逐向双碳：东数西算中的绿色需求与竞争焦点

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逐向双碳：东数西算中的绿色需求与竞争焦点

脑极体

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数据中心的PUE使命。

逐向双碳：东数西算中的绿色需求与竞争焦点

图片来源@视觉中国

文｜脑极体

如果盘点2022年上半年科技圈最火热的风口，东数西算绝对榜上有名。2022开年，国家发改委、工信部等四部委就确定了“东数西算”工程的建设。在京津冀、长三角、粤港澳大湾区等八地，建立十个数据中心集群，以完成全国一体化数据中心体系的总体布局与设计，集约化的数据中心建设自此拉开了帷幕。

东数西算工程的确立源于东西部地区对于算力、能源的供需调节，东部发达地区数据、算力需求旺盛，但处理数据的算力设施与供应的能源在寸土寸金的东部发展被成本与能耗局限。而西部地区的土地、能源等资源丰富，数据中心在西部地区集群化、中心化的规划与发展，可优化数据中心空间布局，有效利用西部地区可再生能源促进数据中心绿色低碳高质量发展。

作为数字经济时代的核心资源，算力需求正推动数据中心快速部署，然而24小时不间断运行的大数据中心也是能耗大户。研究机构数据显示，过去十年，我国数据中心整体用电量以每年超过10%的速度递增。据IDC预计，到2024年数据中心耗电量将占到全社会耗电量的5%以上。

在双碳战略背景的要求下，能耗大户数据中心也被政府重点“关照”。东数西算工程中，对数据中心的建设标准日趋严格，更强调低碳节能，数据中心PUE值的要求也越来越高。

数据中心的PUE使命

PUE值特指的是数据中心衡量能耗标准的一个数值，是数据中心消耗的所有能源与IT设备消耗能源的比值。简单来说，PUE值越接近1，意味着节能减排程度越好，PUE值越大，表明制冷和供电等配套基础设施所消耗的电能越大。

可持续的发展要求下，中央及地方多次提出对高耗能行业进行节能降碳改造，数据中心作为传统的能耗大户，多次被列入重点领域，提出明确的改造要求。

2019年2月，工信部出台《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》规定，到2022年，数据中心平均能耗基本达到国际先进水平，新建大型、超大型数据中心的PUE降至1.4以下。

2021年7月，工信部印发《新型数据中心发展三年行动计划（2021—2023年）》，针对数据中心耗能大的特点，要求新建数据中心能效水平稳步提升、PUE逐步降低，可再生能源利用率逐步提高。此次东数西算，就要求张家口、韶关、长三角、芜湖、天府、重庆集群的PUE在1.25以下，林格尔、贵安、中卫、庆阳集群的PUE在1.2以下。

建设数据中心是风口也是机遇，但无论是新增还是旧有的数据中心PUE值要求都较高，对数据中心的绿色改革来说，都是不小的挑战。在国外，先进的数据中心PUE值小于2.而国内的数据中心PUE值在2-3之间，比全球的先进数据中心平均数值高出一倍。

大多数国内存续的旧数据中心，都是各大企业自建满足自身的业务需求，这些数据中心的特点总结来说，集碎片化、粗放式建设为主，数据中心规模庞大，里面有大量的服务器、存储设备和交换机，自身的运行过程本身的能源消耗就大，并且机房、空调降温等基础设施老旧，数据中心的能源消耗一直处于高位运行。这也使得数据中心被业界诟病已久，直接影响到数据中心的健康发展。

对于新建的数据中心来说，面临的问题相似，数据中心本身的运行能耗巨大，对应的能耗降低的各类技术还在成长期，成本高并且效果不稳定。双碳战略背景的要求下，东数西算的数据中心绿色需求PUE值小于1.3，对于IDC厂商来说是个不小的挑战。如何降低数据中心的能耗？让PUE值越来越趋于1？新兴的技术与应对方案开始不断崛起。

逐向双碳：IDC绿改措施

研究统计，数据中心的耗能部分主要包括IT设备、制冷系统、供配电系统、照明系统及其他设施，如安防设备、传感器以及相关数据中心建筑的管理系统等。整体来看，由服务器、存储和网络通信设备等所构成的IT设备系统所产生的功耗约占数据中心总功耗的45%，空调制冷系统所产生的功耗约占数据中心总功耗的40%，电源及其他设备占10%～15%。

如果从低PUE的指标来衡量数据中心，优秀的低能耗数据中心，从规划设计、到采购实施再到运维与验证等环节全生命周期对降能耗要求比较高。对于低PUE的数据中心来说，需要在这些环节中嵌入创新的技术与服务，降低数据中心PUE值。

1.IT设备功耗的降低。行业采取的方式主要从IT设备软硬件层面来降低功耗。IT基础架构方面，从应用优化、架构规划/优化、产品选型进行整体优化，平衡降耗与效率，例如用AI技术来进行数据的分时调度，实现智能预测，对服务器设备进行合理的扩容和缩容，优化计算资源的分配，提升服务器的利用率。

2.制冷系统的功耗降低。传统的风冷技术逐渐被液冷技术替代，液冷技术的制冷效果几乎比传统的风冷效果好一倍。目前板式液冷、浸没式液冷等技术逐渐被应用。板式液冷技术改造量小，排布基本和普通的机房相同。浸没式的液冷可以提供“液冷+风冷”相互组合的冷却技术设计，可以针对性地对核心模块部件进行差异化设计。围绕液冷的余热回收，如供热、二次制冷、发电等产业也正在成为研究趋势与热点。

3.建设、运维系统的功耗降低。在数据中心建设的初始，就进行低PUE规划设计，从综合选址、低耗能机柜、模块化/微模块，运维管理方面入手，平衡降耗和成本的关系；运维管理方面，通过精细化监控平台、资源申请合理评估等方式，检测资源利用率以动态调整资源分配，在低能耗周期关闭不必要设备等策略，平衡降耗和效率问题。

我们可以发现，数据中心的绿色化能耗降低从规划建设开始，包括供电系统、空调系统、暖通系统等绿色化的设计，制冷系统液冷技术的应用；再到IT设备层面网关、服务器等IT设备的选型、网络搭建以及应用过程的智能节能优化等；在运维管理中涉及的是IT设备与平台、应用和业务的监控等层面。

数据中心的PUE指标能耗的衡量是一项系统工程，在这些关键的维度上，每一项都不能掉链子，尤其是对新建的数据中心来说，否则PUE值的不达标会面临被关停的局面。对于IDC厂商来说，能耗的降低与能效的升维是他们最关心的指标。