數(shù)據(jù)中心發(fā)展綜述
摘要：數(shù)據(jù)中心是承載算力資源、提供算力服務(wù)的重要物理載體，既具有傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的社會(huì)服務(wù)屬性，又具有促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的賦能屬性，是世界各國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的新型信息基礎(chǔ)設(shè)施。隨著各類人工智能應(yīng)用場(chǎng)景的日漸豐富和用戶需求的快速演進(jìn)，數(shù)據(jù)中心的發(fā)展迎來(lái)了全新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。主要對(duì)數(shù)據(jù)中心算力布局、算力類型、算力調(diào)度、算力網(wǎng)絡(luò)、綠色低碳和產(chǎn)業(yè)賦能等方面進(jìn)行研究，以期為算力技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供借鑒。
引 言
當(dāng)前，全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，數(shù)字化轉(zhuǎn)型加速推進(jìn)。在線辦公、智能駕駛等智能化數(shù)字應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，極大地推動(dòng)了生產(chǎn)力向前發(fā)展，提升了社會(huì)總體生產(chǎn)效率。數(shù)字應(yīng)用場(chǎng)景的落地離不開(kāi)算力的支撐，數(shù)據(jù)中心是融合計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)能力，對(duì)外提供高性能算力的核心載體，也是承載各類信息技術(shù)應(yīng)用，推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要底座。美日歐等世界主要國(guó)家和地區(qū)均在加速推動(dòng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)，通過(guò)政策引領(lǐng)、資金扶持等手段促進(jìn)算力產(chǎn)業(yè)發(fā)展。如圖1所示，截至2021年年底，全球算力總規(guī)模達(dá)到521 EFLOPS（FP32），美、中、日、德、英算力規(guī)模位居世界前列，分別占比31%、27%、5%、4%、3%。筆者重點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)中心算力布局、算力類型、算力網(wǎng)絡(luò)、算力運(yùn)維、算力調(diào)度、綠色低碳和算力賦能等方面進(jìn)行分析和研究，以期為算力技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供借鑒。
1 發(fā)展現(xiàn)狀
1.1 我國(guó)整體情況
近年來(lái)，我國(guó)數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)。中國(guó)信息通信研究院統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2022年年底，我國(guó)在用數(shù)據(jù)中心機(jī)架總規(guī)模超過(guò)650 萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架，算力總規(guī)模為180 EFLOPS（FP32），近五年年均增速超過(guò)30%，算力規(guī)模排名全球第二。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)數(shù)據(jù)中心呈現(xiàn)東密西疏、東多西少的布局特點(diǎn)。我國(guó)東部地區(qū)數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程較快，數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高；而西部地區(qū)數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程相對(duì)緩慢，算力需求相對(duì)較低。從省市數(shù)據(jù)來(lái)看，江蘇、上海、廣東、河北算力規(guī)模較高，均超過(guò)10 EFLOPS（FP32）。北京、浙江、貴州、山東、內(nèi)蒙古算力規(guī)模處于第二梯隊(duì)，均超過(guò)5 EFLOPS（FP32）。在數(shù)據(jù)中心總體規(guī)模增長(zhǎng)的同時(shí)，我國(guó)數(shù)據(jù)中心行業(yè)市場(chǎng)收入也在不斷提升。2022年，我國(guó)數(shù)據(jù)中心行業(yè)市場(chǎng)收入近2 000 億元，近三年年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到30.69%。未來(lái)，隨著我國(guó)各地區(qū)、各行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入推進(jìn)，數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)有望持續(xù)保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。
