關(guān)于在青島市建設(shè)海底數(shù)據(jù)中心的探討

文/蔣永建 王熙

一、引言

近年來(lái)，我國(guó)數(shù)據(jù)中心高速發(fā)展，據(jù)中國(guó)信息通信研究院發(fā)布的《數(shù)據(jù)中心白皮書(shū)（2022年）》，2021年我國(guó)數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)達(dá)到520萬(wàn)架，近三年年均復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)30%。同時(shí)，數(shù)據(jù)中心被稱為“云上電老虎”，2021年我國(guó)數(shù)據(jù)中心耗電量占全國(guó)總用電量的2.6%，年度耗電量還在不斷快速增長(zhǎng)。為此，國(guó)家啟動(dòng)“東數(shù)西算”工程，并鼓勵(lì)各地探索利用海底、河流、湖泊沿岸等特殊地理?xiàng)l件，因地制宜促進(jìn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗。

海底數(shù)據(jù)中心是將服務(wù)器等信息基礎(chǔ)設(shè)施安裝在海底密封的壓力容器中，利用流動(dòng)海水進(jìn)行散熱，并利用海底復(fù)合纜供電且將數(shù)據(jù)回傳至互聯(lián)網(wǎng)的新型數(shù)據(jù)中心。海底數(shù)據(jù)中心具有節(jié)能、節(jié)地、低時(shí)延、安全可靠等顯著的綠色低碳特征和多方面的優(yōu)點(diǎn)，符合行業(yè)綠色低碳發(fā)展趨勢(shì)，可以有效滿足“東數(shù)西算”大格局下東部沿海城市對(duì)低時(shí)延數(shù)據(jù)的處理需求，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

二、海底數(shù)據(jù)中心發(fā)展現(xiàn)狀

全球首個(gè)海底數(shù)據(jù)中心于2015年由美國(guó)微軟公司研制，并完成了為期4個(gè)月的水下測(cè)試。2018年微軟公司在英國(guó)蘇格蘭奧克尼群島開(kāi)展第二階段測(cè)試，2020年7月完成為期兩年的測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示，海底數(shù)據(jù)中心的PUE為1.07，故障率是地面數(shù)據(jù)中心故障率的八分之一。

國(guó)內(nèi)海底數(shù)據(jù)中心起步相對(duì)較晚，但發(fā)展迅速。2020年8月，國(guó)內(nèi)行業(yè)龍頭企業(yè)北京海蘭信數(shù)據(jù)科技股份有限公司和聯(lián)想、中通服、奇安信、海南移動(dòng)等公司聯(lián)合宣布在海南自貿(mào)港建設(shè)海底數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目。2021年12月，全國(guó)首個(gè)商用海底數(shù)據(jù)中心落戶海南三亞，項(xiàng)目總投資56億元，計(jì)劃分為三期完成100個(gè)數(shù)據(jù)艙布放和岸站建設(shè)，項(xiàng)目首個(gè)海底數(shù)據(jù)艙已于2022年2月11日在天津港保稅區(qū)臨港特種設(shè)備制造場(chǎng)地開(kāi)工建造。

此外，我國(guó)沿海城市正在加緊籌劃新建一批海底數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目，廣東省深圳市已對(duì)大鵬新區(qū)、深汕合作區(qū)進(jìn)行了實(shí)地考察；海南省除三亞市外，另一處昌江項(xiàng)目正在申請(qǐng)海域使用許可，海底數(shù)據(jù)中心正面臨著前所未有的發(fā)展機(jī)遇。

