| 摘要：中國電子工程設計院副總工程師、世源科技工程有限公司總電氣師鐘景華先生在本次大會論壇上作了《數據中心發展趨勢》的主旨發言。發言突出了數字經濟將會引發數據中心大建設,同時強調了必須“規范”引領數據中心節能低碳,可持續發展。精辟的分析,詳實的數據,得到與會者贊譽 |
一、數字經濟引發數據中心大建設
有一個最近或者說這兩個月最時髦、最有感動力的一件事情就是ChatGPT,隨著ChatGPT的出現,中國的大模型也在不斷建設,大模型帶來了數據中心又一輪發展。
所有的行業都基于數據中心的發展而發展，在過去十幾年來，中國的數字經濟騰飛發展,數字經濟的背后就是數據中心在支持，沒有數據中心就沒有各行業的發展。
2025年超過全球40%的GDP都是由數字經濟帶動的,去年中國的數字經濟已經超過了50萬億,占全國GDP41%。
2032年,中國數字經濟規模將超過100萬億。數字經濟背后的是大模型、算力,核心要素就是算力、算法和數據,這是數字經濟核心要素。
1.基礎要素
計算、存儲、傳輸。這就是我們數據中心，數據中心的三大功能：計算或者說處理,然后存儲、傳輸,數據中心的三大功能。
2.關鍵技術
計算技術、電子信息技術(芯片等所謂的電子新興技術)通信技術、大數據技術,這是數字經濟的幾大要素,核心要素、基礎要素、關鍵技術。
3.數據中心
過去有叫IDC互聯網數據中心、EDC企業數據中心,現在是邊緣計算、云計算、智能計算、超級計算等等,但是無論你叫什么,其實核心都是計算、存儲、傳輸,只是它的比例占的不一樣。
比如說超級計算、智能計算它的能力比較強,而互聯網數據中心它的傳輸能力比較強等等,在剛剛國務院頒布的《數字中國建設整體布局規劃》里頭有句話,引導通用數據中心、超算中心、智能計算中心、邊緣數據中心等合理梯次布局。
二、算力和算效
1.算力
它包括了智能計算、超級計算。但是大多數都屬于通用計算,算力就是單位時間里頭的計算量,你是算了多少T,還是多少P、多少E等。
2.算效
算效實際上和綠色節能有密切關聯的,單位IT功率你的算力,不同的芯片、不同的CPU、GPU等等它們的算效差別是非常大的。
在十幾年前,數據中心的PUE大多數都是在3、4這樣的數,當時主要矛盾出現在為IT服務的動力設施、空調設施、供配電設施的碳能耗。IT設施能耗只是動力設施能耗大概四分之一、三分之一的數字。但是經過數據中心行業人的不斷追求,現在主要矛盾發生了變化?，F在國內設計的大型數據中心PUE都降到了1.3以下。
也就意味著我們的動力設施、空調設施這些能耗僅僅是IT設備的30%左右的數字,所以主要矛盾發生了變化,我們的IT設備能耗成為主要能耗。我們針對主要能耗要有針對性的措施。
工信部公布的2021年數據中國現有的服務器正在運行的服務器大概有1900萬臺,但是其中97%都是X86服務器,只有3%是一些超算智算的服務器。X86服務器算效是比較低的,大概平均每瓦算效只有0.01T浮點運算,但是其他高效服務器的平均算效每瓦大概0.2T,也就是說高效的服務器是X86服務器20倍的算效。也就是說能耗水平要遠遠低于X86服務器。
X86服務器是通用服務器,它什么都能干,但是其他計算能力是比較弱的,大量使用X86就意味著需要更多的機會、更多的能源、更多的土地、更多的人力資源,但是目前X86服務器還是我們的主力軍，原因是中國的電子工業尤其是芯片工業還遠遠跟不上我們的計算需要，芯片的生產、我們的GPU、CPU的生產還遠遠低于計算需要。
算力和電力實際上是非常相同的一件事情,電力是過去世界包括中國發展的主要動力,但是算力是未來世界和中國發展的另一個主要動力。電力是靠發電機,發電機燃燒不同的燃料它的效率是不一樣的,有燒煤、燒油、汽、水力發電、風光等發電、核電還有生物電,算力來自于服務器,服務器里頭有各種的芯片(CPU、GPU、DPU等)可編程的芯片等等,不同的芯片產生的算力是不一樣的,所以我們要想提高算力就要采用GPU等等。那同時就要我們的電子工業和我們的芯片發展。
