“十四五”規(guī)劃和2035目標綱要提出,加快構建全國一體化大數(shù)據(jù)中心體系,強化算力統(tǒng)籌智能調度,建設若干國家樞紐節(jié)點和大數(shù)據(jù)中心集群。今年2月國家發(fā)展改革委等部門正式發(fā)布通知,同意在京津冀、長三角、成渝、內蒙古等8地啟動建設國家算力樞紐節(jié)點,并規(guī)劃10個國家數(shù)據(jù)中心集群?！皷|數(shù)西算”工程正式啟動,這為數(shù)據(jù)中心帶來新機遇。
　　
　　那么,究竟什么樣的數(shù)據(jù)中心才能迎接來自未來的挑戰(zhàn)?2022年5月26日,華為在東莞松山湖面向全球發(fā)布了下一代數(shù)據(jù)中心理念和滿足下一代數(shù)據(jù)中心需求的重磅武器——全新供電解決方案電力模塊3.0。
　　

　　未來的數(shù)據(jù)中心可以被看作是一個智能生命體。人工智能技術建模,實時監(jiān)測,通過智能模型時刻關注可用空間、電力與網(wǎng)絡,保證資源得到最合理利用。基于此,華為攜同全球數(shù)據(jù)中心行業(yè)領袖和技術專家展開廣泛深入研討,提煉出下一代數(shù)據(jù)中心應具備的四大特征:低碳共生、融合極簡、自動駕駛、安全可靠。
　　
　　1.低碳共生:下一代數(shù)據(jù)中心將是全綠色、全高效、全回收的數(shù)據(jù)中心。面對高能耗、高資源消耗的挑戰(zhàn),通過資源源頭(電力輸入、水、土地、氣候)的綠色化,實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心與自然的和諧共生。大規(guī)模使用綠電,就近消納本地光電、風電、水電等綠色電力,減少火電使用,“解綁”石化能源依賴。同時,在數(shù)據(jù)中心園區(qū)部署分布式光伏,充分利用園區(qū)屋頂及土地資源,可降低數(shù)據(jù)中心碳排放1%-2%。通過使用回收水及替代方式,減少清潔水的消耗。集約化利用土地資源,增加每平方米土地算力產出。通過選址或者技術手段,更大程度使用自然冷源。通過熱回收技術,利用數(shù)據(jù)中心運行過程中產生的熱量。通過推廣新型裝配式綠色建筑,采用綠色建筑材料,材料回收率力爭超過80%。采用無鉛無鹵的綠色可回收新材料,提高材料回收利用率,促進數(shù)據(jù)中心低碳循環(huán)可持續(xù)發(fā)展。
　　
　　2.融合極簡:為應對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設慢、運維難等問題,在數(shù)據(jù)中心不斷升級發(fā)展的道路上,對“簡單”的持續(xù)追求將驅動部件、設備、系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心架構的融合極簡(數(shù)據(jù)中心建筑和機房形態(tài)、供電系統(tǒng)、溫控系統(tǒng))。采用預制模塊化建設模式,將數(shù)據(jù)中心化整為零,改變建筑形態(tài),從傳統(tǒng)的“鋼筋混凝土+現(xiàn)場施工”轉變成“裝配式鋼結構建筑+工廠預制”。通過全模塊化架構設計,改變機房形態(tài),集成機柜、溫控、供電、監(jiān)控、消防等子系統(tǒng),縮短交付周期縮短,降低運維難度,提升能效水平。將數(shù)據(jù)中心建設從串行走向并行,實現(xiàn)快速交付,按需部署,滿足云數(shù)據(jù)中心時代的業(yè)務快速上線訴求。在不改變供電鏈路的情況下,對大型數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)的部件進行技術創(chuàng)新和融合,優(yōu)化系統(tǒng)空間布局。利用拓撲池化、器件優(yōu)化等技術,提升UPS模塊功率密度,從而有效減少占地面積。在供電鏈路上進行創(chuàng)新,從全鏈路全方位進行設計,使其達到最簡,降低鏈路復雜度。將溫控系統(tǒng)多部件融合成一個模塊,實現(xiàn)“一模塊一系統(tǒng)”,簡化冷鏈,有效縮短安裝交付周期和運維難度。直接利用自然冷源為數(shù)據(jù)中心降溫,從多次熱交換變成一次熱交換,縮短制冷鏈路,從而提升制冷效率。未來,對于機柜功率20kW以上的場景,以液冷為主、風冷為輔,風液結合的制冷方式將成為主流。
