在國家雙碳戰略的大背景之下,數據中心作為數字新基建的重要組成,承載著經濟發展的重任,也是實現數字經濟碳中和的重點環節。實現數據中心碳中和,也不能簡單的理解為使用清潔能源,更應該從設計、建設,到投產運營,從全生命周期考慮,如何實現數據中心全面的低碳、節能的發展。

綠色數據中心從“基石”做起

對于一座數據中心來說,從開始設計到最終運營生產,會被分為5個層級,以區分不同建設、發展階段和服務內容。目前,數據中心行業比較常見的劃分方式如下:

L0:樓宇系統。包括機房、配套樓宇的土建等部分。

L1:數據中心物理基礎設施(DCPI)。包括:供電、制冷、機柜、管理、綜合布線、安全消防等。

L2:IT硬件平臺。包括服務器、存儲設備、網絡設備等硬件設施,其中亦涉及到與L1強耦合的綜合布線。

L3:IT軟件平臺。包括如操作系統、應用程序、安全防護等。

L4:業務。面向客戶的各種服務。

其中,L1層是數據中心除土建以外的物理基礎設施,可以說正是因為有L1層,數據中心才稱之為數據中心,否則只能稱為機房。數據中心L1從能源、環境、設施、安防等層面為數據中心運營提供基礎支撐。

因此,數據中心L1即是數據中心的穩定運營的基礎,也是決定數據中心是否綠色、高效、節能的最重要層級。例如,在主流的降低PUE的方法中,優化制冷系統是第一個要考慮的舉措。而供電系統優化、清潔能源應用等舉措也意味著未來數據中心碳中和的實現也要從L1層尋找答案。

技術上的碳中和挑戰

隨著云計算、大數據、人工智能、5G等數字技術的發展,數據中心承擔的業務內容以及建設形態都發生了巨大的變化。在國家提出了雙碳戰略目標之后,數據中心作為數字產業的基礎設施,同時承擔著數字經濟發展和實現數字產業碳中和的雙重重任,數據中心產業的發展面臨著諸多挑戰。

首先是能耗的不斷增長。目前全球數據中心用電量占全球總用電量2-3%,并且有持續增加的趨勢。從中國看,根據2018年的數據顯示,當年全國數據中心耗電1600多億度,占全國用電量2%左右,相當于9855萬噸的碳排放,需要種植1.4億棵樹進行二氧化碳吸收才能達到碳中和。

其次是傳統建設模式存在周期長、更新慢的缺點。傳統的數據中心建設模式的建設周期一般接近兩年,而IT設備和數字技術演進速度日益加快,基本上達到3年換代的頻率。以至于部分保守設計的數據中心出現了建成即落后的尷尬局面。

第三是新形勢下的運維困境。隨著技術進步和業務需求的變革,數據中心形態也發生了諸多變化,云DC大愈大,邊緣DC小愈多。大數據中心IT功率密度不斷提升,結構日益復雜。邊緣數據中心分散四處,難以管理。愈加復雜卻效率低下的傳統運維方式對運維人員的數量、質量都提出了超高要求,以至目前有60%的數據中心招不到合格運維人員。

第四點這是電力供給穩定性的挑戰。隨著數據中心承載更多的高性能計算和存儲的高能耗業務,其耗電量也隨著數據中心規模的提升和單柜功耗的提升越來越大,對供電系統的壓力也同樣增加。根據Uptime發布的2020年數據中心宕機原因調查顯示,37%的宕機由供電系統故障引起。

來自“互聯網”的碳中和需求

在數據中心自身技術因素之外,云計算的興起、大型互聯網應用的出現,也在產業模式上改變著數據中心產業。各大互聯網公司依托自身業務優勢,紛紛進軍云計算產業,并且紛紛開始自建、合建符合自身業務需求的大規模、超大規模數據中心。

據市場調研機構的最新數據顯示,截至2020年第二季度末,全球超大規模數據中心的數量增長至541個,另有有176個數據中心處于計劃或建設階段。國內的情況類似,特別是新基建提出以來,BAT為代表的的互聯網大廠也紛紛入局。比如阿里投資2000億的新基建計劃中明確包括數據中心建設,騰訊宣布將新增多個超大型數據中心集群,百度則表示未來十年將新增超過500萬臺智能云服務器。

