建設(shè)新型基礎(chǔ)設(shè)施已成為國(guó)家戰(zhàn)略。作為承載存儲(chǔ)、傳輸、算力需求的基礎(chǔ)平臺(tái)，以及支撐人工智能、云計(jì)算、區(qū)塊鏈等新一代數(shù)字技術(shù)應(yīng)用的物理底座，數(shù)據(jù)中心成為新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要內(nèi)容。隨著相關(guān)政策的持續(xù)加碼和數(shù)字經(jīng)濟(jì)的加速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心迎來前所未有的發(fā)展機(jī)遇。未來3~5年，中國(guó)數(shù)據(jù)中心將呈現(xiàn)“高集聚、高算力、高能效、高技術(shù)”的“四高”發(fā)展趨勢(shì)。

高集聚

數(shù)據(jù)中心進(jìn)入集群化發(fā)展階段

目前，業(yè)界普遍認(rèn)同未來數(shù)據(jù)中心布局會(huì)越來越呈現(xiàn)出“熱數(shù)據(jù)集聚在一線城市及周邊地區(qū)，冷數(shù)據(jù)集聚于西部資源富足地區(qū)”的格局。推動(dòng)這種“啞鈴式”集聚發(fā)展格局產(chǎn)生的主要因素有二。

一是市場(chǎng)的力量。以“北上廣深”為代表的一線城市，匯聚多數(shù)云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)、金融等業(yè)務(wù)流量，而這些業(yè)務(wù)中的移動(dòng)支付、網(wǎng)絡(luò)交易、網(wǎng)絡(luò)游戲、金融結(jié)算、數(shù)據(jù)熱備份、虛機(jī)遷移等都對(duì)時(shí)延有較高要求，因此數(shù)據(jù)中心的主要客戶（互聯(lián)網(wǎng)公司、云計(jì)算廠商、金融公司等）愿意支付高溢價(jià)將自己的數(shù)據(jù)存放于一線城市的數(shù)據(jù)中心。但隨著一線城市用地、用電資源和能耗指標(biāo)的緊張，大型互聯(lián)網(wǎng)公司、第三方數(shù)據(jù)中心企業(yè)逐漸布局一線城市周邊地區(qū)，形成服務(wù)于核心城市的區(qū)域性數(shù)據(jù)中心集群。

同時(shí)，近年來在國(guó)家和地方的一些政策引導(dǎo)下，企業(yè)出于經(jīng)濟(jì)性因素的考量，也越來越多地將數(shù)據(jù)中心落戶于電力資源供給充足、氣候適宜的中西部地區(qū)，低成本地滿足其災(zāi)備需求。

未來，隨著網(wǎng)絡(luò)條件的改善，更多中高時(shí)延要求的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（如網(wǎng)頁(yè)瀏覽、大數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)離線分析、人工智能模型訓(xùn)練等）可以部署到中西部的數(shù)據(jù)中心集群中。

二是政策的推動(dòng)。當(dāng)前我國(guó)已進(jìn)入數(shù)字經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的階段，數(shù)據(jù)中心是支撐數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物理底座。通過協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)中心的布局來推動(dòng)數(shù)據(jù)要素在東、中、西部的跨域流通，帶動(dòng)一大批東部沿海的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、ICT企業(yè)將自身產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)延伸到西部地區(qū)，幫助中西部地區(qū)發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，是中央政策和中西部地方政策支持的重要方向。

盡管一些中西部地區(qū)此前在出臺(tái)優(yōu)惠政策吸引數(shù)據(jù)中心落地方面進(jìn)行了大量嘗試，但受限于用電成本、電網(wǎng)配套、網(wǎng)絡(luò)配套、產(chǎn)業(yè)配套以及人才等因素，實(shí)際效果并不理想。

在“新基建”的推動(dòng)下，2020年12月和2021年5月，國(guó)家發(fā)改委、中央網(wǎng)信辦、工業(yè)和信息化部、國(guó)家能源局四部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快構(gòu)建全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系的指導(dǎo)意見》和《全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實(shí)施方案》兩份文件（以下簡(jiǎn)稱文件），明確提出要通過國(guó)家數(shù)據(jù)中心樞紐節(jié)點(diǎn)的布局，引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心向西部資源豐富地區(qū)以及距離適當(dāng)?shù)囊痪€城市周邊地區(qū)集聚化發(fā)展。文件指出，國(guó)家將通過明確集群建設(shè)的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)水、電、能耗指標(biāo)等方面的配套保障，多措并舉引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心優(yōu)化布局、實(shí)現(xiàn)集群化發(fā)展。

市場(chǎng)和政策兩方面的力量將推動(dòng)我國(guó)數(shù)據(jù)中心逐步進(jìn)入集群化、規(guī)模化發(fā)展階段。當(dāng)然，從長(zhǎng)期來看，能否實(shí)現(xiàn)上述集聚發(fā)展格局，仍需看政策的實(shí)際落地情況以及市場(chǎng)需求的發(fā)展情況。

高算力

數(shù)據(jù)中心向“高算力中心”演進(jìn)