“東數(shù)西算”工程通過(guò)設(shè)立八大樞紐節(jié)點(diǎn)和十大數(shù)據(jù)中心集群引導(dǎo)我國(guó)數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)均衡布局、協(xié)同一體發(fā)展。樞紐節(jié)點(diǎn)的選取過(guò)程充分考察了各地區(qū)資源、能源、氣候等地理自然因素以及各地區(qū)算力需求狀況，在此基礎(chǔ)上確立了京津冀、長(zhǎng)三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝、貴州、內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏八大樞紐節(jié)點(diǎn)。其中，京津冀、長(zhǎng)三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝樞紐節(jié)點(diǎn)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型程度較高，算力需求旺盛，數(shù)據(jù)中心可重點(diǎn)支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、金融證券、災(zāi)害預(yù)警等高頻實(shí)時(shí)交互的業(yè)務(wù)需求；貴州、內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏等西部節(jié)點(diǎn)自然資源充沛、氣候適宜，適合開(kāi)展數(shù)據(jù)中心的綠色低碳化建設(shè)，可重點(diǎn)承接全國(guó)范圍的渲染加工、離線分析、存儲(chǔ)備份等非實(shí)時(shí)算力需求。目前，八大樞紐均在積極推動(dòng)數(shù)據(jù)中心相關(guān)項(xiàng)目落地，并構(gòu)建完善的算力產(chǎn)業(yè)生態(tài)，全面提升本地區(qū)算力服務(wù)水平。具體來(lái)看，長(zhǎng)三角樞紐蕪湖集群已簽約投建多個(gè)算力項(xiàng)目，如推動(dòng)中國(guó)電信全國(guó)一體化算力網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)三角國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)蕪湖數(shù)據(jù)中心集群建設(shè)運(yùn)營(yíng)，依托瓏騰數(shù)據(jù)打造圍繞無(wú)人駕駛、人工智能、云計(jì)算的高新算力服務(wù)產(chǎn)業(yè)園，依托安恒信息投資建設(shè)“數(shù)盾”產(chǎn)線長(zhǎng)三角總部基地，保障算力服務(wù)可靠安全等；粵港澳大灣區(qū)樞紐韶關(guān)集群開(kāi)展《韶關(guān)數(shù)據(jù)中心集群產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等編制工作，積極培育上下游產(chǎn)業(yè)；寧夏樞紐重視集群高質(zhì)量發(fā)展，2022年8月，北京市通信管理局、寧夏回族自治區(qū)通信管理局、中國(guó)信息通信研究院等單位聯(lián)合主辦“全國(guó)一體化算力網(wǎng)絡(luò)國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)（北京·寧夏）高質(zhì)量發(fā)展研討會(huì)”，研究探討全國(guó)一體化算力網(wǎng)絡(luò)國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)建設(shè)的新問(wèn)題、新趨勢(shì)，推動(dòng)信息通信行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
《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》對(duì)樞紐節(jié)點(diǎn)以外地區(qū)數(shù)據(jù)中心建設(shè)的發(fā)展方向也給出了相應(yīng)指引：對(duì)國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)以外地區(qū)，要重點(diǎn)建設(shè)面向本地區(qū)業(yè)務(wù)需求的數(shù)據(jù)中心；根據(jù)發(fā)展需要，適時(shí)增加國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)。隨著我國(guó)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入推進(jìn)，越來(lái)越多的非樞紐節(jié)點(diǎn)地區(qū)認(rèn)識(shí)到了發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)、加強(qiáng)數(shù)據(jù)中心算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要性，紛紛強(qiáng)化本地區(qū)算力產(chǎn)業(yè)的政策引領(lǐng)和產(chǎn)業(yè)扶持，打造具有地方特色、輻射周邊區(qū)域的數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)集群，成為“東數(shù)西算”工程下非樞紐節(jié)點(diǎn)全國(guó)一體化算力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要補(bǔ)充。