　　
　　3.自動駕駛:“運維自動、能效自優(yōu)、運營自治”重構數(shù)據(jù)中心運營和運維管理模式。通過運維自動,5分鐘完成2000機柜巡檢;通過能效自優(yōu),1分鐘內從140萬個算法組合中推斷出最佳冷卻策略,實現(xiàn)從制冷到“智”冷;通過運營自治,最大化挖掘資源價值?；贏I的iCooling數(shù)據(jù)中心能效優(yōu)化解決方案,可在給定的氣候、業(yè)務等條件下,通過深度神經網(wǎng)絡訓練得出PUE預測模型。根據(jù)實時的氣象條件、IT負載等參數(shù)推理,iCooling不僅能在1分鐘內,從17萬種組合中找出在當前室外環(huán)境、IT負載下的最優(yōu)參數(shù)組合,并能根據(jù)業(yè)務要求進行多層過濾,最后得出最合適的指令,下發(fā)執(zhí)行并反饋效果,實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心能效最優(yōu)。
　　
　　4.安全可靠:“主動安全、架構安全”保障數(shù)據(jù)中心的高質量、可持續(xù)發(fā)展。通過AI預測性維護,實現(xiàn)從“治病”到“治未病”。通過系統(tǒng)自動化故障響應,實現(xiàn)“1分鐘發(fā)現(xiàn),3分鐘分析,5分鐘業(yè)務恢復”,故障快速閉環(huán);部件支持熱插拔,整個設備采用冗余設計,單點發(fā)生故障的時候,0毫秒切換至冗余模塊,大大增加了穩(wěn)定性。從器件到DC,三重防護構筑安全防線,系統(tǒng)可用性達到99.999%。
　　
　　下一代數(shù)據(jù)中心在以上四個方面將會產生出許多突破性的技術、產品與解決方案,這些技術、產品和解決方案將引領整個數(shù)據(jù)中心行業(yè)走向綠色、安全、智能、高效。
　　

　　未來,數(shù)據(jù)中心將呈現(xiàn)高密化、規(guī)?；l(fā)展態(tài)勢。供電系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心的“心臟”,如繼續(xù)采用傳統(tǒng)方式,占地面積將會擠占IT系統(tǒng)空間,二者比值接近1:1。同樣,鏈路的增加也產生了更多的消耗和損耗。而且,交付現(xiàn)場的情況也變得更加復雜:現(xiàn)場人工作業(yè)時間延長、安全隱患突出、運維成本的居高不下。通過不斷摸索、實踐與改進,華為研發(fā)出了滿足下一代數(shù)據(jù)中心需求的重磅武器——電力模塊3.0。通過核心技術的創(chuàng)新和部件融合,優(yōu)化布局,打造更為省地、省電、省時、省心的數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)。
　　
　　1.省地:占地面積節(jié)省40%。通過采用創(chuàng)新的融合架構和業(yè)界超高密的UPS5000-H,提高單柜功率密度,優(yōu)化供電系統(tǒng)的空間布局,22柜變11柜,大幅節(jié)省占地面積。以12MW的數(shù)據(jù)中心為例,與傳統(tǒng)攢機供電方案相比,采用電力模塊3.0方案所節(jié)省的占地面積,可多部署170多個機柜。大量新的底層技術和撲翼式復合隔離開關,把原本橫向的空間變成了縱向空間,內部元器件也進行了重新開發(fā)。在UPS功能模塊中,整流模塊和充放電模塊融合成一個電路,整個切換模式變得更加安全可靠。在滿足兩個電路工作的情況下,將整個占地面積降低到50%,可以在600K機柜的固定空間里,兼容三個負荷隔離開關。
　　
　　2.省電:電能損耗降低70%。傳統(tǒng)供電方案鏈路效率通常不高于94.5%，而電力模塊3.0縮短了鏈路，全鏈路效率達97.8%。UPS5000-H智能在線模式效率高達99.1%，可有效降低電能損耗。以12MW數(shù)據(jù)中心為例，電力模塊3.0可以將整體效率提升3.3%，相當于損耗降低70%、PUE值降低0.03，這就意味著每年可以節(jié)省電費200萬元。
　　
　　3.省時:交付時間縮短75%。電力模塊3.0內部連接采用預制廊橋式母排,且在工廠完成預制和調測,交付周期從2月縮短至2周。
　　