改變架構,提高算效。剛才說到我們現在主要矛盾是IT設備的能耗過高，要改變這種狀態就要使用算效更高的服務器。所以要CPU、GPU、DPU等相結合，X86ARM架構各盡其能。
CPU主要功能它的算力是很低的，但是它有控制功能、有儲存功能，而GPU算力是很厲害的,但是它其他的功能很弱，所以這些芯片要結合起來，共同使用。
2022年6月世界上超級計算機的比賽,前幾名都是國外的,中國第六名神威太湖之光和第九名天河二號,中國也有一些服務器沒有拿出去比賽。第一名算力是1億多,1.1億這樣的數字每秒鐘,它的功率是21100千瓦。第二名日本的算力還不到美國的一半,但是它的功耗卻大于美國,它是29800,將近30000千瓦,為什么?就是用的芯片不一樣,用的服務器不一樣,導致了它算效不一樣,包括中國的這些算力和算效大家都可以看出來，算力差了很多，但是功耗卻沒有差這么多。這就是為什么說現在主要矛盾轉換到了要提高IT設備的算效,降低它的能耗。
三、“規范”引領數據中心節能低碳，可持續發展
1.水電雙控
正在編制的數據中心項目規劃里頭,有兩條涉及到綠色低碳條文,其中有一條就是水電雙控內容,現在數據中心大多數在控制電,對水的控制還非常少,未來數據中心除了要控制電以外還要控制水,原因是什么?因為數據中心如果全部采用水冷系統的話,它的水耗是非常大的，一萬平米數據中心每天的耗水量最少也要600噸，這么高的用水量很多地方政府都承擔不了。
數據中心年均PUE值應小于1.6,新建和改建大型和超大型數據中心年均PUE值應小于1.3,年均WUE水的利用率要小于1.6,這是新的項目規范里頭的規定。
2.采用非化石能源
新的規范里頭沒有強調說采用可再生能源或者是新能源等等。新能源主要是風光、生物質這些屬于新能源,可再生能源包括了水能,水力發電屬于可再生能源,但是它不是新能源。還有包括氫能也屬于可再生能源。非化石能源最多的就是核能,但是他們都是不產生二氧化碳的非化石能源。
數據中心應使用非化石能源產生的電力,應采用蓄冷、儲能余熱回收、廢能廢水利用等技術,大型和超大型數據中心每年非化石能源電力用電量占數據中心總用電量的比例應增加5%,直至全部采用非化石能源，5%是需要數據中心去購買等等措施或者自建,但是在城市里頭很少有數據中心能夠自建非化石能源的,但是國家能源局兩個月前公布,從今年開始,電網里非化石能源每年增加1%,也就是說數據中心只要增加4%就可以了,電網里已經給你增加了1%。
四、“雙碳”嚴控數據中心碳排放
數據中心碳排放現在已經提到了非常高的議程上了,碳排放主要有七種氣體,但是對數據中心來講主要有六種氣體,最大量的就是二氧化碳,甲烷主要是人產生的。
比如說最后一個六氟化硫因為數據中心用了大量電器,很多絕緣是采用六氟化硫來絕緣的,這些都屬于影響大氣氣體,對這些氣都要嚴查,然后控制。
在國際上對于碳排放分成以下三個范圍:
1）范圍一屬于直接排放;范圍二、范圍三都屬于間接排放。什么是間接排放呢?也就是說因為你用了東西,導致了別人碳排放,這就叫間接排放。
范圍一主要是指數據中心,比如說你用了柴油發電機、汽車等等,這些你直接排放了二氧化碳。
2）范圍二是屬于數據中心用了能源,比如說用了電等等導致了其他發電廠排放二氧化碳,這是你應承擔的社會責任,你要少用點電,發電廠就可以少發點電,就可以少排放點二氧化碳。
3）范圍三就是你的合作伙伴，你的上下游、產業鏈產生的二氧化碳，你用的設備、用的材料，你的運輸用的別人的運輸產生的二氧化碳，這就屬于范圍三。
這三個范圍如果用一個形容來說,如果開著燒汽油的車,那你就是直接排放,那就是范圍一。如果你開著的是電動車在家充完電,發電廠替你排放的你就是范圍二。如果是打車或者坐地鐵,你的合作伙伴、服務商給你排放了,那就是范圍三。所以同樣一件事情你用的方式不一樣,范圍就不一樣,但是都是你的責任。