2 發(fā)展特點(diǎn)與趨勢(shì)
2.1.1 通用算力
通用算力是以中央處理器（Central Processing Unit，CPU）為基礎(chǔ)構(gòu)成，以通用數(shù)據(jù)中心為承載主體，通過(guò)CPU提供強(qiáng)大的業(yè)務(wù)流程邏輯處理能力。同時(shí)，通用算力可實(shí)現(xiàn)計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、安全等功能的高效協(xié)同，面向電子商務(wù)、即時(shí)通信、遠(yuǎn)程辦公等互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供算力服務(wù)，是一種應(yīng)用最為普遍的算力服務(wù)形態(tài)。在我國(guó)總體算力構(gòu)成中，通用算力規(guī)模占比最高，超過(guò)70%。隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入推進(jìn)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，通用算力規(guī)?？偭咳詫⑦M(jìn)一步提升。但通用數(shù)據(jù)中心增速預(yù)期將低于智算算力，整體占比或有所下降。
2.1.2 智算算力
智算算力是以圖形處理器（Graphics Processing Unit，GPU）、現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）、專用集成電路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）等異構(gòu)計(jì)算芯片為基礎(chǔ)構(gòu)成，以智算中心為承載主體，通過(guò)GPU等異構(gòu)芯片提供高并發(fā)、大規(guī)模的并行計(jì)算和矩陣運(yùn)算能力，具備渲染、推理和模擬能力，可面向智能駕駛、人臉識(shí)別等人工智能應(yīng)用提供智算服務(wù)的一種算力服務(wù)形態(tài)。我國(guó)智算算力發(fā)展起步較晚，但隨著人工智能應(yīng)用的興起，智算算力發(fā)展非常迅速。未來(lái)，智算算力將成為全球算力競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵賽道。相對(duì)歐美國(guó)家，我國(guó)在GPU等異構(gòu)芯片研發(fā)生產(chǎn)方面處于劣勢(shì)，智算算力發(fā)展存在潛在風(fēng)險(xiǎn)，亟需強(qiáng)化智算算力技術(shù)和產(chǎn)業(yè)投入，提升智算能力。
2.1.3 邊緣算力
邊緣算力是指靠近用戶側(cè)，實(shí)時(shí)性較高的算力服務(wù)形態(tài)，以邊緣數(shù)據(jù)中心或邊緣機(jī)房為主要承載主體，可部署于工廠廠房、樓頂、車間等位置，由于廠房、樓頂?shù)任恢孟鄬?duì)狹小，且空間環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，因此邊緣服務(wù)器規(guī)格通常較小。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智慧城市等智能應(yīng)用場(chǎng)景的不斷擴(kuò)展，以及智能終端傳感設(shè)備、移動(dòng)通信設(shè)備的快速發(fā)展，邊緣算力需求也在不斷提升，進(jìn)一步激發(fā)了邊緣算力市場(chǎng)的發(fā)展。盡管邊緣計(jì)算具有敏捷性、便捷性等特征，能夠就近提供算力支持，但是其算力規(guī)模通常較小，難以滿足算力需求較高的應(yīng)用，因此在實(shí)際的算力應(yīng)用中通常采用云邊協(xié)同的算力供給方案。云邊協(xié)同是一種協(xié)同利用云端算力和邊緣算力，為用戶提供算力服務(wù)的形式，同時(shí)兼具云端算力規(guī)模大、可靠性強(qiáng)、邊緣算力靠近用戶、敏捷性高等特點(diǎn)，可更好地滿足高實(shí)時(shí)性、大數(shù)據(jù)量的算力需求場(chǎng)景。
2.2.1 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)
數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)（Data Center Networking，DCN）通常是指數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，主要用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心內(nèi)計(jì)算、存儲(chǔ)設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸，以及數(shù)據(jù)中心內(nèi)外部數(shù)據(jù)交互。