數(shù)據(jù)中心綠色化發(fā)展趨勢及思考

王月 中國信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所助理工程師

王甜甜 中國信息通信研究院政策與經(jīng)濟(jì)研究所助理工程師

李潔 中國信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所主任工程師

高巍 中國信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所主任工程師

發(fā)展策略

數(shù)據(jù)中心綠色化發(fā)展趨勢及思考

王月 中國信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所助理工程師

王甜甜 中國信息通信研究院政策與經(jīng)濟(jì)研究所助理工程師

李潔 中國信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所主任工程師

高巍 中國信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所主任工程師

隨著云計算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心作為關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，逐漸成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代我國實現(xiàn)跨越式發(fā)展的重要戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。本文從數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)發(fā)展、綠色技術(shù)發(fā)展、政策發(fā)展3個方面分析數(shù)據(jù)中心綠色化發(fā)展的現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢，總結(jié)目前數(shù)據(jù)中心綠色發(fā)展存在的問題，并提出相應(yīng)的策略建議。

數(shù)據(jù)中心；節(jié)能；綠色發(fā)展；政策

1 引言

隨著云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)從概念到實踐的發(fā)展，作為業(yè)務(wù)支撐和信息資源集聚的數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為信息產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，近年來蓬勃發(fā)展。數(shù)據(jù)中心不僅成為搶占數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代話語權(quán)的保證，也是保障信息安全可控的關(guān)鍵所在，數(shù)據(jù)中心正在發(fā)展成為一個具有戰(zhàn)略意義的新興產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展和布局已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略層面，在相關(guān)國家政策中多次被提及。

隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，數(shù)據(jù)中心的耗能越來越大，據(jù)估算，2015年中國數(shù)據(jù)中心電力消耗達(dá)到1000億度，堪比三峽水電站的年發(fā)電總量；亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)公司副總裁詹姆斯·漢密爾頓在2009年的數(shù)據(jù)中心能效峰會中曾講過：“一個典型的15MW數(shù)據(jù)中心每天使用360000加侖的水資源，兩天排出的廢水量相當(dāng)于一個奧林匹克規(guī)格游泳池的用水量”。大量的能源及水資源消耗已經(jīng)成為各地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要瓶頸，建設(shè)綠色數(shù)據(jù)中心、實現(xiàn)節(jié)能減排已成為近年來的熱點話題。

本文主要從數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)發(fā)展、綠色技術(shù)發(fā)展、政策發(fā)展3個方面分析數(shù)據(jù)中心綠色化發(fā)展的現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢，總結(jié)目前數(shù)據(jù)中心綠色發(fā)展存在的問題，并提出相應(yīng)的策略建議。

2 數(shù)據(jù)中心綠色化進(jìn)展及趨勢

2.1 數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)進(jìn)展及趨勢

在“互聯(lián)網(wǎng)+”快速發(fā)展的時代背景下，互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)融合創(chuàng)新已經(jīng)成為重要發(fā)展趨勢。伴隨著信息產(chǎn)業(yè)智能化、泛在化的發(fā)展趨勢，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、智慧政務(wù)、智慧交通、智慧農(nóng)業(yè)、智慧旅游、電子商務(wù)等蓬勃發(fā)展，而這些產(chǎn)業(yè)發(fā)展都離不開數(shù)據(jù)中心，且對數(shù)據(jù)中心的需求增長越來越快。在產(chǎn)業(yè)需求旺盛和國家政策的鼓勵與支持下，我國數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，據(jù)IDC圈的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2015年我國IDC市場總體上延續(xù)了高速增長態(tài)勢，市場規(guī)模達(dá)到518.6億元人民幣，同比增長39.3%，略低于2014年的41.8%，具體參見圖1。預(yù)計未來3年市場增速仍將保持在35%以上，到2018年，市場規(guī)模或?qū)⒊^1400億元，增速將接近39.6%。

隨著數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)需求不斷豐富和多樣化，對數(shù)據(jù)中心的要求也不斷提高，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)和運營水平不斷提高，處理速度越來越快，規(guī)模越來越大，能效水平越來越高，管理越來越智能化，數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)逐漸由原來的粗放式發(fā)展向集約式發(fā)展轉(zhuǎn)變。從市場角度來看，我國數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度快，規(guī)模大，但仍然面臨著建設(shè)周期長、成本高、能耗高、安全可靠性差等問題。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國數(shù)據(jù)中心總量已超過40萬個，年耗電量超過全社會用電量的1.5%，其中大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的PUE仍普遍大于2.2，與國際先進(jìn)水平相比有較大差距，節(jié)能潛力巨大。

