新基建背景下我國數(shù)據(jù)中心建設(shè)的問題與對策

刁生富，彭鈺舒

（佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院a.法學(xué)與知識產(chǎn)權(quán)學(xué)院；b.馬克思主義學(xué)院，廣東 佛山 528000）

0 引言

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)出爆炸式增長的趨勢，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心已經(jīng)無法滿足海量數(shù)據(jù)的處理和分析要求，新一代數(shù)據(jù)中心的建設(shè)勢在必行。2020 年3月，中共中央政治局常務(wù)委員會召開會議，指出“加快5G 網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度”，這意味著數(shù)據(jù)中心首次被明確納入新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)范疇。作為新基建的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，數(shù)據(jù)中心不僅對人工智能、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)的發(fā)展起著底層支撐作用，而且對數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著引擎作用。但是數(shù)據(jù)中心新基建存在高耗能、結(jié)構(gòu)性產(chǎn)能過剩等問題，在“雙碳”目標(biāo)下，對數(shù)據(jù)中心進(jìn)行合理布局和規(guī)劃至關(guān)重要。

1 我國數(shù)據(jù)中心建設(shè)的現(xiàn)狀

隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，在國家頂層設(shè)計(jì)的指引下，數(shù)據(jù)中心行業(yè)得到了較好的發(fā)展，未來兩年數(shù)據(jù)中心新基建將會進(jìn)入高速發(fā)展的階段。中商產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)顯示，2021 年我國在用數(shù)據(jù)中心機(jī)架總規(guī)模將達(dá)587 萬架，大型以上數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模將超450 萬架。工信部印發(fā)的《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計(jì)劃（2021—2023 年）》指出，到2023 年底，全國數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模年均增速保持在20%左右。

首先，隨著云計(jì)算、人工智能、邊緣計(jì)算、5G 等技術(shù)的應(yīng)用，數(shù)據(jù)中心迎來了爆炸式發(fā)展。以云計(jì)算為例。IDC 發(fā)布的《全球及中國公有云服務(wù)市場（2020年）跟蹤》報(bào)告顯示，2020 年中國公有云服務(wù)整體市場規(guī)模達(dá)到193.8 億美元，同比增長49.7%。伴隨著云服務(wù)行業(yè)的大規(guī)模興起，數(shù)據(jù)流量迅速增長，拉動了數(shù)據(jù)中心核心基礎(chǔ)設(shè)施的需求，推動了大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的建設(shè)。數(shù)據(jù)中心是云計(jì)算服務(wù)的核心基礎(chǔ)設(shè)施，也是云計(jì)算規(guī)模化發(fā)展的關(guān)鍵，云服務(wù)是通過數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)的。云服務(wù)商對數(shù)據(jù)中心的規(guī)模、建設(shè)模式和能效等方面提出了更高的要求，帶動了數(shù)據(jù)中心向規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的方向發(fā)展。

基于此，國家又頒布了具有信息基礎(chǔ)設(shè)施特色的新基建政策，進(jìn)一步助推了數(shù)據(jù)中心新基建的發(fā)展。信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，包括高性能計(jì)算、超大容量存儲、高速網(wǎng)絡(luò)等涉及數(shù)據(jù)保存、處理和分析方面要素建設(shè)?？梢?，新型基礎(chǔ)設(shè)施中數(shù)據(jù)中心建設(shè)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)之間存在本質(zhì)區(qū)別，數(shù)據(jù)中心新基建具有公共性、便捷性和持久性等特點(diǎn)，因此對數(shù)據(jù)中心的建設(shè)技術(shù)提出了更高的要求。

其次，國際數(shù)據(jù)公司（IDC）發(fā)布的《數(shù)據(jù)時(shí)代2025》數(shù)據(jù)顯示，到2025 年全球的數(shù)據(jù)總量將達(dá)到163ZB。也就是說，數(shù)據(jù)量將呈爆炸式增長趨勢，2025年數(shù)據(jù)總量將比目前產(chǎn)生的數(shù)據(jù)總量增長10 倍多。為了挖掘數(shù)據(jù)對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的巨大價(jià)值，國家規(guī)劃建設(shè)新型數(shù)據(jù)中心，這對數(shù)據(jù)中心的發(fā)展起到了積極的助推作用?？梢?，數(shù)據(jù)量的爆發(fā)式增長將會帶動數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷壯大。

再次，作為新基建的主要建設(shè)范疇之一，數(shù)據(jù)中心將會吸引政府、社會各方的大量資金投入，這將進(jìn)一步帶動數(shù)據(jù)中心新基建的建設(shè)熱潮。從地域結(jié)構(gòu)上看，我國數(shù)據(jù)中心行業(yè)的重點(diǎn)企業(yè)主要集中于北上廣等地區(qū)。為了降低數(shù)據(jù)中心的建設(shè)成本和運(yùn)營成本，廠商會充分考慮當(dāng)?shù)赝恋亍⑺?、人力、電力等因素，因此對?shù)據(jù)中心的布局逐漸向一線周邊城市及中西部地區(qū)擴(kuò)散。