隨著計(jì)算和存儲(chǔ)資源的池化和虛擬化發(fā)展，數(shù)據(jù)中心承載業(yè)務(wù)需求快速提升，計(jì)算設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備間的數(shù)據(jù)交互變得更加頻繁，東西向流量快速增長(zhǎng)，DCN性能要求不斷提升。在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上，大二層胖樹(shù)結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)中心內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，蜻蜓（Gragonfly）、偶圖（BiGraph）等架構(gòu)也有一些部署。高性能DCN成為重要研究方向。在傳統(tǒng)DCN網(wǎng)絡(luò)中，服務(wù)器間主要采用無(wú)限帶寬（InfiniBand，IB）網(wǎng)絡(luò)連接，服務(wù)器與存儲(chǔ)設(shè)備間主要采用光纖通道（Fibre Channel，F(xiàn)C）網(wǎng)絡(luò)連接，前端網(wǎng)絡(luò)則以網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）網(wǎng)絡(luò)為主，這種差異化的網(wǎng)絡(luò)連接形式不利于提升數(shù)據(jù)中心內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸效率。同時(shí)，IB和FC具有較高的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運(yùn)維成本以及受限的供應(yīng)情況，一定程度上影響了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的高效部署。為了進(jìn)一步提升計(jì)算設(shè)備間、算存設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸和交互能力，中國(guó)信息通信研究院、中國(guó)電信集團(tuán)有限公司、中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)有限公司、深圳市騰訊計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有限公司（簡(jiǎn)稱騰訊）、百度在線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（北京）有限公司（簡(jiǎn)稱百度）和華為技術(shù)有限公司（簡(jiǎn)稱華為）等單位積極推動(dòng)數(shù)據(jù)中心高性能網(wǎng)絡(luò)研究，在IEEE 802面向下一個(gè)十年工業(yè)連接活動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)（Network Enhancements for the Next Decade Industry Connections Activity，Nendica）工作組發(fā)布了《IEEE 802 Nendica報(bào)告：數(shù)據(jù)中心無(wú)損網(wǎng)絡(luò)》（IEEE 802 Nendica Report: The Lossless Network for Data Centers）和《IEEE 802 Nendica報(bào)告:智能無(wú)損數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)》（IEEE 802 Nendica Report: Intelligent Lossless Data Center Networks）兩份白皮書(shū)，在國(guó)內(nèi)發(fā)布了YD/T 4026-2022《基于遠(yuǎn)程直接內(nèi)存訪問(wèn)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求和測(cè)試方法》等一系列國(guó)家通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
2.2.2 數(shù)據(jù)中心互聯(lián)
數(shù)據(jù)中心互聯(lián)（Data Center Interconnect，DCI）是指實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。DCI的部署主要與用戶訪問(wèn)需求的高速增長(zhǎng)，以及業(yè)務(wù)連續(xù)性需求的提升等因素有關(guān)。從業(yè)務(wù)訪問(wèn)量角度來(lái)看，在不同的時(shí)間段，數(shù)據(jù)中心云資源使用情況存在差異，以電子商務(wù)為例，在特定的促銷期間，其用戶訪問(wèn)需求激增，原有的數(shù)據(jù)中心云資源無(wú)法滿足這種激增的算力需求，就需要通過(guò)DCI將本地應(yīng)用請(qǐng)求傳送到其他數(shù)據(jù)中心，緩解本地云資源壓力。從業(yè)務(wù)連續(xù)性角度來(lái)看，隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的逐步深化，越來(lái)越多的業(yè)務(wù)向云上遷移，對(duì)于一些安全性、連續(xù)性要求較高的業(yè)務(wù)，如金融交易、企業(yè)資源計(jì)劃（Enterprise Resource Planning，ERP）、移動(dòng)辦公等，一旦發(fā)生信息系統(tǒng)崩潰或數(shù)據(jù)丟失，將可能對(duì)企業(yè)造成巨大的損失。為了確保業(yè)務(wù)的連續(xù)性和數(shù)據(jù)的安全性，往往需要通過(guò)異地災(zāi)備來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)級(jí)或應(yīng)用級(jí)災(zāi)備，異地災(zāi)備的實(shí)現(xiàn)同樣離不開(kāi)數(shù)據(jù)中心間網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的支持。隨著各類資源池的增大，DCI必然會(huì)發(fā)揮更重要的作用。