圖1 我國IDC產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模及趨勢

2.2 數(shù)據(jù)中心綠色技術(shù)進(jìn)展及趨勢

數(shù)據(jù)中心的電力消耗主要由IT設(shè)備、空調(diào)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)及照明等輔助系統(tǒng)構(gòu)成，其中空調(diào)和供電系統(tǒng)組成主要的“無用功”消耗。據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心電力消耗中，服務(wù)器、存儲等IT設(shè)備消耗的“有用功”占50%左右，空調(diào)系統(tǒng)耗電平均占比37%左右，供電系統(tǒng)耗電占比約10%，降低數(shù)據(jù)中心中空調(diào)及供電系統(tǒng)的電力消耗成為綠色化發(fā)展的首要問題。

（1）數(shù)據(jù)中心制冷技術(shù)

數(shù)據(jù)中心制冷技術(shù)領(lǐng)域，為了有效降低制冷系統(tǒng)的能耗，近幾年產(chǎn)業(yè)界在自然冷源、設(shè)備控制、氣流組織等方面開展了大量的探索與實踐，如空調(diào)系統(tǒng)變頻控制、余熱回收技術(shù)、空調(diào)末端精確送風(fēng)、封閉冷熱通道、提高冷凍水供回水溫度、提高回風(fēng)溫度、獨立濕膜加濕技術(shù)等；有條件的地區(qū)采用自然冷卻也成為重要節(jié)能方式，包括外墻風(fēng)道智能換熱技術(shù)、過濾風(fēng)墻智能新風(fēng)技術(shù)、冷卻塔+板式換熱器、帶自然冷卻功能的風(fēng)冷冷水機(jī)組、帶自然冷源的蒸發(fā)冷凝冷水機(jī)組等直接利用自然冷源和間接利用自然冷源技術(shù)。

從制冷技術(shù)發(fā)展趨勢來看：

制冷方式逐漸由機(jī)械制冷向自然制冷方式轉(zhuǎn)變，包括設(shè)備級、空氣級、水冷級的自然冷卻，如阿里巴巴千島湖數(shù)據(jù)中心因地制宜采用深層低溫湖水制冷，年均PUE可達(dá)到1.3左右，比普通數(shù)據(jù)中心全年節(jié)電約數(shù)千萬度。

制冷設(shè)備逐漸由低COP值向高COP值邁進(jìn)，傳統(tǒng)的風(fēng)冷式空調(diào)采用風(fēng)冷冷凝器，安裝維護(hù)方便，但COP值低于3，水冷式、蒸發(fā)式冷水型空調(diào)的COP值在4～5左右，而室外自然冷源利用設(shè)備可以充分利用室外冷量冷卻，COP值可達(dá)到10以上。

氣流組織逐步精準(zhǔn)化，通過冷熱通道隔離、氣流組織有序?qū)崿F(xiàn)就近精確送風(fēng)，減少循環(huán)風(fēng)阻，降低風(fēng)機(jī)功耗，氣流組織方式逐漸由機(jī)房級向機(jī)柜池級、機(jī)柜排級、機(jī)柜級演變。

能源綜合利用，數(shù)據(jù)中心空調(diào)采用水冷式冷凝器，回收大量的冷凝熱，可用于供暖或供生活熱水，部分機(jī)房采用跨季節(jié)、夜間蓄冷等技術(shù)。

（2）數(shù)據(jù)中心供電技術(shù)

常見的數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)主要有UPS、HVDC、48V、12V等架構(gòu)，不同架構(gòu)各有利弊。傳統(tǒng)的供電架構(gòu)采用雙路UPS作2N設(shè)計，應(yīng)用比較廣泛，產(chǎn)業(yè)鏈成熟，可靠性較高；高壓直流供電系統(tǒng)（HVDC）一般采用1路市電直供、1路HVDC冷備份的供電架構(gòu)，當(dāng)市電出現(xiàn)異常時，切換到HVDC供電，此方式供電效率較高，成本低，但是服務(wù)器電源可能需要定制；48V在通信行業(yè)普遍使用，采用48V直流供電可統(tǒng)一設(shè)備供電電壓，降低成本，同時規(guī)避低壓直流的缺點，但是傳輸損耗大，目前谷歌、Facebook建設(shè)了48V數(shù)據(jù)中心；12V供電架構(gòu)采用市電直供的方式，供電效率高，但是傳輸損耗大，且需要對服務(wù)器進(jìn)行特殊定制，配置12V的電池，微軟的12VBBU集中式數(shù)據(jù)中心采用了此種方式。