北上廣深等一線城市出于對數(shù)據(jù)中心建設(shè)中環(huán)保問題的重視，3 至5 年內(nèi)將會出臺更加嚴(yán)格的政策來促進(jìn)數(shù)據(jù)中心建設(shè)的綠色發(fā)展，因此數(shù)據(jù)中心建設(shè)的增長速度將會有所放緩，但是周邊省份的城市對數(shù)據(jù)中心的建設(shè)需求會明顯增加。數(shù)據(jù)中心咨詢機(jī)構(gòu)DCMap 的調(diào)查顯示，截至2020 年3 月底，北京周邊地區(qū)數(shù)據(jù)中心機(jī)柜總數(shù)達(dá)77.53 萬個(gè)，包括已投運(yùn)機(jī)柜17.35 萬個(gè)、在建機(jī)柜32.55 萬個(gè)，以及規(guī)劃機(jī)柜27.62萬個(gè)。

而對于土地資源相對豐富、電價(jià)和地價(jià)較低、地理環(huán)境相對適宜的西南、西北等地區(qū)，近年來在數(shù)據(jù)中心建設(shè)方面得到了一定的發(fā)展，例如數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)維不斷完善以及業(yè)務(wù)定位逐步清晰，將成為5至10 年內(nèi)布局?jǐn)?shù)據(jù)中心的重點(diǎn)區(qū)域，數(shù)據(jù)中心建設(shè)會有較大發(fā)展?jié)摿Α＠?，貴州目前已成為國家大數(shù)據(jù)綜合試驗(yàn)區(qū)，而貴安新區(qū)則成了這一試驗(yàn)區(qū)的核心，目前已有中國三大電信運(yùn)營商，以及華為、騰訊、蘋果、富士康等世界級企業(yè)的數(shù)據(jù)中心在此落地。

最后，在新一代信息技術(shù)的融合發(fā)展以及國家政策的共同驅(qū)動下，中國數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模保持穩(wěn)步增長。研究機(jī)構(gòu)Research and Markets 最新發(fā)布的報(bào)告顯示，2019 年中國數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模為130.1 億美元，預(yù)計(jì)2025 年將達(dá)到361.8 億美元，2020—2025 年復(fù)合增長率為19.2%。

2 我國數(shù)據(jù)中心建設(shè)存在的問題

在新基建政策的推動下，我國數(shù)據(jù)中心建設(shè)有了一定的成效，但是在建設(shè)的過程中，還存在一些問題，具體包括以下幾個(gè)方面。

作為高能耗產(chǎn)業(yè)，數(shù)據(jù)中心數(shù)量的迅猛增長和規(guī)模的不斷擴(kuò)大，需要大量土地資源、水資源及電力資源，能耗較大成為數(shù)據(jù)中心建設(shè)的一個(gè)問題。數(shù)據(jù)中心在進(jìn)行海量數(shù)據(jù)服務(wù)的同時(shí)，空調(diào)、冷水機(jī)等降溫設(shè)備的使用以及服務(wù)器等核心設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)會消耗大量的電力資源，因此數(shù)據(jù)中心對電力的消耗量十分巨大，成為名副其實(shí)的“耗能大戶”。此外，數(shù)據(jù)中心在收集、分析和處理、輸出數(shù)據(jù)的過程中，不僅會增加用電量，還將帶來大量二氧化碳，以及二氧化硫、氮氧化物等主要環(huán)境污染物的排放。

結(jié)構(gòu)性產(chǎn)能過剩是數(shù)據(jù)中心建設(shè)的另一個(gè)問題。從我國數(shù)據(jù)中心機(jī)柜的上架率看，總體上處于供應(yīng)與需求相互適應(yīng)的狀態(tài)，但與發(fā)達(dá)地區(qū)數(shù)據(jù)中心的利用率相比仍存在一定的差距。從全國整體的供需關(guān)系來看，我國數(shù)據(jù)中心規(guī)模數(shù)量大致供需平衡，但“東熱西涼”的問題依舊，主要表現(xiàn)在：在我國東部地區(qū)，數(shù)據(jù)中心供給量不足；而在我國西部地區(qū)，數(shù)據(jù)中心供給量過剩，可見我國東西部地區(qū)之間存在較為突出的結(jié)構(gòu)性矛盾。

從城市的供需關(guān)系來看，未來3 年至5 年，二三線城市供過于求，而北上廣等核心城市仍然供不應(yīng)求。北上廣等一線城市對數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)需求較為旺盛，再加上政策對其管理和限制趨于嚴(yán)格、供給量有所減少，突顯出一線城市數(shù)據(jù)中心的稀缺性價(jià)值。在新基建背景下，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)格局會以數(shù)據(jù)中心需求較為聚集、大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為完善的京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)等地區(qū)為主。