數(shù)據(jù)中心是資源密集型、技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，隨著數(shù)據(jù)量的高速增長(zhǎng)，新建數(shù)據(jù)中心以大規(guī)模、超大規(guī)模為主，在應(yīng)對(duì)物理基礎(chǔ)設(shè)施局部故障或突發(fā)故障時(shí)，因海量“風(fēng)火水電”設(shè)備的技術(shù)較為繁雜，需要專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行服務(wù)和支持，由此孕育出智能運(yùn)維的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。開(kāi)放數(shù)據(jù)中心委員會(huì)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，2022年，我國(guó)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維市場(chǎng)超過(guò)100 億元，且近5年的市場(chǎng)增長(zhǎng)率都超過(guò)20%。
2.3.1 智能監(jiān)控
為應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)中心向綠色化、集約化、智能化建設(shè)發(fā)展演進(jìn)過(guò)程中的新需求，數(shù)據(jù)中心運(yùn)維管理由人力驅(qū)動(dòng)的被動(dòng)體系逐步向智能化技術(shù)驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)體系演進(jìn)，運(yùn)維管理生命周期的起點(diǎn)是將監(jiān)控信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化收集和管理。早在2015年，百度、騰訊、阿里巴巴集團(tuán)控股有限公司（簡(jiǎn)稱阿里）等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始研究“風(fēng)火水電”設(shè)備應(yīng)向監(jiān)控系統(tǒng)提供的監(jiān)控點(diǎn)位信息，完成了點(diǎn)位數(shù)量、名稱、精度、單位、取值定義等方面的標(biāo)準(zhǔn)化工作，定義了數(shù)據(jù)中心配電類、環(huán)境類、弱電類基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)滿足的監(jiān)控指標(biāo)，在開(kāi)放數(shù)據(jù)中心委員會(huì)發(fā)布了《互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控指標(biāo)規(guī)范》等技術(shù)規(guī)范，縮短了數(shù)字化管理系統(tǒng)的建設(shè)工期并且降低了難度，提升了運(yùn)維工作與管理效率。
2.3.2 智能管理
數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理等數(shù)字化管理系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用也經(jīng)歷了近10年的發(fā)展期，早期的信息技術(shù)無(wú)法滿足數(shù)據(jù)中心智能化監(jiān)控與管理的需求，倒逼數(shù)據(jù)中心企業(yè)不斷融合新技術(shù)并應(yīng)用到運(yùn)維過(guò)程中，運(yùn)維軟件層逐漸走深向?qū)?。騰訊、華為等公司探索采用數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的配電、暖通進(jìn)行圖形建模，可視化表征實(shí)時(shí)運(yùn)行工況。萬(wàn)國(guó)數(shù)據(jù)通過(guò)引入智能技術(shù)、可編程邏輯控制器自動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行設(shè)施層的智能化建設(shè)，可實(shí)現(xiàn)電氣、暖通、安防等設(shè)施的自動(dòng)化預(yù)測(cè)性排障和應(yīng)急處置。數(shù)據(jù)中心智能化運(yùn)維是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，需要打通從建造到運(yùn)營(yíng)、硬件到軟件各個(gè)環(huán)節(jié)，除了培養(yǎng)觀念與習(xí)慣之外，還需要結(jié)合業(yè)務(wù)需求，搭建精細(xì)化運(yùn)維體系。
2.4.1 算力對(duì)接
