風(fēng)電、光伏等電力資源,為面積高達(dá)1200畝的數(shù)據(jù)中心園區(qū)提供清潔電力。

能力越大,責(zé)任越大。一直以來(lái),將自身能力賦能產(chǎn)業(yè)是華為服務(wù)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的理念。華為數(shù)據(jù)中心能源通過(guò)向行業(yè)提供數(shù)據(jù)中心L1服務(wù)解決方案,將經(jīng)過(guò)四大重構(gòu)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)理念普及到全行業(yè),并將持續(xù)助力數(shù)字化程度領(lǐng)先的互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),攜手推動(dòng)數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)的低碳發(fā)展,打造綠色節(jié)能的數(shù)字經(jīng)濟(jì)格局,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)乃至全社會(huì)的碳中和實(shí)現(xiàn)而做出積極的努力。