1 、 數(shù)據(jù)中心面臨持續(xù)高增長的發(fā)展環(huán)境

1.1國家政策牽引數(shù)據(jù)中心投資持續(xù)加大

當前全球新一輪科技革命和產業(yè)革命正在孕育興起,數(shù)字經濟處于密集創(chuàng)新和高速增長的階段,成為促進經濟社會發(fā)展的主要推動力?自2015年我國提出“國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略”以來,推進數(shù)字經濟發(fā)展和數(shù)字化轉型的政策不斷深化和落地,2017年以來“數(shù)字經濟”已經連續(xù)四年被寫入政府工作報告,2019年至今,國家發(fā)展改革委?工業(yè)和信息化部?中央網信辦等部門已出臺十余項國家層面數(shù)字經濟發(fā)展相關政策?

數(shù)據(jù)中心是數(shù)字經濟時代的核心基礎設施和國家戰(zhàn)略資源,在2020年特殊時期,數(shù)據(jù)中心和5G?人工智能?工業(yè)互聯(lián)網等一起被列為國家“新基建”七大投資領域之一,數(shù)據(jù)中心迎來建設新高潮?除了傳統(tǒng)的以出租機柜為主營業(yè)務的IDC企業(yè)和電信運營商,各路第三方資本亦蜂擁而入進入數(shù)據(jù)中心行業(yè),比如以三峽為代表的電力企業(yè),以沙鋼等為代表的鋼鐵企業(yè),以萬達等為代表的地產企業(yè)等?

1.2數(shù)據(jù)流量激增為數(shù)據(jù)中心發(fā)展打開成長空間

隨著5G快速發(fā)展,線上辦公?4K/8K高清視頻高帶寬應用場景的爆發(fā),以及物聯(lián)網應用技術的發(fā)展,數(shù)據(jù)流量將以數(shù)十倍的量級快速增長?云計算的持續(xù)深化發(fā)展,也推動著數(shù)字化的觸角加速向產業(yè)端?生產端等維度延伸,各行各業(yè)的數(shù)字化轉型進程正在按下“快進鍵”,全網流量高速增長?

數(shù)據(jù)資源日益成為關鍵生產要素,數(shù)據(jù)流量的猛增為數(shù)據(jù)中心發(fā)展打開新的成長空間?當前,我國數(shù)據(jù)中心正進入新一輪快速發(fā)展期,傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心轉型升級,新一代數(shù)據(jù)中心加速布局,國家在新時期大力推進“大數(shù)據(jù)中心新基建”,旨在通過數(shù)字化?智能化技術,為智能經濟的發(fā)展和產業(yè)數(shù)字化轉型提供底層支撐,數(shù)據(jù)中心發(fā)展勢能有望快速釋放,如圖1所示?

2、數(shù)據(jù)中心建設發(fā)展需重點考慮因素

2.1快速部署是贏得客戶的軟實力

互聯(lián)網業(yè)務呈現(xiàn)短時間內快速爆發(fā)的特征,受席卷全球的新冠疫情的影響,遠程辦公?在線直播?線上醫(yī)療等業(yè)務側數(shù)據(jù)和流量需求激增,業(yè)務發(fā)放響應速度從以周?天為單位提升到以小時為單位計算,數(shù)據(jù)中心需要具備更快的建設速度,及時供應短時間內爆發(fā)的租戶和業(yè)務需求?

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設需要經過現(xiàn)場工勘?深化設計?土建施工?設備安裝?調試驗收?試運行?整改等過程,總體需要20個月以上的時間,周期長?過程復雜,難以匹配“云”業(yè)務的快速部署的應用需求?在大數(shù)據(jù)時代,數(shù)據(jù)中心由支撐系統(tǒng)轉為生產系統(tǒng),對于數(shù)據(jù)中心從業(yè)者來說,實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心快速建設?業(yè)務快速上線,是提升市場競爭力的關鍵所在,是贏得客戶的軟實力?未來,數(shù)據(jù)中心產品上市時間(TTM)將從典型水平的9~12個月降低至6個月?甚至3個月?

2.2低碳節(jié)能是政策導向的硬約束

數(shù)據(jù)中心蓬勃發(fā)展的同時,數(shù)據(jù)中心行業(yè)能耗問題也再次受到社會各界廣泛關注?尤其在我國提出2030年“碳達峰”和2060年“碳中和”的宏偉目標下,數(shù)據(jù)中心綠色發(fā)展問題變得尤為迫切?2020年以來,從國家到地方各層面密集出臺各種PUE相關政策,驅動數(shù)據(jù)中心向綠色節(jié)能方向發(fā)展,建設更高效節(jié)能?綠色低碳的數(shù)據(jù)中心成為主要方案,綠色清潔能源?能源高效節(jié)能技術將是數(shù)據(jù)中心能源未來的發(fā)展方向?近年來,國家有關部委和地方政府紛紛出臺了數(shù)據(jù)中心建設能效標準和監(jiān)管政策,數(shù)據(jù)中心建設也進入了能效強監(jiān)管時代,PUE將是數(shù)據(jù)中心建設的硬約束?