我國(guó)算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模不斷加快，初步形成了多樣異構(gòu)算力協(xié)同發(fā)展的局面。但是，我國(guó)算力供需矛盾依然存在。從地域上來(lái)看，我國(guó)東部地區(qū)算力需求旺盛，算力供不應(yīng)求；西部地區(qū)算力需求相對(duì)較低,算力供過(guò)于求。東西部算力資源難以實(shí)現(xiàn)有效對(duì)接，西部地區(qū)的部分算力資源無(wú)法得到有效利用。從企業(yè)角度來(lái)看，隨著算力需求的不斷提升，傳統(tǒng)單一、孤立的算力資源在服務(wù)過(guò)程中的瓶頸逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。因此，需要實(shí)現(xiàn)多種算力資源的連接，實(shí)現(xiàn)算力需求的遷移，更好地應(yīng)對(duì)用戶算力需求的增長(zhǎng)。我國(guó)算力資源在區(qū)域上以及企業(yè)內(nèi)部均需要進(jìn)行有效的對(duì)接。通過(guò)跨地域、跨主體的算力資源的統(tǒng)一接入，打造更加泛在的算力資源互聯(lián)環(huán)境。
2.4.2 算力調(diào)度
算力調(diào)度是實(shí)現(xiàn)算力供需高效對(duì)接的一種重要技術(shù)手段，通過(guò)算力調(diào)度可以有效地將算力需求調(diào)度到合適的算力設(shè)施，實(shí)現(xiàn)彈性泛在、高效敏捷的算力供給。算力調(diào)度的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)算網(wǎng)資源感知、度量、編排和路由等關(guān)鍵技術(shù)的支撐。其中，算網(wǎng)資源感知主要對(duì)當(dāng)前全網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)算力資源、網(wǎng)絡(luò)資源的狀態(tài)進(jìn)行感知，明確當(dāng)前算力資源、網(wǎng)絡(luò)資源的空余量；算力度量是指使用統(tǒng)一量綱對(duì)計(jì)算、存儲(chǔ)、通信和安全等資源進(jìn)行度量，通過(guò)算力度量能夠更加全面客觀地評(píng)價(jià)算網(wǎng)資源調(diào)度和使用的代價(jià)；算力編排是指根據(jù)用戶算網(wǎng)資源需求快速分配算力和網(wǎng)絡(luò)資源，并且在算網(wǎng)資源使用完成后快速收回相應(yīng)的資源，更新算網(wǎng)資源信息，為下次資源分配做好準(zhǔn)備，算力資源分配通常是借助相應(yīng)的調(diào)度策略、算法來(lái)完成；算力路由是指對(duì)算力資源需求和算力資源部署的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行感知，并在此基礎(chǔ)上將算力需求引入到路由域，使應(yīng)用需求能夠沿著最佳路由路徑到達(dá)相應(yīng)的算力節(jié)點(diǎn)。整體來(lái)看，算力一體化調(diào)度是算力基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的大勢(shì)所趨，但仍需要時(shí)間進(jìn)行技術(shù)的突破與商業(yè)的探索。
2.4.3 算力交易
算力交易是算力調(diào)度進(jìn)一步市場(chǎng)化、形成成熟的商業(yè)模式的階段。在算力交易平臺(tái)的支持下，用戶可以將閑置的算力資源接入到交易平臺(tái)，進(jìn)行共享或售賣，使算力資源在市場(chǎng)機(jī)制中得到高效的配置，滿足各類用戶的算力使用需求。算力交易的參與方包括運(yùn)營(yíng)商、云廠商、行業(yè)用戶和個(gè)人用戶，其中運(yùn)營(yíng)商是算力資源和網(wǎng)絡(luò)資源的主要提供者，行業(yè)用戶和個(gè)人用戶是算力資源的主要消費(fèi)者。算力交易平臺(tái)提供算網(wǎng)資源的一站式交易，行業(yè)用戶和個(gè)人用戶能夠在算力交易平臺(tái)上選擇購(gòu)買供給方的資源。與此同時(shí)，行業(yè)用戶和個(gè)人用戶也可以作為算力資源的供給方，將自己閑置的算力資源對(duì)接到算力交易平臺(tái)進(jìn)行售賣。上海市于2023年2月，基于超算中心發(fā)布了人工智能公共算力服務(wù)平臺(tái)，探索算力調(diào)度新模式，以更好地滿足科研機(jī)構(gòu)和廣大中小微企業(yè)實(shí)際算力需求。
2.5.1 概況
當(dāng)前，我國(guó)各行業(yè)均在大力推進(jìn)節(jié)能減排工作。數(shù)據(jù)中心作為耗能大戶，其耗電量和碳排量不容忽視。從政策角度來(lái)看，近年來(lái)，我國(guó)持續(xù)強(qiáng)化數(shù)據(jù)中心綠色低碳引領(lǐng)，工業(yè)和信息化部發(fā)布《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2021—2023年）》，將綠色低碳作為新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展的重要目標(biāo)，并提出通過(guò)加快先進(jìn)綠色技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用、提升能源高效清潔利用水平、優(yōu)化綠色管理能力等舉措，全面提升數(shù)據(jù)中心綠色低碳水平。