當(dāng)前，隨著人工智能應(yīng)用場(chǎng)景的逐漸落地以及各行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型步伐的加快，全社會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)中心的計(jì)算和存儲(chǔ)能力提出了更高要求。順應(yīng)這一趨勢(shì)，未來數(shù)據(jù)中心會(huì)逐漸向更高算力、更高算效演進(jìn)。

一是單體數(shù)據(jù)中心的規(guī)模和密度仍將逐步提高。在單體數(shù)據(jù)中心堆集更多的服務(wù)器一直是擴(kuò)充算力的重要方式。近年來，集約化、大型化數(shù)據(jù)中心加快發(fā)展。工業(yè)和信息化部通信發(fā)展司發(fā)布的《全國(guó)數(shù)據(jù)中心應(yīng)用發(fā)展指引（2020）》顯示，截至2019年年底，我國(guó)在用數(shù)據(jù)中心機(jī)架總規(guī)模達(dá)到314.5萬架，其中超大型數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模約117.9萬架，大型數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模約119.4萬架，同比規(guī)模增速為41.7%。大型數(shù)據(jù)中心增加了機(jī)柜和服務(wù)器的密度與數(shù)量，推動(dòng)數(shù)據(jù)中心布局、供電、功耗、制冷、網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)維管理等各方面技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新突破。

二是異構(gòu)算力充分融合。算力是人工智能應(yīng)用的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心僅依靠CPU通用服務(wù)器已無法滿足機(jī)器學(xué)習(xí)、無人駕駛、工業(yè)仿真、人工智能模型訓(xùn)練等新興應(yīng)用場(chǎng)景所需的算力。除在數(shù)據(jù)中心部署更多48核或64核等高核心CPU來應(yīng)對(duì)激增的算力需求外，引入GPU、FPGA、ASIC等異構(gòu)算力來承擔(dān)新算力需求已成為必然趨勢(shì)。適應(yīng)異構(gòu)算力融合，相關(guān)的算力虛擬化調(diào)度、面向AI調(diào)度的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)、AI及大數(shù)據(jù)混合計(jì)算加速等技術(shù)均在快速發(fā)展，以在數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)上，有效實(shí)現(xiàn)高性能算力的高效利用和靈活共享分配。

此外為了實(shí)現(xiàn)更高算效，加快計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)的深度融合，采用更高制程工藝的芯片，提高數(shù)據(jù)中心IT設(shè)施的虛擬化水平等，都將成為數(shù)據(jù)中心的演進(jìn)方向。

高能效

綠色節(jié)能是新階段的重要命題

數(shù)據(jù)中心是信息基礎(chǔ)設(shè)施中的耗能大戶。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2020年底我國(guó)數(shù)據(jù)中心耗電量約占全社會(huì)用電量的1%左右，平均PUE為1.6~1.7，總體能效與國(guó)際先進(jìn)水平相比仍有差距，可再生能源利用率低。按照未來數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)量每年30%的增速，預(yù)計(jì)到“十四五”末，數(shù)據(jù)中心用電量在全社會(huì)用電量的占比將超過3%。這對(duì)數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)以及環(huán)境的保護(hù)帶來巨大挑戰(zhàn)。提高數(shù)據(jù)中心能效，不僅是企業(yè)降本增效的重要手段，也是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要路徑。

在政策層面，將持續(xù)推進(jìn)節(jié)能改造并促進(jìn)可再生能源的使用。

一是提高新建數(shù)據(jù)中心的能效標(biāo)準(zhǔn)。2020年底四部委聯(lián)合下發(fā)的《關(guān)于加快構(gòu)建全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系的指導(dǎo)意見》明確要求，2025年全國(guó)大型、超大型數(shù)據(jù)中心PUE降低到1.3以下。

二是完善數(shù)據(jù)中心能效標(biāo)準(zhǔn)體系和監(jiān)測(cè)體系。2021年5月發(fā)布的《全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實(shí)施方案》提出，要完善數(shù)據(jù)中心綜合節(jié)能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系，不僅包括傳統(tǒng)的電能使用效率標(biāo)準(zhǔn)，還包括算力使用效率和可再生能源利用率等指標(biāo)，從更多維度促進(jìn)數(shù)據(jù)中心能效的提高。目前，一些地方已開始推進(jìn)數(shù)據(jù)中心實(shí)時(shí)能耗監(jiān)測(cè)體系。

三是推進(jìn)對(duì)存量數(shù)據(jù)中心的關(guān)停改造。作為全球數(shù)據(jù)中心大國(guó)，美國(guó)政府推出數(shù)據(jù)中心整合計(jì)劃和優(yōu)化計(jì)劃，關(guān)閉了一批低效老舊的數(shù)據(jù)中心。中國(guó)政府倡導(dǎo)類似的做法。《北京市數(shù)據(jù)中心統(tǒng)籌發(fā)展實(shí)施方案（2021—2023）》已明確提出，要按照“四個(gè)一批”的總體思路推進(jìn)數(shù)據(jù)中心的存量?jī)?yōu)化和新增前瞻布局。