從供電技術(shù)發(fā)展趨勢來看，供電系統(tǒng)逐漸由交流/高壓/集中式向直流/低壓/分布式轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)UPS模式下，電池放在電池室內(nèi)，微模塊數(shù)據(jù)中心電池放于機(jī)柜旁邊，整機(jī)柜服務(wù)器電池放于機(jī)柜內(nèi)部，服務(wù)器內(nèi)置模式下，電池將置于主板上，電池越靠近末端服務(wù)器，供電系統(tǒng)也越為分散，從電網(wǎng)到CPU供電路徑上的轉(zhuǎn)換級數(shù)減少，轉(zhuǎn)換效率更高，但同時供電系統(tǒng)的定制化程度越高，對IT電源及電池控制管理水平要求也越高。

（3）IT設(shè)備節(jié)能技術(shù)

綜合利用高頻UPS、HVDC、封閉通道、提高機(jī)柜進(jìn)風(fēng)溫度、變頻設(shè)備、智能群控組網(wǎng)等技術(shù)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心PUE達(dá)到1.45左右，但是降低PUE，提高數(shù)據(jù)中心能效與真正的綠色數(shù)據(jù)中心仍有差距，當(dāng)數(shù)據(jù)中心PUE接近1的時候，更重要的是IT設(shè)備節(jié)能。IT設(shè)備的能耗約占據(jù)整個數(shù)據(jù)中心能耗的一半，其中服務(wù)器能耗在IT設(shè)備能耗的占比高達(dá)50%，因此提高服務(wù)器的能效水平顯得尤為重要。目前，服務(wù)器節(jié)能主要包括在服務(wù)器低負(fù)載時降低CPU頻率和電壓、處理器較長時間處于空閑狀態(tài)時進(jìn)入休眠狀態(tài)、采用低功耗處理器等器件節(jié)能技術(shù)，以及采用虛擬化、云計算等技術(shù)提高設(shè)備負(fù)載率、采用功耗封頂、動態(tài)監(jiān)控管理等整機(jī)節(jié)能技術(shù)兩個方面。利用智能感知、動態(tài)監(jiān)管、人工智能等新技術(shù)實現(xiàn)能耗的實時動態(tài)優(yōu)化成為IT設(shè)備節(jié)能技術(shù)的重要方向。

（4）數(shù)據(jù)中心節(jié)水技術(shù)

水是數(shù)據(jù)中心消耗的另一個主要能源，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，1MW的數(shù)據(jù)中心平均一年消耗水3萬噸以上。當(dāng)數(shù)據(jù)中心規(guī)模較大時，尤其對于采用冷凍水自然冷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，水資源消耗是不容忽視的。目前，一方面可通過降低數(shù)據(jù)中心PUE、提高數(shù)據(jù)中心機(jī)房溫度等降低數(shù)據(jù)中心能耗，減輕數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)負(fù)擔(dān)；另一方面可使用閉式冷卻塔等節(jié)水裝置，或者采用其他風(fēng)冷、直接蒸發(fā)冷卻等方式降低數(shù)據(jù)中心對水的需求量，如Facebook數(shù)據(jù)中心一期使用直接蒸發(fā)風(fēng)冷以及加濕系統(tǒng)，二期使用阻尼媒體，但建設(shè)成本相對較高。此外，谷歌公司創(chuàng)新使用循環(huán)水冷卻降低數(shù)據(jù)中心運營成本，如位于道格拉斯郡的數(shù)據(jù)中心采用城市污水，簡單凈化后進(jìn)入數(shù)據(jù)中心；位于比利時的數(shù)據(jù)中心從工業(yè)運河中抽水，利用裝滿細(xì)沙的大型水箱過濾水中的小顆粒，讓水變清后進(jìn)入冷卻系統(tǒng)。