2.3降本增效是投資運營方的核心訴求

各路資本殺入數(shù)據(jù)中心這一新基建,最終目的還是希望投資能夠獲得好的收益,因此降低建設成本和運營成本是投資方的核心訴求?傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設一般要將機樓以及配電?暖通等基礎設施一步到位,初期建設投資大,資金利用率低,投資回報慢?新一代數(shù)據(jù)中心建設需要創(chuàng)新建設模式,實現(xiàn)滾動投資?滾動建設,降低初期投資壓力,因此實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的靈活部署?按需擴容將是發(fā)展方向?解決方案是數(shù)據(jù)中心采用全模塊化的架構,如模塊化UPS?模塊化鋰電?模塊化配電等?能耗成本是數(shù)據(jù)中心最大的運營成本,降低運營成本的關鍵是降低能耗,低PUE不僅是政府的強制要求,也是數(shù)據(jù)中心從業(yè)者的自身需要?此外實現(xiàn)運維的自動化和智能化?提高運維效率也是降低運維成本的重要方向?

3、數(shù)據(jù)中心技術發(fā)展趨勢

從上面的分析可看到,低碳節(jié)能?快速部署?低成本建設運營是未來數(shù)據(jù)中心建設的核心訴求,而傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設和運營往往面臨建設周期長?能耗高?運維效率低等挑戰(zhàn)?我們認為,數(shù)據(jù)中心的預制化?模塊化?綠色化?智能化是解決上述問題的有效手段,是未來數(shù)據(jù)中心的技術發(fā)展方向?

(1) 數(shù)據(jù)中心級架構極簡將成為主流,預制化?模塊化逐漸從數(shù)據(jù)中心的弱電設備?環(huán)境設備向整個數(shù)據(jù)中心延伸?

(2)數(shù)據(jù)中心高效和節(jié)能將成為主流,供電系統(tǒng)的電能轉化和傳遞效率將進一步提升,制冷系統(tǒng)將充分利用自然冷源給數(shù)據(jù)中心降溫?

(3)在AI等技術加持下,數(shù)據(jù)中心管理系統(tǒng)將變得更加智能,提升運維效率?

3.1數(shù)據(jù)中心級架構極簡將成為主流

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設采用攢機模式,不僅建設周期長,初期投資成本大,而且各個子系統(tǒng)之間孤立,規(guī)劃和建設分離,拼湊式建設模式給后期運維管理也帶來極大的難度?為應對此弊端,數(shù)據(jù)中心級架構極簡將成為主流,模塊化逐漸從數(shù)據(jù)中心的弱電設備?環(huán)境設備向整個數(shù)據(jù)中心延伸,從模塊化UPS?模塊化溫控?模塊化母線等數(shù)據(jù)中心部件到電力/水力模塊?微模塊?IT模塊等模塊化解決方案再到一層一DC等模塊化數(shù)據(jù)中心?隨著用戶對于數(shù)據(jù)中心彈性建設?快速交付的要求愈發(fā)高,以及對邊緣數(shù)據(jù)中心的快速增加,微模塊數(shù)據(jù)中心?模塊化UPS?模塊化溫控等模塊化產品將迎來海量的增長新機遇?在預制化?全模塊化設計下,將各個子系統(tǒng)預集成在模塊內,在工廠進行預制組裝,標準化生產流程,各個模塊品質如一,多系統(tǒng)協(xié)同設計,并且在出廠前完成全系統(tǒng)調試和測試,確保高質量和高可靠性?同時現(xiàn)場只需完成極簡施工,可大大降低現(xiàn)場管理難度及施工風險,有效提升數(shù)據(jù)中心可靠性?整體而言,架構極簡的數(shù)據(jù)中心具備快速部署?彈性擴容?運維簡單?高效節(jié)能等優(yōu)勢?

3.2供電系統(tǒng)融合極簡,走向預制化?模塊化和鋰電化

數(shù)據(jù)中心傳統(tǒng)供電系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)采用分散部件集成的方式,導致不同設備分屬不同廠家?不同品牌,存在系統(tǒng)部署周期長且復雜?運維難等問題?未來,各系統(tǒng)將持續(xù)向一體化全鏈路融合演進,UPS?溫控?母線等將向產品化?模塊化方向發(fā)展?以建設1500柜的數(shù)據(jù)中心為例,采用分散采購?現(xiàn)場集成的傳統(tǒng)并機供電方案,交付時間需2個月,面臨設備雜?占地大?效率低等問題,而采用工廠預制?全鏈融合的電力模塊方案,實現(xiàn)一站式交付,2周即可交付,省時75%,減少占地面積40%?