此外，我國當(dāng)前數(shù)據(jù)中心建設(shè)缺乏明顯的規(guī)模優(yōu)勢。在國家政策和市場需求的指引下，我國數(shù)據(jù)中心的建設(shè)有了一定的規(guī)模，但是總體上仍處于初步建設(shè)階段，特別是超大型、大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)。目前，基于自身業(yè)務(wù)需求，我國一些大型企業(yè)尤其是大型國有企業(yè)通常傾向于自己持有數(shù)據(jù)中心。相比于電信業(yè)市場化程度高的美國，我國現(xiàn)階段比較缺乏服務(wù)于各運(yùn)營商之間的網(wǎng)絡(luò)交互、能發(fā)揮數(shù)據(jù)中心規(guī)模優(yōu)勢的第三方數(shù)據(jù)服務(wù)運(yùn)營商。

然而影響我國數(shù)據(jù)中心發(fā)展的最關(guān)鍵的一個(gè)問題是我國還不能自主控制數(shù)據(jù)中心核心技術(shù)。如今，芯片、交換機(jī)、光模塊，以及電源、液冷服務(wù)器集群等關(guān)鍵部件已經(jīng)在我國新一代大數(shù)據(jù)中心建設(shè)中得以落地應(yīng)用。但是從整體上看，Hadoop、TensorFlow 與Spark 等大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的底層技術(shù)架構(gòu)仍由美國科技巨頭掌控?？梢姡覈鴶?shù)據(jù)中心在關(guān)鍵核心技術(shù)方面受制于人的狀況沒有得到根本性改變，我國在網(wǎng)絡(luò)安全和信息安全技術(shù)方面依然面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

3 促進(jìn)我國數(shù)據(jù)中心發(fā)展的對策

盡管我國數(shù)據(jù)中心建設(shè)過程中面臨著一些問題，但是應(yīng)該在頂層設(shè)計(jì)、技術(shù)研發(fā)等方面加以克服，促進(jìn)我國數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，具體措施如下。

3.1 加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)精準(zhǔn)規(guī)劃

作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的底座，數(shù)據(jù)中心的市場需求大，吸納大量資本。目前很多省市都在加快布局?jǐn)?shù)據(jù)中心建設(shè)，很容易出現(xiàn)投資過熱的情況。因此，各省市在大型數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，需要根據(jù)各地?cái)?shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的實(shí)際需求做好頂層規(guī)劃，合理布局建設(shè)規(guī)模，控制數(shù)據(jù)中心的總量。此外，要統(tǒng)籌對數(shù)據(jù)中心的全局性規(guī)劃和管理，采取階梯形建設(shè)方案，并且與各地客戶的實(shí)際需要和具體的業(yè)務(wù)場景相結(jié)合，打造綠色化、智能化、成本優(yōu)化的數(shù)據(jù)中心。

3.2 節(jié)能降耗實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展

作為承載數(shù)據(jù)的核心基礎(chǔ)設(shè)施和新興產(chǎn)業(yè)，數(shù)據(jù)中心全天候運(yùn)轉(zhuǎn)。與傳統(tǒng)高耗能行業(yè)相比，數(shù)據(jù)中心的能耗和碳排放量還將隨著業(yè)務(wù)擴(kuò)容而繼續(xù)加速增長，能耗問題更為突出。因此，要通過加強(qiáng)數(shù)據(jù)、算力和能源之間的協(xié)同聯(lián)動，加快技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。

第一，新建的數(shù)據(jù)中心要提高門檻和標(biāo)準(zhǔn)，提升算力能效，重點(diǎn)在于提高單位算力。同時(shí)，建立新型數(shù)據(jù)中心算力算效評估機(jī)制，完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和指南，對數(shù)據(jù)中心的算力和算效進(jìn)行衡量和評估。而已建的數(shù)據(jù)中心要通過技術(shù)改造降低能耗，提高節(jié)能水平。數(shù)據(jù)中心建設(shè)可以采用共建共享模式，有效促進(jìn)節(jié)能減排，還能避免重復(fù)建設(shè)和資源浪費(fèi)，并打破當(dāng)前許多數(shù)據(jù)中心相互獨(dú)立的局面，提升集約化水平。

第二，建立綠色低碳的數(shù)據(jù)中心成為行業(yè)發(fā)展的趨勢，液冷技術(shù)也逐漸成為最佳選擇。目前數(shù)據(jù)中心能耗的30%用于散熱，再加上數(shù)據(jù)處理過程中需要大量能耗，數(shù)據(jù)中心面臨著巨大的能耗壓力和散熱挑戰(zhàn)。可見，數(shù)據(jù)中心發(fā)展的關(guān)鍵在于降低冷卻耗能，而液冷技術(shù)是降低數(shù)據(jù)中心能耗的有效途徑。