四是通過完善機(jī)制促進(jìn)可再生能源的使用。如擴(kuò)大可再生能源市場(chǎng)交易范圍、支持配套可再生能源電站等。

在技術(shù)層面，綠色低碳的新技術(shù)將逐步擴(kuò)大使用范圍。在IT設(shè)備方面，云計(jì)算等技術(shù)將數(shù)據(jù)中心資源池化、虛擬化，大幅提高相同能耗水平下服務(wù)器的利用率。在制冷方面，間接蒸發(fā)冷卻、液冷等新技術(shù)已逐漸成熟，可根據(jù)需要在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行大規(guī)模部署。供配電系統(tǒng)方面，模塊化UPS、高壓直流供電、市電直供等技術(shù)的有效應(yīng)用，將降低供配電系統(tǒng)的電能損耗。此外，通過人工智能技術(shù)優(yōu)化運(yùn)營(yíng)管控，正在成為降低數(shù)據(jù)中心能耗的重要途徑。在基礎(chǔ)設(shè)施層面，基于歷史數(shù)據(jù)，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，采集和分析數(shù)據(jù)中心溫度、濕度等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)等，可進(jìn)一步降低PUE，突破傳統(tǒng)節(jié)能“天花板”。

高技術(shù)

數(shù)據(jù)中心技術(shù)創(chuàng)新潮正在來臨

數(shù)據(jù)中心傳統(tǒng)上主要向市場(chǎng)提供機(jī)柜、帶寬租用等基礎(chǔ)資源服務(wù)，其運(yùn)營(yíng)者競(jìng)爭(zhēng)的核心是土地、電力、能耗、帶寬等資源的獲取以及基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)能力。近年來隨著行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的加速，特別是新冠肺炎疫情后，越來越多的企業(yè)客戶向云端遷移，再疊加AI技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)數(shù)據(jù)中心帶來顯著影響。

一是數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為創(chuàng)新的焦點(diǎn)。首先，在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)方面，在云計(jì)算、AI發(fā)展的推動(dòng)下，以在線搜索、并行計(jì)算為代表的業(yè)務(wù)迅速起量，需要數(shù)據(jù)中心內(nèi)大量的分布式計(jì)算集群支持，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心內(nèi)部東西流量需求快速增長(zhǎng)。解決數(shù)據(jù)中心在網(wǎng)絡(luò)方面的瓶頸，保證數(shù)據(jù)在服務(wù)器之間能夠更快、更高效地傳輸，將逐漸成為提高數(shù)據(jù)中心性能的關(guān)鍵所在。在這一趨勢(shì)下，無損網(wǎng)絡(luò)、智能網(wǎng)卡、可編程網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，成為技術(shù)研發(fā)的新熱點(diǎn)、新方向。

其次，在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)間互聯(lián)方面，由于大多數(shù)企業(yè)采用公有云和私有云混用的形式，因此降低不同云連接時(shí)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延是技術(shù)難點(diǎn)之一。

從云計(jì)算IaaS層服務(wù)來說，目前網(wǎng)絡(luò)的虛擬化技術(shù)相對(duì)較為滯后，同時(shí)要考慮東西向流量的安全防護(hù)問題，對(duì)多數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)要求更高。這在很大程度上也將推進(jìn)我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)架構(gòu)的變革。

二是智能化管理成為重要發(fā)展方向。隨著大型、超大型數(shù)據(jù)中心占比的增加，海量的設(shè)備和復(fù)雜的系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心的高效管理帶來了巨大挑戰(zhàn)。建設(shè)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)（Data Center Infrastructure Management，DCIM），對(duì)數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控和管理，并在此基礎(chǔ)上利用人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，提高數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性，研究訓(xùn)練節(jié)能優(yōu)化、設(shè)備預(yù)警、故障預(yù)測(cè)等數(shù)據(jù)模型，從而提升運(yùn)維管理的自動(dòng)化和智能化水平。同時(shí)，AI配合自動(dòng)化巡檢機(jī)器人，可以實(shí)現(xiàn)無人值守，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維效率和安全等級(jí)。

此外，上層ICT設(shè)備的演進(jìn)創(chuàng)新，將持續(xù)倒逼數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)加快變革，例如推動(dòng)預(yù)制化技術(shù)加快向縱深發(fā)展，供配電系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)持續(xù)優(yōu)化等，以適應(yīng)新的業(yè)務(wù)趨勢(shì)。

數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)者的競(jìng)爭(zhēng)將不再僅局限于資源獲取能力，技術(shù)創(chuàng)新能力和應(yīng)用新技術(shù)的能力將逐漸成為新的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

小結(jié)

在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，隨著云計(jì)算、人工智能、區(qū)塊鏈等新一代數(shù)字技術(shù)應(yīng)用的廣泛普及，數(shù)據(jù)中心的地位正在從信息基礎(chǔ)設(shè)施的邊緣邁向核心，并成為承載和牽動(dòng)技術(shù)革新的重要底座。未來3~5年，仍將是數(shù)據(jù)中心的高速發(fā)展期。我們必須按照經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的要求，明確數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢(shì)，共同推動(dòng)數(shù)據(jù)中心的高質(zhì)量發(fā)展。

作者：中國(guó)信息通信研究院

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總結(jié)

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