關于在青島市建設海底數據中心的探討

文/蔣永建 王熙

一、引言

近年來，我國數據中心高速發展，據中國信息通信研究院發布的《數據中心白皮書（2022年）》，2021年我國數據中心機架數達到520萬架，近三年年均復合增長率超過30%。同時，數據中心被稱為“云上電老虎”，2021年我國數據中心耗電量占全國總用電量的2.6%，年度耗電量還在不斷快速增長。為此，國家啟動“東數西算”工程，并鼓勵各地探索利用海底、河流、湖泊沿岸等特殊地理條件，因地制宜促進數據中心節能降耗。

海底數據中心是將服務器等信息基礎設施安裝在海底密封的壓力容器中，利用流動海水進行散熱，并利用海底復合纜供電且將數據回傳至互聯網的新型數據中心。海底數據中心具有節能、節地、低時延、安全可靠等顯著的綠色低碳特征和多方面的優點，符合行業綠色低碳發展趨勢，可以有效滿足“東數西算”大格局下東部沿海城市對低時延數據的處理需求，具有巨大的發展潛力。

二、海底數據中心發展現狀

全球首個海底數據中心于2015年由美國微軟公司研制，并完成了為期4個月的水下測試。2018年微軟公司在英國蘇格蘭奧克尼群島開展第二階段測試，2020年7月完成為期兩年的測試。測試結果顯示，海底數據中心的PUE為1.07，故障率是地面數據中心故障率的八分之一。

國內海底數據中心起步相對較晚，但發展迅速。2020年8月，國內行業龍頭企業北京海蘭信數據科技股份有限公司和聯想、中通服、奇安信、海南移動等公司聯合宣布在海南自貿港建設海底數據中心項目。2021年12月，全國首個商用海底數據中心落戶海南三亞，項目總投資56億元，計劃分為三期完成100個數據艙布放和岸站建設，項目首個海底數據艙已于2022年2月11日在天津港保稅區臨港特種設備制造場地開工建造。

此外，我國沿海城市正在加緊籌劃新建一批海底數據中心項目，廣東省深圳市已對大鵬新區、深汕合作區進行了實地考察；海南省除三亞市外，另一處昌江項目正在申請海域使用許可，海底數據中心正面臨著前所未有的發展機遇。

三、在沿海城市推廣建設海底數據中心的優勢分析

（一）海底數據中心是滿足沿海城市對低時延數據處理需求的有效途徑

我國正在大力推行“東數西算”工程，將大型、超大型數據中心逐漸向中西部可再生能源豐富、氣候適宜地區轉移，主要用于后臺加工、離線分析、存儲備份等對網絡時延要求不高的業務。而對于網絡游戲、金融結算等需要高頻次調用、對網絡時延要求較高的業務，還是只能通過位于當地的高性能數據中心進行處理。因此，在沿海城市研究并建設海底數據中心，可以充分發揮城市臨海而立的突出優勢，滿足當地經濟社會發展對低時延數據中心的需求。

（二）海底數據中心符合行業綠色低碳發展要求

數據中心作為公認的高耗能行業，耗電量巨大。2021年我國數據中心耗電量達到2166億千瓦時，占全社會用電量的2.6%左右，二氧化碳排放量約1.35億噸，占全國二氧化碳排放量的1.14%左右。預計到2025年全國數據中心耗電量將達到3500億千瓦時，約占全社會用電量4%。

為此，2021年7月，工業和信息化部發布《新型數據中心發展三年行動計劃（2021-2023年）》（工信部通信〔2021〕76號），明確提出到2023年底，新建大型及以上數據中心PUE降低到1.3以下，嚴寒和寒冷地區力爭降低到1.25以下。2021年12月，國家發展改革委等四部門聯合發布《貫徹落實碳達峰碳中和目標要求 推動數據中心和5G等新型基礎設施綠色高質量發展實施方案》，提出新建大型、超大型數據中心電能利用效率不高于1.3，逐步對電能利用效率超過1.5的數據中心進行節能降碳改造。鼓勵探索利用山洞、山體間埡口、海底、河流湖泊沿岸等特殊地理條件發展數據中心，充分發揮氣候水文和地形地貌等自然條件天然優勢，因地制宜促進數據中心節能降耗。