第三，數(shù)據(jù)中心能耗及二氧化碳排放的監(jiān)測系統(tǒng)亟待建設(shè)。目前北京、上海、深圳等領(lǐng)先區(qū)域率先啟動了數(shù)據(jù)中心能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，但更廣泛的地區(qū)乃至全國層面尚未建立起對數(shù)據(jù)中心能耗及二氧化碳排放的監(jiān)測、統(tǒng)計(jì)、預(yù)警、管理手段和機(jī)制，綠色減排目標(biāo)往往呈現(xiàn)散點(diǎn)式的評估與引導(dǎo)，難以形成完整的產(chǎn)業(yè)減排體系，全局性、系統(tǒng)性的能源及碳排放審計(jì)不足，導(dǎo)致管理效率較低。

3.3 因地制宜合理規(guī)劃布局

供需關(guān)系不平衡是我國數(shù)據(jù)中心行業(yè)亟待解決的問題。因此京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)等地區(qū)要在國家政策的指導(dǎo)下，加快建設(shè)全國一體化算力網(wǎng)絡(luò)國家樞紐節(jié)點(diǎn)，引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心向資源豐富、環(huán)境適宜的西部地區(qū)布局，提升數(shù)據(jù)中心的算力服務(wù)質(zhì)量和利用效率，推動“東數(shù)西算”工程的實(shí)施，提升跨區(qū)域算力調(diào)度水平，構(gòu)建完整的國家算力網(wǎng)絡(luò)體系，優(yōu)化東中西部算力資源協(xié)同發(fā)展的格局?？傊?，建設(shè)數(shù)據(jù)中心，要堅(jiān)持科學(xué)布局，集約發(fā)展，尤其要注意遵循市場和產(chǎn)業(yè)規(guī)律。相關(guān)部門在規(guī)劃布局?jǐn)?shù)據(jù)中心時(shí)，應(yīng)與交通、能源等基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃同步考慮，謹(jǐn)慎新建大型或超大型數(shù)據(jù)中心，各地也應(yīng)根據(jù)地方發(fā)展實(shí)際加強(qiáng)對數(shù)據(jù)中心建設(shè)的統(tǒng)籌安排，促進(jìn)全國范圍數(shù)據(jù)中心合理布局、集群化發(fā)展。

3.4 支持龍頭企業(yè)壯大規(guī)模

目前，我國數(shù)據(jù)中心的建設(shè)正處于起步階段，大部分地區(qū)缺乏龍頭企業(yè)的帶動作用。因此要加快培育數(shù)據(jù)行業(yè)的龍頭企業(yè)，改變個(gè)別數(shù)據(jù)服務(wù)運(yùn)營商壟斷的情況。而對于數(shù)據(jù)中心建設(shè)速度較慢的大部分地區(qū)，可以采用“培育+引進(jìn)”的方式，憑借本地區(qū)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢、區(qū)位優(yōu)勢、政策優(yōu)勢等，吸引數(shù)據(jù)中心龍頭企業(yè)落戶，借助數(shù)據(jù)中心龍頭企業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢，加快打造綠色數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)片區(qū)，壯大數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

3.5 加快關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)

首先，為了適應(yīng)多樣化的市場需求，各大數(shù)據(jù)中心企業(yè)應(yīng)堅(jiān)持“產(chǎn)品打造”理念，推進(jìn)數(shù)據(jù)中心新型服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等IT 基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)施的研發(fā)，加快整機(jī)柜服務(wù)器、閃存、GPU 服務(wù)器等技術(shù)發(fā)展，精準(zhǔn)對接各類客戶需求，促進(jìn)數(shù)據(jù)中心朝向模塊化、定制化發(fā)展。其次，具有自主創(chuàng)新能力的企業(yè)應(yīng)加快創(chuàng)新大數(shù)據(jù)存儲與管理、開發(fā)新型數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)智能分析處理、大數(shù)據(jù)可視化等基礎(chǔ)性技術(shù)，加快對大數(shù)據(jù)中心供電、制冷、系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)等方面的新技術(shù)研究。最后，基礎(chǔ)電信運(yùn)營商、第三方數(shù)據(jù)服務(wù)商等數(shù)據(jù)中心行業(yè)廠商應(yīng)加強(qiáng)密切合作，同時(shí)組建數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟，充分發(fā)揮各數(shù)據(jù)中心企業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢，加強(qiáng)數(shù)據(jù)中心企業(yè)之間的技術(shù)交流，積極推進(jìn)數(shù)據(jù)技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈中關(guān)鍵環(huán)節(jié)的創(chuàng)新和優(yōu)化，確保數(shù)據(jù)技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控、安全高效。