【编者按】第九届中国(上海)国际数据中心产业展览会暨第4届中国数据中心绿色能源大会于2023年6月14-16日在上海圆满举办。中国电子工程设计院副总工程师、世源科技工程有限公司总电气师钟景华先生在本次大会论坛上作了《数据中心发展趋势》的主旨发言。发言突出了数字经济将会引发数据中心大建设,同时强调了必须“规范”引领数据中心节能低碳,可持续发展。精辟的分析,详实的数据,得到与会者赞誉。本刊将报告内容进行了重新整理和编辑,供广大读者参阅。
     　　
　　一、数字经济引发数据中心大建设
　　
　　有一个最近或者说这两个月最时髦、最有感动力的一件事情就是ChatGPT,随着ChatGPT的出现,中国的大模型也在不断建设,大模型带来了数据中心又一轮发展。
　　
　　所有的行业都基于数据中心的发展而发展，在过去十几年来，中国的数字经济腾飞发展,数字经济的背后就是数据中心在支持，没有数据中心就没有各行业的发展。
　　
　　2025年超过全球40%的GDP都是由数字经济带动的,去年中国的数字经济已经超过了50万亿,占全国GDP41%。
　　
　　2032年,中国数字经济规模将超过100万亿。数字经济背后的是大模型、算力,核心要素就是算力、算法和数据,这是数字经济核心要素。
　　
　　1.基础要素
　　
　　计算、存储、传输。这就是我们数据中心，数据中心的三大功能：计算或者说处理,然后存储、传输,数据中心的三大功能。
　　
　　2.关键技术
　　
　　计算技术、电子信息技术(芯片等所谓的电子新兴技术)通信技术、大数据技术,这是数字经济的几大要素,核心要素、基础要素、关键技术。
　　
　　3.数据中心
　　
　　过去有叫IDC互联网数据中心、EDC企业数据中心,现在是边缘计算、云计算、智能计算、超级计算等等,但是无论你叫什么,其实核心都是计算、存储、传输,只是它的比例占的不一样。
　　
　　比如说超级计算、智能计算它的能力比较强,而互联网数据中心它的传输能力比较强等等,在刚刚国务院颁布的《数字中国建设整体布局规划》里头有句话,引导通用数据中心、超算中心、智能计算中心、边缘数据中心等合理梯次布局。
　　
　　二、算力和算效
　　
　　1.算力
　　
　　它包括了智能计算、超级计算。但是大多数都属于通用计算,算力就是单位时间里头的计算量,你是算了多少T,还是多少P、多少E等。
　　
　　2.算效
　　
　　算效实际上和绿色节能有密切关联的,单位IT功率你的算力,不同的芯片、不同的CPU、GPU等等它们的算效差别是非常大的。
　　
　　在十几年前,数据中心的PUE大多数都是在3、4这样的数,当时主要矛盾出现在为IT服务的动力设施、空调设施、供配电设施的碳能耗。IT设施能耗只是动力设施能耗大概四分之一、三分之一的数字。但是经过数据中心行业人的不断追求,现在主要矛盾发生了变化。现在国内设计的大型数据中心PUE都降到了1.3以下。
　　
　　也就意味着我们的动力设施、空调设施这些能耗仅仅是IT设备的30%左右的数字,所以主要矛盾发生了变化,我们的IT设备能耗成为主要能耗。我们针对主要能耗要有针对性的措施。
　　
　　工信部公布的2021年数据中国现有的服务器正在运行的服务器大概有1900万台,但是其中97%都是X86服务器,只有3%是一些超算智算的服务器。X86服务器算效是比较低的,大概平均每瓦算效只有0.01T浮点运算,但是其他高效服务器的平均算效每瓦大概0.2T,也就是说高效的服务器是X86服务器20倍的算效。也就是说能耗水平要远远低于X86服务器。
　　
　　X86服务器是通用服务器,它什么都能干,但是其他计算能力是比较弱的,大量使用X86就意味着需要更多的机会、更多的能源、更多的土地、更多的人力资源,但是目前X86服务器还是我们的主力军，原因是中国的电子工业尤其是芯片工业还远远跟不上我们的计算需要，芯片的生产、我们的GPU、CPU的生产还远远低于计算需要。
　　