三、在沿海城市推廣建設(shè)海底數(shù)據(jù)中心的優(yōu)勢(shì)分析

（一）海底數(shù)據(jù)中心是滿足沿海城市對(duì)低時(shí)延數(shù)據(jù)處理需求的有效途徑

我國(guó)正在大力推行“東數(shù)西算”工程，將大型、超大型數(shù)據(jù)中心逐漸向中西部可再生能源豐富、氣候適宜地區(qū)轉(zhuǎn)移，主要用于后臺(tái)加工、離線分析、存儲(chǔ)備份等對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延要求不高的業(yè)務(wù)。而對(duì)于網(wǎng)絡(luò)游戲、金融結(jié)算等需要高頻次調(diào)用、對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延要求較高的業(yè)務(wù)，還是只能通過(guò)位于當(dāng)?shù)氐母咝阅軘?shù)據(jù)中心進(jìn)行處理。因此，在沿海城市研究并建設(shè)海底數(shù)據(jù)中心，可以充分發(fā)揮城市臨海而立的突出優(yōu)勢(shì)，滿足當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)低時(shí)延數(shù)據(jù)中心的需求。

（二）海底數(shù)據(jù)中心符合行業(yè)綠色低碳發(fā)展要求

數(shù)據(jù)中心作為公認(rèn)的高耗能行業(yè)，耗電量巨大。2021年我國(guó)數(shù)據(jù)中心耗電量達(dá)到2166億千瓦時(shí)，占全社會(huì)用電量的2.6%左右，二氧化碳排放量約1.35億噸，占全國(guó)二氧化碳排放量的1.14%左右。預(yù)計(jì)到2025年全國(guó)數(shù)據(jù)中心耗電量將達(dá)到3500億千瓦時(shí)，約占全社會(huì)用電量4%。

為此，2021年7月，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）》（工信部通信〔2021〕76號(hào)），明確提出到2023年底，新建大型及以上數(shù)據(jù)中心PUE降低到1.3以下，嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)力爭(zhēng)降低到1.25以下。2021年12月，國(guó)家發(fā)展改革委等四部門聯(lián)合發(fā)布《貫徹落實(shí)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)要求 推動(dòng)數(shù)據(jù)中心和5G等新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展實(shí)施方案》，提出新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心電能利用效率不高于1.3，逐步對(duì)電能利用效率超過(guò)1.5的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行節(jié)能降碳改造。鼓勵(lì)探索利用山洞、山體間埡口、海底、河流湖泊沿岸等特殊地理?xiàng)l件發(fā)展數(shù)據(jù)中心，充分發(fā)揮氣候水文和地形地貌等自然條件天然優(yōu)勢(shì)，因地制宜促進(jìn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗。

（三）海底數(shù)據(jù)中心具有明顯的比較優(yōu)勢(shì)

根據(jù)相關(guān)研究，與陸上數(shù)據(jù)中心相比，海底數(shù)據(jù)中心具有以下優(yōu)勢(shì)：一是節(jié)能。利用海水冷卻，可以減少能耗30%以上，能源利用效率（PUE）值可達(dá)到1.076，符合我國(guó)新建大型及以上數(shù)據(jù)中心PUE低于1.3的要求。二是節(jié)地節(jié)水。海底數(shù)據(jù)中心岸上場(chǎng)站占地僅為陸上數(shù)據(jù)中心的1/3；一個(gè)擁有1萬(wàn)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架的大型數(shù)據(jù)中心每年可節(jié)約用水200萬(wàn)立方米。三是集約高效用海。布放海域可以包容海洋牧場(chǎng)、養(yǎng)殖網(wǎng)箱等漁業(yè)設(shè)施；海底數(shù)據(jù)中心還可以與海上風(fēng)力發(fā)電、海上石油開(kāi)采等生產(chǎn)活動(dòng)互相服務(wù)。四是安全可靠。海底數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)艙內(nèi)充滿惰性氣體，恒溫、恒濕、恒壓，無(wú)氧、無(wú)塵、無(wú)人鼠侵犯，故障率僅為陸上數(shù)據(jù)中心的1/8。五是成本低。據(jù)國(guó)內(nèi)行業(yè)龍頭企業(yè)海蘭信測(cè)算，一萬(wàn)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架規(guī)模下，海底數(shù)據(jù)中心的綜合成本較陸上數(shù)據(jù)中心低29%，運(yùn)維成本低22%。六是快速部署。采用模塊化生產(chǎn)全預(yù)制模式，如三亞示范項(xiàng)目計(jì)劃在90天內(nèi)完成從工廠安裝、調(diào)試到投入實(shí)際運(yùn)行。七是低時(shí)延。在沿海城市布局，距離核心用戶通常在100公里以內(nèi)，可以更好地滿足用戶低時(shí)延業(yè)務(wù)需求。