相比于傳統IT業務,云計算、互聯網業務對數據中心的要求除穩定性、安全性更高外,還有功能定制化、資源彈性化、交付快速化等新需求。很多互聯網企業會深度介入數據中心的建設,從最初的選址、設計,到后期的建設、運營,都會提出基于自身業務的需求,因此數據中心的從建設形態上已經開始受到應用層產業變動的影響。

此外,在碳中和的大背景下,互聯網企業也注意到了數據中心的碳排放情況,并且將促進產業鏈上游碳中和作為自己的責任。比如蘋果、谷歌、微軟、Facebook等紛紛表示將努力促進業務所屬數據中心的碳中和實現。這一趨勢,也將碳中和作為一個與技術性能同等的指標,擺在了數據中心建設、運營商的面前。

如何更好的解決數據中心面臨的產業模式、技術形態變動帶來的挑戰,實現數據中心產業的碳中和,是需要整個行業共同面對的問題。對此,華為通過對數據中心L1層服務的重構和改進,給出了答案。

“四大重構”打造下一代數據中心

因自身業務需求,華為在數據中心設計、建設、運維及運營方面積累了豐富的經驗和創新技術、管理理念。特別是在L1層,華為已經形成了一整套的數據中心L1整體解決方案,在資源管理、進度管理、質量管控、集成運營與運維能力等方面具有無可比擬的優勢,可以全力保障數據中心交付,并提供持續運營能力。

為應對碳中和背景下數據中心面臨的挑戰和行業痛點,華為數據中心能源解決方案從數據中心全生命周期的角度,基于L1層、超越L1層,通過重構架構、重構溫控、重構營維,重構供電,打造下一代極簡、綠色、安全、智能的數據中心。

重構架構。數據中心的碳排放不僅產生在運營中,建設、施工階段產生的碳排放一樣應該受到重視。華為采用全模塊化設計和全預制化的極簡建設模式,可實現施工期間用水和建筑垃圾減少80%,可回收率超過80%。在減少90%施工碳排放的同時,還可以大幅提升交付效率,縮短建設周期,滿足按需部署,分期投資的需求。以1000機柜數據中心為例,重構后的架構可將建設周期由20個月縮短到6-9個月。

重構溫控。通過間接蒸發冷卻和iCooling智能能效優化等解決方案,實踐“風進水退”的理念,大化利用自然冷源,大幅降低能源利用效率(PUE)。同時采用去架空地板架構,彌漫式送風等措施,實現了數據中心運營中的PUE降低8%-15%、用水減少40%,并且提了功率密度及出柜率。

重構供電。華為數據中心能源iPower智能解決方案供配電系統設備從被動維護到主動預警,實現AI預測性維護,全面保障供電安全。iPower電力模塊相比傳統方案可省地40%,提升10%的出柜率。同時,華為UPS專利智能在線模式轉換效率高達99.1%,從變壓器到UPS輸出全鏈路效率高達97.6%,相比業界高出3.6%,1500柜12MW的數據中心10年可省電費1550萬元。

重構運維。應對日益復雜的運維環境,華為通過智能運維解決方案實現了運維智能化、可視化、數字化,大幅提升了運維質量和效率。華為智能運維解決方案可以節省35%的運維成本,并將資產利用率提升20%,實現數據中心全鏈路預測性維護、端到端能效調優、極致營維效率及資源利用率。

賦能產業走向“碳中和”

據悉,華為在全球已經建設了1000+的數據中心,其中包括如新一代智能“低碳”貴安華為云數據中心等在內的200多個自建、自用及自管理的數據中心。在這個過程中,華為高度關注數據中心的綠色、節能發展,并積累了豐富的數據中心低碳建設、管理、運營經驗。

將綠電引入數據中心,是實現數據中心運營碳中和的終極手段。除不斷改進數據中心的建設、運營,華為還在數據中心的清潔能源供給方面進行了大規模實踐。目前,華為已在青海省建設成了全國首個100%利用綠色能源建設的大數據產業示范基地。利用青海本地的水電、風電、光伏等電力資源,為面積高達1200畝的數據中心園區提供清潔電力。

能力越大,責任越大。一直以來,將自身能力賦能產業是華為服務行業數字化轉型的理念。華為數據中心能源通過向行業提供數據中心L1服務解決方案,將經過四大重構的數據中心建設理念普及到全行業,并將持續助力數字化程度領先的互聯網行業的基礎設施建設,攜手推動數據中心產業的低碳發展,打造綠色節能的數字經濟格局,促進產業乃至全社會的碳中和實現而做出積極的努力。