03.28 數據中心耗電量佔全國2%, 如何降服雲上“電老虎”


截至2017年底,中國各類在用數據中心總量已經達到28.5萬個。數據中心生命週期普遍為10-15年,一旦開始運行,從不停歇,數據中心就是一個“電老虎”。

為了降低能耗,數據中心紛紛被放入天然“冰箱”。微軟數據中心在加利福尼亞海岸約30英尺深的海底,Facebook將數據中心設立於北極圈以南100公里的瑞典呂勒奧鎮,阿里雲千島湖數據中心利用了深層湖水製冷。

阿里雲、華為雲、騰訊雲均以不方便或者涉及機密而拒絕了採訪。對於最核心的PUE值,除了少數互聯網巨頭數據中心公佈的數據外,很難找到其他數據中心的PUE值。

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南方週末特約撰稿 崔珠珠

手機照片存不下,動動手指,照片輕鬆上傳到雲相冊,可是“雲”在哪裡?

對於中國的蘋果手機用戶而言,iCloud數據可能存在“雲上貴州”。除了蘋果數據中心,貴州群山間還隱藏著華為、騰訊等互聯網公司的數據中心。2019年3月15日,蘋果在中國建立的第二個數據中心在內蒙古烏蘭察布開工,預計2020年投入運營。

数据中心耗电量占全国2%, 如何降服云上“电老虎”

2018 年 5 月 18 日,航拍位於貴州省 貴安新區的騰訊山洞數據中心,因為得天獨厚的生態優勢,貴州集聚了多家大型數據中心。 視覺中國❘圖

叫外賣、逛網店、打遊戲、移動支付……中國8.29億網民時刻通過網絡享受著一個個數據中心的服務。

海量數據背後是驚人的耗電量。據工信部網站數據,截至2017年底,我國各類在用數據中心總量已經達到28.5萬個,全年耗電量超過1200億千瓦時,約佔我國全社會用電量2%。

隨著5G時代來臨,數據中心耗電量將更大,綠色數據中心呼之欲出。

2019年2月,工信部、國家機關事務管理局、國家能源局發佈《關於加強綠色數據中心建設的指導意見》(以下簡稱《意見》),要求到2022年,數據中心平均能耗基本達到國際先進水平。

不過,這並不是一個容易抵達的目標。

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從不停歇的“電老虎”

數據中心從來不在你我身邊,但是跟每個人的生活息息相關。

正如道路能不能暢通,要依賴於交通信號;電力能不能夠穩定供應,依賴於發電廠和電網的調度。“我們能不能付錢、坐車,買東西……對應的都有信息系統。所以但凡需要有信息,有軟件來提供服務支撐的地方,最終都會有數據中心這個物理載體。”中國工程建設標準化協會信息通信專業委員會副主任委員曲海峰說。

神秘的數據中心,其實有個更通俗的名字——數據機房。早在1945年,數據機房伴隨著美國第一臺全自動電子數字計算機“埃尼阿克”的誕生而出現。1971年,微型計算機時代開啟,大中小型機房並存發展。1995年互聯網興起,數據機房開始演進成今日的數據中心。

事實上,數據中心的生命週期普遍為10-15年,一旦開始運行,就從不停歇。馬不停蹄的數據中心是“電老虎”,一個大型數據中心用電量相當於一個美國小城市的總電量。

高能耗背後,電費並非都花在核心組件運行上。電腦和手機用久了會發燙,數據中心裡有千億級別的芯片,發燙程度要遠高於電腦和手機,所以,大量的電力用於冷卻。

根據2007年美國Green Grid發佈的數據中心節能指南顯示,只有35%的電供給IT通信設備,36%的電用來冷卻,9%的電供給空調系統。

数据中心耗电量占全国2%, 如何降服云上“电老虎”

數據來源:美國Green Grid發佈的數據中心節能指南(2007年) 南方週末特約撰稿 崔珠珠整理 馮慶超❘製圖

如同發燒需要量體溫來體檢,數據中心的高能耗催生了PUE指標。PUE全稱“Power Usage Effectiveness(平均電能使用效率)”,是數據中心消耗的所有能源與IT負載使用的能源之比,比值越接近於1,表明能效、綠色化程度越好。

《意見》要求,2022年,新建大型、超大型數據中心的PUE值達到1.4以下。

根據公開數據,Facebook、微軟和谷歌數據中心的PUE值在1.05-1.2之間,BAT的PUE也均在1.2左右。但中國中小規模,尤其早期建設的數據中心PUE值距離1.4還有較大差距。

施耐德電氣數據中心首席架構師張子揚長期關注數據中心運維,他將中國的數據中心建設分為上下半場。上半場主要是金融、政府機構和國企等,多數為十到二十年前建立;下半場則是互聯網企業,會帶來第二次的建設高潮。

“《意見》的出臺,提供了方向和指引綱領,也為耗能型數據中心敲響了警鐘。”張子揚說。

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把數據放入天然冰箱

讓數據中心變得更綠不只是政策要求。

張子揚留意到,《騰訊傳》一書提到,對於互聯網巨頭企業而言,多部署一臺服務器,就意味著客戶體驗的改善和用戶數量的激增。

目前,中國數據中心包括自建、租用運營商數據中心以及租用數據中心提供服務三種模式。第一種相當於自建房,自己裝修、使用、維護、保養;第二種相當於租房子,享受別人提供的物業服務;第三種更像住酒店,只購買一種來自數據中心提供商所提供的服務即可。