　　算力和电力实际上是非常相同的一件事情,电力是过去世界包括中国发展的主要动力,但是算力是未来世界和中国发展的另一个主要动力。电力是靠发电机,发电机燃烧不同的燃料它的效率是不一样的,有烧煤、烧油、汽、水力发电、风光等发电、核电还有生物电,算力来自于服务器,服务器里头有各种的芯片(CPU、GPU、DPU等)可编程的芯片等等,不同的芯片产生的算力是不一样的,所以我们要想提高算力就要采用GPU等等。那同时就要我们的电子工业和我们的芯片发展。
　　
　　改变架构,提高算效。刚才说到我们现在主要矛盾是IT设备的能耗过高，要改变这种状态就要使用算效更高的服务器。所以要CPU、GPU、DPU等相结合，X86ARM架构各尽其能。
　　
　　CPU主要功能它的算力是很低的，但是它有控制功能、有储存功能，而GPU算力是很厉害的,但是它其他的功能很弱，所以这些芯片要结合起来，共同使用。
　　
　　2022年6月世界上超级计算机的比赛,前几名都是国外的,中国第六名神威太湖之光和第九名天河二号,中国也有一些服务器没有拿出去比赛。第一名算力是1亿多,1.1亿这样的数字每秒钟,它的功率是21100千瓦。第二名日本的算力还不到美国的一半,但是它的功耗却大于美国,它是29800,将近30000千瓦,为什么?就是用的芯片不一样,用的服务器不一样,导致了它算效不一样,包括中国的这些算力和算效大家都可以看出来，算力差了很多，但是功耗却没有差这么多。这就是为什么说现在主要矛盾转换到了要提高IT设备的算效,降低它的能耗。
　　
　　三、“规范”引领数据中心节能低碳，可持续发展
　　
　　1.水电双控
　　
　　正在编制的数据中心项目规划里头,有两条涉及到绿色低碳条文,其中有一条就是水电双控内容,现在数据中心大多数在控制电,对水的控制还非常少,未来数据中心除了要控制电以外还要控制水,原因是什么?因为数据中心如果全部采用水冷系统的话,它的水耗是非常大的，一万平米数据中心每天的耗水量最少也要600吨，这么高的用水量很多地方政府都承担不了。
　　
　　数据中心年均PUE值应小于1.6,新建和改建大型和超大型数据中心年均PUE值应小于1.3,年均WUE水的利用率要小于1.6,这是新的项目规范里头的规定。
　　
　　2.采用非化石能源
　　
　　新的规范里头没有强调说采用可再生能源或者是新能源等等。新能源主要是风光、生物质这些属于新能源,可再生能源包括了水能,水力发电属于可再生能源,但是它不是新能源。还有包括氢能也属于可再生能源。非化石能源最多的就是核能,但是他们都是不产生二氧化碳的非化石能源。
　　
　　数据中心应使用非化石能源产生的电力,应采用蓄冷、储能余热回收、废能废水利用等技术,大型和超大型数据中心每年非化石能源电力用电量占数据中心总用电量的比例应增加5%,直至全部采用非化石能源，5%是需要数据中心去购买等等措施或者自建,但是在城市里头很少有数据中心能够自建非化石能源的,但是国家能源局两个月前公布,从今年开始,电网里非化石能源每年增加1%,也就是说数据中心只要增加4%就可以了,电网里已经给你增加了1%。
　　
　　四、“双碳”严控数据中心碳排放
　　
　　数据中心碳排放现在已经提到了非常高的议程上了,碳排放主要有七种气体,但是对数据中心来讲主要有六种气体,最大量的就是二氧化碳,甲烷主要是人产生的。
　　
　　比如说最后一个六氟化硫因为数据中心用了大量电器,很多绝缘是采用六氟化硫来绝缘的,这些都属于影响大气气体,对这些气都要严查,然后控制。
　　
　　在国际上对于碳排放分成以下三个范围:
　　
　　1）范围一属于直接排放;范围二、范围三都属于间接排放。什么是间接排放呢?也就是说因为你用了东西,导致了别人碳排放,这就叫间接排放。
　　
　　范围一主要是指数据中心,比如说你用了柴油发电机、汽车等等,这些你直接排放了二氧化碳。
　　
　　2）范围二是属于数据中心用了能源,比如说用了电等等导致了其他发电厂排放二氧化碳,这是你应承担的社会责任,你要少用点电,发电厂就可以少发点电,就可以少排放点二氧化碳。
　　
　　3）范围三就是你的合作伙伴，你的上下游、产业链产生的二氧化碳，你用的设备、用的材料，你的运输用的别人的运输产生的二氧化碳，这就属于范围三。
　　