碳排放的評價范圍,舉個例子,柴油發電機。數據中心采用了大量柴油發電機,世界上所有的柴油發電機廠大功率柴油發電機超過50%以上都用于了數據中心,數據中心每萬平米數據中心平均用2000千瓦柴油發電機六臺,如果就算它沒有停電,平時也要運行維護,這樣每年產生的二氧化碳一臺是大概3.5噸,一萬平米6臺每年就要產生21噸。中國現在有數千臺、上萬臺的柴油發電機在數據中心里頭運行，每年產生大量的二氧化碳。
又如變壓器損耗,就是你用電排放二氧化碳,用電里頭電的損耗在傳輸過程中是很大的,別以為咱們用的電中間是沒有損耗的,損耗是非常大的,國家總局也有公布,比如2018年全社會用電量68449億度,而輸配電系統就損失了3352億度電，輸配電系統里頭的變壓器損耗了1341度電，2022年全社會用電量86372億度電，全國所有變壓器損耗1692億度電，這個損耗遠遠超過了全國數據中心的用電量。
全國數據中心用電量在去年大概也就是1000億度左右,這個數值超過了數據中心的用電量,白白損耗掉了。
我們計算了一下,對于一萬平米數據中心如果變壓器起碼要用8臺2500的變壓器,每年如果說采用非晶合金變壓器,每年就可以省10萬度電,每年可以減少58.1噸二氧化碳排放。
我們用的所有材料都有碳排放在它的生產過程中，這個數值是國際上公布的數值，我們鋁的碳排放是最高的，鋁在電解過程中每公斤，生產每公斤的鋁二氧化碳碳排放11.5公斤。而銅的碳排放每公斤只有2.7公斤，也就是說每公斤的銅只有鋁的四分之一碳排放。這是數據中心要求用銅電纜的原因之一。
其次就是銅的傳輸性能、連接性能要遠遠高于鋁。而且在電力的輸送過程中,鋁的電能損耗也遠遠高于銅的損耗,所以數據中心里頭推薦的是用銅電纜,不推薦用鋁電纜。
五、能耗“雙控”向碳排放“雙控”轉變
現在國家大多數地方都是說的單位GDP,能耗不能超過多少,你這個地區總的能耗不能超過多少,但是隨著經濟的發展能耗是不可能降低的,你不耗能怎么能發展經濟,但是我們推廣和建議的是控制碳排放不要控制能耗。我們鼓勵的是用綠色能源、用非化石能源,而不是推薦使用化石能源。所以控制單類GDP能耗向控制單位GDP碳排放轉變;控制能源消費總量向控制碳排放總量轉變。這是兩個重要的轉變?，F在廣東地區等等都在向這方面轉變。
六、儲備一體,推進能源消費方式變革
儲備一體數據中心備用電源是必須的,在當今全社會的數據中心里頭大概有2萬千瓦的UPS在運行,按15分鐘電池儲備最少一次可以提供500萬度電,如果按每天充放電兩次,拿出一半的電池每天也可以向電網輸送500萬度電,這樣在用電高峰,發電廠可以少開備用機組,減少二氧化碳的排放。
現在有不少企業在做數據中心的儲能,如果把這個儲能比如說電池做到一個小時、五個小時、十個小時,此時候對電網的貢獻那就更大,對數據中心的可靠性保證也更高。如果時間再長,有可能可以替代掉柴油發電機。
特斯拉剛公布的數據,它說“在未來全世界的GDP里頭10%都是儲能”,特斯拉現在在生產一塊電池就能提供3000度電,一萬平米數據中心平均每小時用電是6000度。特斯拉一塊電池就能供1萬平米數據中心運行半小時,這是非常厲害的,但是這么大電池在中國還沒有,需要大家的努力。
七、數據中心是數字時代不可缺少的重要引擎
2023年2月27日，中共中央、國務院印發《數據中國建設整體布局規劃》,建設數字中國是數字時代推進中國式現代化的重要引擎，是構建國家競爭新優勢的有力支撐，加快數字中國建設對全國、全面建設社會主義現代化國家、全面推進中華民族偉大復興具有重要意義和深遠影響。數據中心在這里提供了不可缺少的有力支持。
編輯：Harris
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