2.3 數(shù)據(jù)中心政策進(jìn)展及趨勢

數(shù)據(jù)中心的能源消耗不僅是產(chǎn)業(yè)界關(guān)心的熱點話題，也得到了相關(guān)政府部門的關(guān)注。國家出臺有關(guān)云計算、大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”等文件中多次提及數(shù)據(jù)中心建設(shè)和規(guī)劃，如2015年，《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要的通知》中指出“充分利用現(xiàn)有企業(yè)、政府等數(shù)據(jù)資源和平臺設(shè)施，注重對現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心及服務(wù)器資源的改造和利用，建設(shè)綠色環(huán)保、低成本、高效率、基于云計算的大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施和區(qū)域性、行業(yè)性數(shù)據(jù)匯聚平臺，避免盲目建設(shè)和重復(fù)投資”；2016年，國家發(fā)改委《關(guān)于組織實施促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展重大工程的通知》中提出“重點支持基礎(chǔ)設(shè)施統(tǒng)籌發(fā)展”，包括整合分散的政務(wù)數(shù)據(jù)中心、探索構(gòu)建國家數(shù)據(jù)中心體系、開展綠色數(shù)據(jù)中心試點3個方面；2015年，工業(yè)和信息化部、國家機(jī)關(guān)事務(wù)管理局、國家能源局聯(lián)合制定發(fā)布了《國家綠色數(shù)據(jù)中心試點工作方案》，并在生產(chǎn)制造、能源、電信、互聯(lián)網(wǎng)、公共機(jī)構(gòu)、金融等重點應(yīng)用領(lǐng)域開展了一批試點工作。

數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)成為我國產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級的重要支撐，在國家出臺相應(yīng)政策后，部分地方政府也根據(jù)地方產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和特點，制定了當(dāng)?shù)氐臄?shù)據(jù)中心發(fā)展政策。如北京市2014年發(fā)布的《北京市新增產(chǎn)業(yè)的禁止和限制目錄》明確規(guī)定：禁止新建和擴(kuò)建數(shù)據(jù)中心，PUE值在1.5以下的云計算數(shù)據(jù)中心除外。此政策出臺一方面引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心在建設(shè)設(shè)計階段做好能效規(guī)劃，確保數(shù)據(jù)中心設(shè)計PUE低于1.5，另一方面引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心建設(shè)從傳統(tǒng)架構(gòu)向云架構(gòu)轉(zhuǎn)移，促進(jìn)數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排。在北京市推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的文件中也提到“推進(jìn)京津冀區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展，促進(jìn)信息基礎(chǔ)設(shè)施共建共享，整合規(guī)模小、效率低、能耗高的分散數(shù)據(jù)中心”。

3 數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)存在的問題及策略建議

目前，我國產(chǎn)業(yè)規(guī)模穩(wěn)定增長，綠色化技術(shù)不斷創(chuàng)新突破，數(shù)據(jù)中心政策也逐漸完善，總體來看，數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)健康有序，具有良好的發(fā)展前景，但能耗問題仍然是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大瓶頸。國內(nèi)數(shù)據(jù)中心在應(yīng)用節(jié)能、節(jié)水、低碳等技術(shù)產(chǎn)品以及先進(jìn)管理方法實現(xiàn)能源效率最大化方面開展了大量探索與實踐，但仍面臨著眾多挑戰(zhàn)：

一是國內(nèi)數(shù)據(jù)中心綠色化水平差異較大，新建數(shù)據(jù)中心能效水平較高，但是老舊數(shù)據(jù)中心PUE仍然較高，新型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的數(shù)據(jù)中心綠色化水平較高，傳統(tǒng)行業(yè)的數(shù)據(jù)中心能效較差，如何將先進(jìn)綠色數(shù)據(jù)中心的技術(shù)向傳統(tǒng)老舊數(shù)據(jù)中心推廣是一大重要問題。

二是數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)與國外相比仍有較大差距，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心使用的制冷設(shè)備、供電設(shè)備及系統(tǒng)大部分來源于國外廠商，相關(guān)節(jié)能技術(shù)的基礎(chǔ)較弱，對設(shè)備的節(jié)能改進(jìn)和軟件控制水平有限。