　　这三个范围如果用一个形容来说,如果开着烧汽油的车,那你就是直接排放,那就是范围一。如果你开着的是电动车在家充完电,发电厂替你排放的你就是范围二。如果是打车或者坐地铁,你的合作伙伴、服务商给你排放了,那就是范围三。所以同样一件事情你用的方式不一样,范围就不一样,但是都是你的责任。
　　
　　碳排放的评价范围,举个例子,柴油发电机。数据中心采用了大量柴油发电机,世界上所有的柴油发电机厂大功率柴油发电机超过50%以上都用于了数据中心,数据中心每万平米数据中心平均用2000千瓦柴油发电机六台,如果就算它没有停电,平时也要运行维护,这样每年产生的二氧化碳一台是大概3.5吨,一万平米6台每年就要产生21吨。中国现在有数千台、上万台的柴油发电机在数据中心里头运行，每年产生大量的二氧化碳。
　　
　　又如变压器损耗,就是你用电排放二氧化碳,用电里头电的损耗在传输过程中是很大的,别以为咱们用的电中间是没有损耗的,损耗是非常大的,国家总局也有公布,比如2018年全社会用电量68449亿度,而输配电系统就损失了3352亿度电，输配电系统里头的变压器损耗了1341度电，2022年全社会用电量86372亿度电，全国所有变压器损耗1692亿度电，这个损耗远远超过了全国数据中心的用电量。
　　
　　全国数据中心用电量在去年大概也就是1000亿度左右,这个数值超过了数据中心的用电量,白白损耗掉了。
　　
　　我们计算了一下,对于一万平米数据中心如果变压器起码要用8台2500的变压器,每年如果说采用非晶合金变压器,每年就可以省10万度电,每年可以减少58.1吨二氧化碳排放。
　　
　　我们用的所有材料都有碳排放在它的生产过程中，这个数值是国际上公布的数值，我们铝的碳排放是最高的，铝在电解过程中每公斤，生产每公斤的铝二氧化碳碳排放11.5公斤。而铜的碳排放每公斤只有2.7公斤，也就是说每公斤的铜只有铝的四分之一碳排放。这是数据中心要求用铜电缆的原因之一。
　　
　　其次就是铜的传输性能、连接性能要远远高于铝。而且在电力的输送过程中,铝的电能损耗也远远高于铜的损耗,所以数据中心里头推荐的是用铜电缆,不推荐用铝电缆。
　　
　　五、能耗“双控”向碳排放“双控”转变
　　
　　现在国家大多数地方都是说的单位GDP,能耗不能超过多少,你这个地区总的能耗不能超过多少,但是随着经济的发展能耗是不可能降低的,你不耗能怎么能发展经济,但是我们推广和建议的是控制碳排放不要控制能耗。我们鼓励的是用绿色能源、用非化石能源,而不是推荐使用化石能源。所以控制单类GDP能耗向控制单位GDP碳排放转变;控制能源消费总量向控制碳排放总量转变。这是两个重要的转变。现在广东地区等等都在向这方面转变。
　　
　　六、储备一体,推进能源消费方式变革
　　
　　储备一体数据中心备用电源是必须的,在当今全社会的数据中心里头大概有2万千瓦的UPS在运行,按15分钟电池储备最少一次可以提供500万度电,如果按每天充放电两次,拿出一半的电池每天也可以向电网输送500万度电,这样在用电高峰,发电厂可以少开备用机组,减少二氧化碳的排放。
　　
　　现在有不少企业在做数据中心的储能,如果把这个储能比如说电池做到一个小时、五个小时、十个小时,此时候对电网的贡献那就更大,对数据中心的可靠性保证也更高。如果时间再长,有可能可以替代掉柴油发电机。
　　
　　特斯拉刚公布的数据,它说“在未来全世界的GDP里头10%都是储能”,特斯拉现在在生产一块电池就能提供3000度电,一万平米数据中心平均每小时用电是6000度。特斯拉一块电池就能供1万平米数据中心运行半小时,这是非常厉害的,但是这么大电池在中国还没有,需要大家的努力。
　　
　　七、数据中心是数字时代不可缺少的重要引擎
　　
　　2023年2月27日，中共中央、国务院印发《数据中国建设整体布局规划》,建设数字中国是数字时代推进中国式现代化的重要引擎，是构建国家竞争新优势的有力支撑，加快数字中国建设对全国、全面建设社会主义现代化国家、全面推进中华民族伟大复兴具有重要意义和深远影响。数据中心在这里提供了不可缺少的有力支持。
　　
　　编辑：Harris