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)采用鉛酸電池,應用瓶頸日趨嚴重,存在系統(tǒng)割裂且復雜?占地面積大?維護成本高等問題,隨著鋰電池成本持續(xù)下降,鋰電將在數(shù)據(jù)中心得到規(guī)模應用,數(shù)據(jù)中心供配電逐漸走向全面鋰電化?鋰電池生命周期是鉛酸電池的兩倍,十年生命周期內無需更換,短時大倍率放電能力強,適合大電流短時備電,能量密度高,約為鉛酸電池的3倍,可節(jié)省占地面積70%,承重要求低,支持模塊入列,無需考慮專業(yè)電池間,實現(xiàn)供電系統(tǒng)的高密化和模塊化?

3.3制冷系統(tǒng)風進水退,傳統(tǒng)冷凍水系統(tǒng)將被逐步替代

冷凍水系統(tǒng)架構復雜,需經過7大部件(冷水機組?冷卻塔?蓄冷罐?溫控末端?水泵?板換?管理系統(tǒng))的4次換熱過程,工程性強?周期長,運維復雜,不利于快速部署,適應不了未來不確定的IT業(yè)務需求?同時在低碳節(jié)能政策導向下,傳統(tǒng)冷凍水系統(tǒng)能耗高,耗水量大,將逐步被少水甚至無水的溫控系統(tǒng)所替代?

最大化利用自然冷源,間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)將成為致冷系統(tǒng)的主流?模塊化架構的間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)采用一體化產品設計,一箱一系統(tǒng),可縮短部署時間?降低運維難度,同時充分利用自然冷卻資源,由4次換熱過程簡化為1次,同時采用AI調優(yōu),大幅降低溫控系統(tǒng)的電力消耗,減少耗水,進一步降低PUE和WUE,在氣候適宜區(qū)域將成主流?

3.4管理系統(tǒng)自動化?智能化,數(shù)字化技術普遍應用

依托人工智能?大數(shù)據(jù)?區(qū)塊鏈等技術,以及即時通信技術(5G?PLC?IoT)等技術的迅速發(fā)展,為應用系統(tǒng)的進一步開發(fā)打造了堅實的數(shù)字化底座?數(shù)據(jù)中心將實現(xiàn)供電系統(tǒng)?溫控系統(tǒng)以及微模塊的自我檢測?自我診斷,設置系統(tǒng)級?機房級?DC級等多類型可視分析窗口,通過配電/制冷鏈路可視?設備故障影響分析?3D可視化?溫度云圖?AI遠程巡檢?機器人近端巡檢?移動App等保障數(shù)據(jù)中心基礎設施安全,大幅度縮短故障修復時間?減少人工巡檢工作內容?提高設備修復率?

隨著IOT?AI技術的不斷完善和普遍應用,重復勞動?專家經驗和商業(yè)決策將被逐漸替代,數(shù)據(jù)中心將逐步實現(xiàn)由運維?節(jié)能?運營等單域的智能化,向規(guī)劃?建設?運維?優(yōu)化的全生命周期數(shù)字化和自動駕駛演進?

AI能效優(yōu)化:利用AI動態(tài)建模技術,建立能耗與IT負載?氣候條件?設備運行數(shù)量等的機器學習模型,可在保障設備?系統(tǒng)可靠的基礎上,實時診斷各個子系統(tǒng)的能耗,準確推理和配置出數(shù)據(jù)中心最優(yōu)控制邏輯,實時調節(jié)參數(shù),降低數(shù)據(jù)中心PUE?

無人運維:傳統(tǒng)大型數(shù)據(jù)中心運維主要依賴于人工,運維效率低下,巡檢多為被動響應,質量不可控?未來數(shù)據(jù)中心基礎設施將逐步實現(xiàn)運維的自動駕駛?一方面,通過數(shù)字化技術,可實現(xiàn)7×24不間斷巡檢,大大提升運維效率,降低對運維人員的技能要求與依賴程度?另一方面,依托聲音識別?圖像識別?智能傳感器?機器人等,將極大提升數(shù)據(jù)中心無人巡檢準確度,變被動告警為預測性維護,最大程度降低數(shù)據(jù)中心運維風險和成本?提升資源使用率和運營收益,提升數(shù)據(jù)中心運營管理水平?