（三）海底數據中心具有明顯的比較優勢

根據相關研究，與陸上數據中心相比，海底數據中心具有以下優勢：一是節能。利用海水冷卻，可以減少能耗30%以上，能源利用效率（PUE）值可達到1.076，符合我國新建大型及以上數據中心PUE低于1.3的要求。二是節地節水。海底數據中心岸上場站占地僅為陸上數據中心的1/3；一個擁有1萬個標準機架的大型數據中心每年可節約用水200萬立方米。三是集約高效用海。布放海域可以包容海洋牧場、養殖網箱等漁業設施；海底數據中心還可以與海上風力發電、海上石油開采等生產活動互相服務。四是安全可靠。海底數據中心數據艙內充滿惰性氣體，恒溫、恒濕、恒壓，無氧、無塵、無人鼠侵犯，故障率僅為陸上數據中心的1/8。五是成本低。據國內行業龍頭企業海蘭信測算，一萬個標準機架規模下，海底數據中心的綜合成本較陸上數據中心低29%，運維成本低22%。六是快速部署。采用模塊化生產全預制模式，如三亞示范項目計劃在90天內完成從工廠安裝、調試到投入實際運行。七是低時延。在沿海城市布局，距離核心用戶通常在100公里以內，可以更好地滿足用戶低時延業務需求。

（四）國內企業擁有建設海底數據中心的全部關鍵技術儲備

國內龍頭企業北京海蘭信數據科技股份有限公司與國際巨頭微軟公司在這一領域處于并跑階段，掌握了海底網、常壓潛水、海底接駁、封閉容器制冷、海洋生物防腐、長距離輸電等全部關鍵技術，擁有專利100余項，該公司加拿大團隊參與了微軟海底數據中心的設計，技術水平全球先進。

同時，我國自主設計建造的海底數據中心數據艙通過了兩輪測試。多家機構對測試進行了鑒定，清華大學傳熱與能源利用北京重點實驗室出具了《海蘭信海底數據中心能耗測試報告》，測定單艙PUE值為1.076。青島環海海洋工程勘察研究院出具了《海底數據中心項目海洋生態環境影響評估報告》，認定海底數據中心環境友好。中國信息通信研究院出具了《海底數據中心與岸基的私有網絡性能測試檢測報告》，認定海底數據中心屬于互聯網數據中心最高級別，可以承載對時延性、互通量要求最高的業務。

四、青島市建設海底數據中心的條件分析

據調查，截止到2021年1月底，青島市已建成標準機架2.4萬個，與《數字青島2022年行動方案》要求的4萬個還存在較大的缺口。此外，青島市數字經濟發展強勁，產業數字化轉型不斷加快，正在著力打造世界工業互聯網之都，需要大量數據中心提供底座支撐。同時，全市已建成并投入運營的數據中心PUE平均值約為1.42，能耗指標普遍偏高，尤其是小型數據中心能耗指標更高，急需采用新型綠色數據中心進行改造或替代。

（一）青島具備建設海底數據中心的良好基礎

青島是我國重要的海洋中心城市，海洋經濟和科技實力雄厚，區域經濟基礎好，數字經濟發展形勢良好，產業數字化轉型持續推進，“世界工業互聯網之都”品牌影響日益擴大，具有建設海底數據中心的現實需求和產業基礎。青島海洋工程建筑業、海洋交通運輸業、海底電纜制造等新興行業發展勢頭強勁，海洋工程裝備制造業水平一流，可以為海底數據中心的建設提供強力的技術支撐。

同時，青島作為我國北方唯一一個國際海底光纜登陸城市，具備打造國際通信數據港、實現“一帶一路”國家國際通信業務在青島匯聚和交換的條件。可以探索建設離岸數據中心，以海底數據中心的形式建設跨境大數據存儲處理基地和國際數據樞紐港。