曾經,運算能力排在首位,為了維持安全穩定不惜一切代價。如今,電費佔數據中心運維總成本60%-70%,高額電費也成為企業數據中心的負擔。

“老百姓能夠看到的是給手機充電,老百姓看不到的是數據中心的連續穩定運行。”曲海峰分析,“以前很多人覺得設備就非常貴了,電很便宜無所謂,後來發現設備越來越便宜,電卻越來越貴。”

把數據中心放入天然“冰箱”,降低空調冷卻用電是最簡單的方案。微軟的數據中心在加利福尼亞海岸約30英尺深的海底,Facebook將數據中心設立於北極圈以南100公里的瑞典呂勒奧鎮,阿里雲千島湖數據中心利用了深層湖水製冷。

蘋果在烏蘭察布、BAT等在貴州建數據中心都有類似原因。“富士康選擇貴州的一個重要原因,便是這裡得天獨厚的生態優勢。”2014年6月,總投資2.2億元的富士康綠色隧道數據中心完工後,富士康科技集團總裁郭臺銘說。

不只降低能耗,歐美互聯網公司使用可再生能源為數據中心供電已蔚然成風。

谷歌母公司Alphabet在2019年2月被評為全球最清潔的公司(詳見報道《全球最清潔的200公司,第一名你很熟悉但猜不到》),發出榜單的主辦方As You Sow首席執行官Andrew Behar表示,“谷歌採用100%可再生能源所產生的碳影響,相當於讓100萬輛汽車永久停駛,我們希望所有信息通信技術公司也這樣做。”

選址靈活的綠色數據中心還可能帶動儲能、潮汐能的發展。“中國有一萬多公里的海岸線,如果合理潮汐電站加數據中心模式能夠做成,意義將十分重大。”張子揚說。

不過,像內蒙古、寧夏等地區,雖然可再生能源豐富、電費便宜,但當地網絡條件還需加強,“打個比方,土豆很便宜,但是把土豆運過去很貴。”曲海峰說。

其實,除了自然冷卻,一位研發芯片的工程師告訴南方週末記者,最根本的省電辦法是減少數據中心的發熱。“如果芯片性能提高,需要更少的電流就可以更高效工作,芯片電阻產生的熱能會隨之降低。”但中國芯片研發起步晚,他估計至少十年才會有突破。

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運維能力短缺

目前,數據中心綠不綠,主要參照《國家綠色數據中心試點評價指標體系(2017)》,這並非強制的標準。

《意見》也提出,要建立完善綠色標準評價體系等長效機制。工信部節能司能源節約處副處長袁令在接受科技日報採訪時說,已修訂綠色數據中心國家標準等一系列重點標準,並且將其作為試點建設和評鑑的核心依據。

我國綠色數據中心的試點工作一直在進行。在2012年的《工業節能“十二五”規劃》就已被提及,2015年,工信部等三部門公佈了包括多箇中國聯通、移動、電信分公司在內的84個國家綠色數據中心試點單位,貴州等14個國家綠色數據中心試點地區。

2017年12月,工信部公佈了49家國家綠色數據中心名單,其中電信和互聯網領域各有17家,其餘為公共、金融機構等。

名單中的數據中心都頗為低調,南方週末聯繫了名單中的4家,均以不方便或者涉及機密而拒絕了採訪。此外,阿里雲、華為雲、騰訊雲也都婉拒了採訪。

對於最核心的PUE值,除了少數互聯網巨頭數據中心公佈的數據外,很難找到其他數據中心的PUE值。

綠色數據中心的評估過程,還缺乏公開度。

張子揚認為,從技術上看,PUE的驗證技術已經不是難題。“反之,如果不規範的企業在驗證過程中,只是改變一些測量點,甚至挪動一下位置就改變PUE值,畢竟驗證的人很難了解真實的IT負荷部署,這樣的評估就失去了原有的意義。”

數據中心的人才短缺已經跟不上數據中心建設速度。“數據中心追求低PUE、快速響應也對運維人員提出了更高要求。”2018年10月,中國信息通信研究院聯合開放數據中心委員會發布的《數據中心白皮書》透露。

運維能力短缺給施耐德這樣的能效管理機構提供了商機。“施耐德電氣專注於各個行業的能效管理,我們既不發電也不用電,我們負責的是能源的智能分配和管理,並能夠讓能源更加可靠、高效和綠色的使用。”張子揚說。

白皮書還預測,我國數據中心市場未來三年仍處於快速發展期,預計到2020年市場業務總收入可達1500億元。

嗅到商機的不只是施耐德。除了大型及超大型數據中心外,專注電源管理與散熱解決方案的臺達還看好200平方米以下中小型數據中心的“綠化”服務,“比如各大銀行的網點、政府電子政務、中小企業及未來5G+邊緣計算數據中心等。”臺達高級經理葉新平說。

強制的標準出臺之前,中小型的綠色數據中心可以先自我提升。例如臺達吳江數據中心為企業自有數據中心,只有135平米,在建設時注重垃圾分類回收、使用不破壞臭氧層的製冷劑並利用屋頂的光伏發電,後獲得了美國綠色建築委員會的LEED金級認證。

事實上,在節能之外,綠色數據中心之“綠”還涵蓋了多個環境要素,例如廢舊鉛酸蓄電池若處理不當,鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬會對環境造成危害。

因此,《意見》也明確提到,水資源利用效率和清潔能源應用比例應該大幅提升,廢舊電器電子產品需得到有效回收利用。

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