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作者丨吴美熙主编郭亮丨苏建红排版 | 刘瑞芝
来源丨中国信通院(ID:)
锐观察
数据中心建设如火如荼,数据量以40%的速度增长,伴随着能源消耗的大幅增加,而这一切仅仅是开始。未来,我们将不得不在数据和能源之间做出选择。数据中心和网络可能会优先考虑能源,其他能源密集型行业将受到一定影响。
因此,一些巨头公司正在全球范围内寻找更节能的地方建设数据中心,以应对未来的“数据海啸”。节能探索已从需求转变为行业本身的趋势。虽然尚需时日,但急需普及。
在本文中,瑞禾智库将帮助您分析能源消耗增加的原因以及各国对节能实践的探索,以供行业专业人士参考。
01
前言
从各种数据的表面分析来看,数据中心无疑是“耗能大户”。从微观上看,一个超大型数据中心每年消耗近亿度电;从宏观上看,全球数据中心的用电量规模是全球用电量规模的1%。
根据中国信息通信研究院(以下简称“中国信通院”)发布的《数据中心白皮书》,我国数据中心产业年均增长超过30%。因此,有人担心数据中心的能耗也会迅速增加。真的是这样吗?
2020年初,发表在世界顶级学术期刊《全球数据中心能源消耗估算的重新校准》的论文《重新校准全球数据中心能源消耗估算》的数据显示:全球数据中心的能源消耗增长为实际上放慢了速度。
功耗的一般概念只是“总量”而不是“边际”。数据中心的“总”功耗似乎是巨大的。事实上,从“边际”的角度来看,数据中心确实在通过努力逐渐消除权力。“能源大户”的帽子。
“重新校准全球数据中心能源估算”研究表明,2018 年与 2010 年相比,全球数据中心的计算实例数量增加了 550%,而同期全球数据中心的用电量仅增长了 6%。从每个计算实例来看,全球数据中心的能源强度自 2010 年以来每年下降 20%,能源效率显着提高。
02
能源消费增速放缓的原因
综合《全球数据中心能耗估算重新校准》分析和全球发展现状分析,数据中心能耗增速放缓的主要原因有以下三点:
一是受益于积极的政策引导。在全球各个地区的政策引导下,数据中心已经从传统的小型数据中心向超大规模数据中心转变,有效降低了PUE值。目前,数据中心的规模正在从较小的传统数据中心转向更大、更节能的超大规模数据中心。2010年全球传统小型数据中心规模占计算实例的79%,2018年全球超大规模数据中心规模占计算实例的89%。
二是受益于IT设备技术和效率的不断提升。在 2010-2018 年期间,全球服务器效率和增加的虚拟化共同降低了每个计算实例所需的电量,导致全球计算实例增加了 6 倍,而服务器功耗仅增加了 25%;存储驱动效率 结合密度的提高,全球存储容量增加了 25 倍,而存储能源的使用仅增加了 3 倍。
三是受益于制冷、供配电等基础设施技术的不断完善。这些基础设施的技术进步显着降低了能源使用量,有效地降低了 PUE 值。预计2018年全球数据中心的平均PUE约为2010年的75%,得到有效提升。
03
能耗改善实践
01
政策
政策引导数据中心规模化、集约化,有效降低能耗。2013年之前,国内数据中心存在过热、盲目、重复建设的问题。同时,全国大部分数据中心存在规模小、布局不合理、能效低等问题。
2013年以来,工信部先后联合四部委印发《数据中心建设布局指导意见》,滚动更新《国家数据应用发展指南》中心”(中国信息通信研究院云计算与大数据研究所具体支持)。数据中心的合理建设和布局,导致多个省市出台了一系列政策引导和规范数据中心建设,我国数据中心能效水平普遍提高。
2013年之前,全国对外服务数据中心平均PUE在2.5左右,到2019年底,全国对外服务数据中心平均PUE接近1.6,实现了质飞跃。
与此同时,数据中心也在朝着规模化、集约化的方向发展。2013年之前,全国大型及以上数据中心数量相对较少,但2019年对外服务型数据中心中,大型及以上数据中心占机架的比例. 达到70%左右,极大地促进了数据中心能效的提升。
不仅PUE平均水平得到优化,我国数据中心最好的PUE也在不断创新低。2013年以来,中国信息通信研究院云计算与大数据研究所对多个数据中心的PUE进行了测试,其中大部分是互联网和通信行业的大型数据中心,具有良好的PUE性能。显然,随着时间的推移,测试数据中心的PUE已经从1.4-1.5的区间降低到了1.2-1.@的区间>3。
数据中心当年测试的平均PUE
国际上,以美国公共机构为例,美国政府在十年间通过了美国联邦数据中心整合倡议(FDCCI)、联邦信息技术采购改革法案()和数据中心优化倡议(DCOI)。 2010年至2019年,一系列政策措施减少数据中心7000个,约50%;近一半大型数据中心的 PUE 已从平均 2.0 优化到 1.5 甚至 1.4 以下;一些服务器利用率从 5% 增加到 65% 以上。
02
技术方面
逐步简化数据中心的供电架构,提高供电效率。随着行业规模的快速增长,高压直流(HVDC)逐渐成为数据中心供电系统的新选择。“高压直流+市电直供”模式相结合,可将供电效率提升至94%-95%。如果采用HVDC离线模式,供电效率可以提高到97%以上。目前,高压直流输电已广泛应用于大型互联网公司。
由于高压直流输电容量有限,巴拿马电源应运而生。颠覆了传统IDC供电结构,中压10KV交流直接转换为240V直流,减少转换次数,缩短电流行程。与传统的双U结构配电相比,节省投资44%数据中心能耗管理,IDC整体投资节省7%以上。
液冷逐渐成为数据中心散热的新方向,更加节能。随着新兴技术的快速发展,特别是高性能计算设备和GPU服务器的使用,单个机架的功耗规模将发展到20kW-30kW甚至更高,功耗密度的提升将对数据中心冷却系统。传统的风冷已经无法达到所需的散热能力,液冷逐渐成为数据中心散热的新模式。液冷方式利用液体直接引导热源带走热量,散热效率更高,更节能。
以ODCC(开放数据中心委员会)为代表的国内行业平台积极推进液冷标准化进程,加快数据中心液冷组标准和行业标准的出台。
整柜服务器支持新技术、新应用,有效降低能耗。天蝎全机架服务器完成了三代技术演进,实现了服务器供电、散热和系统管理的标准化和资源池化,不仅可以提高性能,降低总成本,还可以降低能耗。
例如,整机柜的ARM64服务器,与相同配置的X86服务器相比,计算性能提升1-2倍,单节点能耗降低40W;整柜一台GPU服务器,通信带宽提高2-4倍,时延降低1倍,与传统相比。GPU服务器性能提升30%,能耗降低7%以上。
04
概括
由于算力与能耗成正比关系,数据中心的高能耗属性不会改变。但是,我们可以通过政策引导和技术创新,实现数据中心的高能效和高质量发展。同时,我们也需要关注数据中心在促进经济发展中的重要作用。
随着数据中心进入新基建序列,数据中心的社会关注度急剧上升,相关政策也得到深入研究和出台。我们也期待并努力推动更多的数据中心技术创新。
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结尾
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