三是數(shù)據(jù)中心運維水平不足導(dǎo)致達(dá)不到設(shè)計的能效水平，國內(nèi)新建數(shù)據(jù)中心在建設(shè)規(guī)劃設(shè)計階段，設(shè)計PUE相對較低，但是在數(shù)據(jù)中心開始運營后，由于實際的業(yè)務(wù)要求、負(fù)載率較低、運維能力較差等原因，很多數(shù)據(jù)中心PUE達(dá)不到設(shè)計水平。

四是數(shù)據(jù)中心能效監(jiān)管政策存在不足，目前部分行業(yè)和地區(qū)已經(jīng)出臺數(shù)據(jù)中心能效相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)，但由于沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心能效監(jiān)管平臺和管理辦法，數(shù)據(jù)中心的能效評價標(biāo)準(zhǔn)尚不完全一致，部分?jǐn)?shù)據(jù)中心的實際能效仍然較高。

為了加速數(shù)據(jù)中心綠色化進(jìn)展，本文提出以下策略建議：

一是加大綠色數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)的宣傳與推廣，發(fā)布優(yōu)秀數(shù)據(jù)中心案例，運用第三方組織和機(jī)構(gòu)加強(qiáng)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)與傳統(tǒng)企業(yè)的溝通交流，對傳統(tǒng)老舊小數(shù)據(jù)中心進(jìn)行科學(xué)評估，有條件的數(shù)據(jù)中心加快推進(jìn)節(jié)能改造。

二是大力支持?jǐn)?shù)據(jù)中心相關(guān)節(jié)能技術(shù)的研究與探索，一方面提高國內(nèi)設(shè)備廠商的產(chǎn)品與技術(shù)能力，加大新技術(shù)的研究與開發(fā)，鼓勵數(shù)據(jù)中心探索使用清潔新能源；另一方面，加強(qiáng)國際溝通交流與合作，提高國內(nèi)設(shè)備商和設(shè)備用戶的技術(shù)能力。

三是加強(qiáng)數(shù)據(jù)中心高水平運維人員的培養(yǎng)，在數(shù)據(jù)中心設(shè)計階段做好有效的能效規(guī)劃，研發(fā)數(shù)據(jù)中心智能監(jiān)管控制平臺，通過軟硬件結(jié)合提高國內(nèi)數(shù)據(jù)中心的運維水平。

四是加快出臺數(shù)據(jù)中心能效監(jiān)管政策，完善數(shù)據(jù)中心能效評價標(biāo)準(zhǔn)與體系，推廣科學(xué)的能效評價方法，建設(shè)數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一監(jiān)測平臺，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心的能效水平。

中興通訊攜手巴基斯坦電信榮獲年度最佳視頻平臺創(chuàng)新大獎

近日，在新加坡由亞洲電信（TelecomAsia）媒體主辦的2016讀者選擇&創(chuàng)新榮譽的獎項評選中，中興通訊為巴基斯坦電信（PTCL）傾心打造的大視頻創(chuàng)新平臺SmartTV?榮獲2016年度最佳視頻平臺創(chuàng)新大獎。這是繼中興通訊與巴基斯坦電信SmartTV二期擴(kuò)容后的最新成果，同時也印證行業(yè)和用戶對中興通訊在大視頻領(lǐng)域地位和技術(shù)優(yōu)勢的認(rèn)可，成為助力客戶“淘金”大視頻藍(lán)海市場的又一成功案例。

巴基斯坦電信是巴基斯坦第一大國有運營商，也是第一大固網(wǎng)運營商。在巴基斯坦這個擁有1.9億的人口大國中，巴基斯坦IPTV和OTT業(yè)務(wù)正在快速發(fā)展，伴隨固網(wǎng)寬帶、3G/4G以及移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，IPTV和OTT業(yè)務(wù)在巴基斯坦有著巨大的潛在市場需求。

Trend and thoughtsongreen development of data center

WANGYue，WANGTiantian，LI Jie，GAOWei

With the rapid development of cloud computing and big data, data center, as a critical infrastructure, is becoming animportant strategic industry for leap-forward development of China in the coming digital economy. This paper focused on theaspects of the development of data center industry, green technology and policy to analyze the current situation and futuredevelopment of data center's green development. Meanwhile, this paper also summarized the existing problems and putforward the corresponding policy suggestions to data center's green development.

data center；energy conservation；green development；policy

2016-10-10）