（二）青島近海海域地質條件較為適合海底數據中心建設

一是大部分海底地貌形態較為單一，海底地形較為平坦，適合布置海底設施。青島市海域面積1.22萬平方公里，海岸線863公里，其中大陸海岸線730公里，擁有膠州灣、膠南瑯琊灣、鰲山灣、靈山灣、嶗山灣、丁字灣等海灣49處。近海海域淺海區水深多在64m以淺，近岸20m水深以外海底緩傾，等深線分布較為均勻，大部分等深線與岸線基本平行。

二是海水溫度較低，帶走海底數據中心熱量較快。海域年平均海水溫度約為13.5℃，海水溫度的季節性變化較為明顯。海域內的潮流基本為往復流，有利于海水更快地帶走海底數據中心產生的熱量。

總體來看，青島市大陸海岸線較長，具有較為廣闊的可選擇空間用于建設海底數據中心，近海海域的地質條件適合海底數據中心的布放建設。

（三）青島西海岸新區區位優勢分析

青島西海岸新區內布局有山東自貿試驗區青島片區，實施范圍52平方公里，占山東自貿試驗區實施范圍的43.3%。同時轄區內還布局有青島前灣綜合保稅區、青島西海岸綜合保稅區、青島經濟技術開發區、青島國際經濟合作區（中德生態園）等多個功能區，政策疊加優勢明顯。轄區內海工裝備、家電電子、機械裝備、影視文化等產業基礎良好，數字化轉型加快。2021年，轄區內數字經濟核心產業實現營業收入同比增長20.7%，產業數字化轉型需求空間大。青島西海岸新區擁有海域面積5000平方公里，海岸線282公里，占據青島海岸線長度的36%，擁有漁港碼頭停泊點58個，海域條件優良。

五、發展建議

建設海底數據中心符合行業發展趨勢和我國相關政策要求，符合數字經濟發展和產業數字化轉型實際需要。青島市擁有良好的產業基礎和海域地質條件，較為適合海底數據中心的建設。為推動先行先試，加快試點項目早日落地實施，提出以下建議。

一是加強宣傳引起關注。海底數據中心作為新型基礎設施，融合了大數據和海洋工程技術要求，具有多方面的的優點。但目前電信運營商和互聯網企業對其的了解并不深入，對工程建設投資、設施運營維護及安全性還存在一定的顧慮，應進一步加大宣傳，引起應用機構和沿海城市的廣泛關注，逐步得到全面認可。

二是加快研究統籌規劃。開展專題調查研究，結合我國和山東省數據中心整體布局，充分考慮青島市數據中心實際需求和行業發展趨勢，對全市沿海區（市）海底數據中心進行統一布局規劃，分區域、分規模、分步驟推進海底數據中心建設。

三是加大政策支持力度。研究設立專項資金支持政策，對海底數據中心建設給予資金補貼，對所購置設備給予首臺套保險補償財政扶持，對相關創新成果納入政府采購目錄。發揮投資基金引導作用，鼓勵社會資本投入，撬動金融和社會資本支持海底數據中心建設。

四是強化關鍵技術積累。加大技術研發投入，支持海底數據中心關鍵核心技術實現突破。加強海洋工程技術支撐，加快實現海底數據艙、水下運維裝備本地制造，提高海底數據中心建設及運行維護能力。研究利用潮汐發電、海上風電等海上可再生能源,實現海底數據中心的零碳排放。結合海洋漁業、海上油氣開采等活動，不斷增強對海上生產設施的配合和服務能力。

五是推動試點項目早日實施。圍繞建設全球海洋中心城市、打造世界工業互聯網之都等戰略部署，落實青島低時延數據中心核心區建設任務，以青島西海岸新區沿海為重點目標區域，加緊開展選址研究，進行示范性工程方案論證，推動項目加快建設并投入運營，發揮示范引領作用。