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度來(lái)看，提升數(shù)據(jù)中心能效水平能夠促使數(shù)據(jù)中心將更多電能供給到互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（Internet Technology，IT）設(shè)備上，以服務(wù)更多的算力需求，并產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。中國(guó)信息通信研究院云計(jì)算與大數(shù)據(jù)研究所數(shù)據(jù)中心團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于數(shù)據(jù)中心綠色低碳領(lǐng)域研究，并聯(lián)合開(kāi)放數(shù)據(jù)中心委員會(huì)推出了數(shù)據(jù)中心綠色等級(jí)測(cè)試、數(shù)據(jù)中心低碳等級(jí)測(cè)試，通過(guò)測(cè)試評(píng)估手段促進(jìn)數(shù)據(jù)中心綠色低碳水平提升。
2.5.2 ICT產(chǎn)品
數(shù)據(jù)中心能耗主要由服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等信息與通信技術(shù)（Information and Communications Technology，ICT）設(shè)備能耗及供配電、制冷等配套設(shè)施能耗共同構(gòu)成。在數(shù)據(jù)中心發(fā)展早期，數(shù)據(jù)中心ICT設(shè)備耐熱、散熱能力較差，需要依靠大量制冷保障ICT設(shè)備正常運(yùn)行。近年來(lái)，數(shù)據(jù)中心ICT設(shè)備電能利用效率不斷提升，在相同能耗下可以提供更多計(jì)算、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。與此同時(shí)，ICT設(shè)備耐熱、散熱能力也得到進(jìn)一步改善。由于ICT設(shè)備耐熱、散熱性能得到提升，數(shù)據(jù)中心ICT設(shè)備的能效優(yōu)化空間更大。從數(shù)據(jù)中心整體的碳排放深入到IT設(shè)備的碳效指標(biāo)，2022年底，開(kāi)放數(shù)據(jù)中心委員會(huì)發(fā)布的《數(shù)據(jù)中心算力碳效白皮書(shū)》提出了一種服務(wù)器的算力碳效模型，定義如下：CEPS=C/S，其中C是碳排放量；S是服務(wù)器算力性能。由于IT設(shè)備特別是服務(wù)器在數(shù)據(jù)中心能耗中占比極大，數(shù)據(jù)中心的碳排放將在很大程度上取決于服務(wù)器和芯片，這逐漸成為數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展的關(guān)鍵。
2.5.3 供配電、制冷產(chǎn)品
供配電和制冷產(chǎn)品是保障數(shù)據(jù)中心內(nèi)ICT設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的輔助性基礎(chǔ)設(shè)施，降低供配電、制冷環(huán)節(jié)能耗有助于提升數(shù)據(jù)中心能效水平。隨著數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展要求的不斷強(qiáng)化，數(shù)據(jù)中心供配電、制冷環(huán)節(jié)的綠色低碳技術(shù)也日益活躍。在供配電方面，高效率、低損耗的供配電創(chuàng)新技術(shù)不斷涌現(xiàn)并逐漸成熟應(yīng)用，如高壓直流、不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）智能休眠、絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）整流、3N架構(gòu)等。與傳統(tǒng)UPS配電相比，高壓直流配電取消了UPS交流逆變環(huán)節(jié)和服務(wù)器電源端的整流環(huán)節(jié)，極大地提升了電流轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)也提升了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可維護(hù)性。UPS智能休眠主要是根據(jù)IT負(fù)載情況進(jìn)行模塊化智能休眠，當(dāng)負(fù)載量低于某一設(shè)定值時(shí)，進(jìn)入休眠模式，降低UPS電能損耗。除了現(xiàn)有供配電設(shè)備的創(chuàng)新外，“新能源+儲(chǔ)能”的供電方案也逐步應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心，“新能源+儲(chǔ)能”的技術(shù)方案可有效避免新能源發(fā)電穩(wěn)定性差的問(wèn)題，通過(guò)與儲(chǔ)能技術(shù)配合，提升了數(shù)據(jù)中心對(duì)新能源的利用率。制冷環(huán)節(jié)的綠色低碳技術(shù)創(chuàng)新體現(xiàn)在多個(gè)方面：一是空調(diào)送風(fēng)方案逐步優(yōu)化，部分?jǐn)?shù)據(jù)中心機(jī)房通過(guò)軟件模擬氣流組織制定更加高效的制冷送風(fēng)方案；二是冷水機(jī)組、末端空調(diào)等制冷設(shè)備的電能利用效率逐步提升，可用更少的電能提供更多制冷；三是液冷技術(shù)從技術(shù)概念逐步走向落地實(shí)施，有效解決了機(jī)房高密部署和局部過(guò)熱的問(wèn)題。阿里、OPPO廣東移動(dòng)通信有限公司等已經(jīng)規(guī)模部署浸沒(méi)式液冷技術(shù)，獲得了優(yōu)異的電源使用效率收益。