　　4.省心:SLA故障降低38%。基于“自動駕駛”的理念,結合AI技術,電力模塊3.0配置了iPower智能特性,具備全鏈可視,以及AI溫度預測、關鍵部件壽命預測、智能整定等雙層可靠設計,實現(xiàn)運維從“被動響應”到“自動自預”的轉變。在硬件配置上實現(xiàn)了獨立的熱備份單元和濾波單元。在市電的工作模式下,在硬件上增加一個獨立濾波單元,同時逆變部分處于7×24小時的熱備份狀態(tài)。當市電出現(xiàn)異常,可以做到0毫秒切換。此時,整個熱備份的功率降到最低,卻依然可以維持99.1%的效率。當前數(shù)據(jù)中心,供應鏈系統(tǒng)都是獨立的孤島,給運維帶來了極大困難,也帶來了極大的安全隱患。尤其是供配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障后,結果經常是災難性的。華為利用AI技術,通過大量傳感器和中央控制器，打造全程可視、預測性維護的雙重安全運維模式，故障率下降38%。
　　

　　長期服務數(shù)據(jù)中心行業(yè)需要企業(yè)擁有長技術鏈,同時對產品集成的能力要求也高。多年來,華為一直投入創(chuàng)新,以產品和解決方案滲透不同行業(yè),積累了豐厚的實踐經驗,也使之對行業(yè)有了深刻理解。
　　
　　多年來,華為一直堅持源頭綠色化,以盡可能地使用綠色能源。同時,華為還在思考,如何充分利用自然冷源進行制冷,降低對能動系統(tǒng)的依賴。從算力的角度,華為選擇充分挖掘每一平方米土地的價值,使之承載更多算力。目前,華為已經將評價數(shù)據(jù)中心綠色的標準從PUE轉向集PUE、WUE、CUE、SUE等在內的綜合評價體系,全生命周期考量能源供應、利用與回收，并從技術可行性與經濟效益兩個維度持續(xù)探索，希望可以通過技術手段實現(xiàn)余熱回收再利用。
　　
　　而實際上,數(shù)據(jù)中心一直都存在技術超前的問題。一個數(shù)據(jù)中心需要承擔10年以上的生命周期,但是服務器一般3年就需要更換。因此就需要在數(shù)據(jù)中心設計之初規(guī)劃好未來3-5代的服務器裝載需求,才能做到向下一代兼容。同時,技術的不斷發(fā)展,數(shù)據(jù)中心在未來還會遇到很多不可知的挑戰(zhàn),因此需要一個靈活和富于彈性的架構。電力模塊3.0就采用了全模塊化設計,可以按照1.6兆瓦、2兆瓦、2.5兆瓦靈活擴容。這就是華為在面對不確定的需求和挑戰(zhàn)時，依然可以從容應對的底氣。也正因為如此,“東數(shù)西算”所帶來的機遇也會被華為緊緊抓住。
　　
　　華為高級副總裁、華為數(shù)據(jù)中心能源軍團CEO楊友桂認為,“東數(shù)西算”是對未來數(shù)據(jù)中心的一個整體的規(guī)劃和引導,將中國東部發(fā)達地區(qū)的算力需求與西部地區(qū)在綠色能源和土地方面的優(yōu)勢資源實現(xiàn)有機結合。隨著“東數(shù)西算”工程的正式啟動,數(shù)據(jù)中心集約化發(fā)展,需要進一步解放運維人力,因此華為選擇通過人工智能技術和架構來支撐數(shù)據(jù)中心的智能運維與自動駕駛。
　　
　　而提到智能運維,就不得不提下一代數(shù)據(jù)中心構想中頻繁被提及的AI。對此,華為數(shù)字能源首席營銷官方良周表示,傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的檢測是由人工定期巡檢的方式來進行的,一個2000機柜的日常巡檢人工大約需要2小時,當AI技術應用到數(shù)據(jù)中心日常檢測中,5分鐘就可以巡檢完畢。AI技術大大地提升了運維效率。不僅如此,AI技術應用到能效提升方面也同樣出色。一個4000機柜的數(shù)據(jù)中心,在采用AI提升能效之前PUE值是1.42,經過兩次大規(guī)模數(shù)據(jù)輸入和AI優(yōu)化,PUE值降到了1.25。這意味著,對于一個4000機柜的數(shù)據(jù)中心來說,每年節(jié)電可達3000萬度,折合成電費約為2000萬元。而一個大型的數(shù)據(jù)中心長期運行后,制冷容量和供電容量的實際使用率可能只有60%,通過AI技術可以使其使用率提升到80%左右。然而,AI技術最杰出的優(yōu)勢體現(xiàn)在安全上。以往數(shù)據(jù)中心的維護主要是被動響應告警，事后處理；現(xiàn)在則可以通過AI算法實現(xiàn)主動預防，數(shù)據(jù)中心的安全性得到大幅提升。