2.6.1 產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要算力支撐
在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，算力已經(jīng)成為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要生產(chǎn)力，廣泛服務(wù)于各行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。企業(yè)大力推動(dòng)信息系統(tǒng)建設(shè)，并對(duì)業(yè)務(wù)處理環(huán)節(jié)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行信息化改造。其中，通信、互聯(lián)網(wǎng)、金融等行業(yè)的企業(yè)信息化程度較高，初步具備了利用算力全方位服務(wù)業(yè)務(wù)的能力。同時(shí)，隨著智能傳感終端的廣泛應(yīng)用以及云邊端算力服務(wù)模式的發(fā)展成熟，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、能源等傳統(tǒng)行業(yè)也在加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型，通過(guò)云邊端協(xié)同的算力服務(wù)模式實(shí)現(xiàn)終端數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，并基于云端和邊緣側(cè)的算力資源對(duì)終端數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)，通過(guò)人工智能、建模分析及控制響應(yīng)機(jī)制對(duì)終端設(shè)備進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)各類智能化操作。
2.6.2 算力推動(dòng)社會(huì)智能發(fā)展
算力應(yīng)用不僅能夠促進(jìn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化發(fā)展，為產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供支撐。同時(shí)，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，也為人們的日常生活帶來(lái)了極大的便利，并進(jìn)一步在科研、辦公、娛樂(lè)等領(lǐng)域發(fā)揮重要的輔助作用，全面推動(dòng)社會(huì)智能化發(fā)展。在科研方面，研究機(jī)構(gòu)正在積極利用數(shù)據(jù)中心開(kāi)展大規(guī)模的數(shù)據(jù)分析計(jì)算，為新藥品研發(fā)、地質(zhì)探測(cè)、航空航天等研究提供了重要支撐。在辦公方面，視頻會(huì)議已經(jīng)成為人們?nèi)粘＾k公溝通交流的重要形式，極大地提升了遠(yuǎn)距離辦公效率。在娛樂(lè)方面，虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的應(yīng)用能夠進(jìn)一步強(qiáng)化用戶的場(chǎng)景體驗(yàn)，各類電影也需要大量的算力進(jìn)行渲染以呈現(xiàn)更加精致的畫(huà)面，帶來(lái)更好的觀影效果。
3 結(jié)束語(yǔ)
近年來(lái)，我國(guó)數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)面臨全新挑戰(zhàn)?！皣?guó)家新型數(shù)據(jù)中心”“東數(shù)西算”工程等重要政策的實(shí)施落地，通用、智能和超級(jí)算力的多樣性算力供給，調(diào)度、交易等算力應(yīng)用全過(guò)程的研究和落地，ICT、供配電、制冷設(shè)備等全鏈條的綠色低碳發(fā)展等共同驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)中心創(chuàng)新演進(jìn)。數(shù)據(jù)中心已經(jīng)從簡(jiǎn)單的建筑轉(zhuǎn)變成為復(fù)雜的融合了設(shè)施、ICT產(chǎn)品、智能運(yùn)維、數(shù)字化應(yīng)用等要素的綜合性算力基礎(chǔ)設(shè)施。未來(lái)，隨著數(shù)字中國(guó)、數(shù)字經(jīng)濟(jì)和數(shù)字社會(huì)規(guī)劃和建設(shè)的進(jìn)一步深入，數(shù)據(jù)中心等算力基礎(chǔ)設(shè)施的作用會(huì)更強(qiáng)，對(duì)產(chǎn)業(yè)技術(shù)等各方面的要求會(huì)更高，迎來(lái)的發(fā)展機(jī)遇也會(huì)更大。
轉(zhuǎn)載來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)前沿觀察