（四）國(guó)內(nèi)企業(yè)擁有建設(shè)海底數(shù)據(jù)中心的全部關(guān)鍵技術(shù)儲(chǔ)備

國(guó)內(nèi)龍頭企業(yè)北京海蘭信數(shù)據(jù)科技股份有限公司與國(guó)際巨頭微軟公司在這一領(lǐng)域處于并跑階段，掌握了海底網(wǎng)、常壓潛水、海底接駁、封閉容器制冷、海洋生物防腐、長(zhǎng)距離輸電等全部關(guān)鍵技術(shù)，擁有專利100余項(xiàng)，該公司加拿大團(tuán)隊(duì)參與了微軟海底數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)，技術(shù)水平全球先進(jìn)。

同時(shí)，我國(guó)自主設(shè)計(jì)建造的海底數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)艙通過(guò)了兩輪測(cè)試。多家機(jī)構(gòu)對(duì)測(cè)試進(jìn)行了鑒定，清華大學(xué)傳熱與能源利用北京重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室出具了《海蘭信海底數(shù)據(jù)中心能耗測(cè)試報(bào)告》，測(cè)定單艙P(yáng)UE值為1.076。青島環(huán)海海洋工程勘察研究院出具了《海底數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目海洋生態(tài)環(huán)境影響評(píng)估報(bào)告》，認(rèn)定海底數(shù)據(jù)中心環(huán)境友好。中國(guó)信息通信研究院出具了《海底數(shù)據(jù)中心與岸基的私有網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試檢測(cè)報(bào)告》，認(rèn)定海底數(shù)據(jù)中心屬于互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心最高級(jí)別，可以承載對(duì)時(shí)延性、互通量要求最高的業(yè)務(wù)。

四、青島市建設(shè)海底數(shù)據(jù)中心的條件分析

據(jù)調(diào)查，截止到2021年1月底，青島市已建成標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架2.4萬(wàn)個(gè)，與《數(shù)字青島2022年行動(dòng)方案》要求的4萬(wàn)個(gè)還存在較大的缺口。此外，青島市數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展強(qiáng)勁，產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型不斷加快，正在著力打造世界工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)之都，需要大量數(shù)據(jù)中心提供底座支撐。同時(shí)，全市已建成并投入運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)中心PUE平均值約為1.42，能耗指標(biāo)普遍偏高，尤其是小型數(shù)據(jù)中心能耗指標(biāo)更高，急需采用新型綠色數(shù)據(jù)中心進(jìn)行改造或替代。

（一）青島具備建設(shè)海底數(shù)據(jù)中心的良好基礎(chǔ)

青島是我國(guó)重要的海洋中心城市，海洋經(jīng)濟(jì)和科技實(shí)力雄厚，區(qū)域經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)好，數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)良好，產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型持續(xù)推進(jìn)，“世界工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)之都”品牌影響日益擴(kuò)大，具有建設(shè)海底數(shù)據(jù)中心的現(xiàn)實(shí)需求和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。青島海洋工程建筑業(yè)、海洋交通運(yùn)輸業(yè)、海底電纜制造等新興行業(yè)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，海洋工程裝備制造業(yè)水平一流，可以為海底數(shù)據(jù)中心的建設(shè)提供強(qiáng)力的技術(shù)支撐。

同時(shí)，青島作為我國(guó)北方唯一一個(gè)國(guó)際海底光纜登陸城市，具備打造國(guó)際通信數(shù)據(jù)港、實(shí)現(xiàn)“一帶一路”國(guó)家國(guó)際通信業(yè)務(wù)在青島匯聚和交換的條件?？梢蕴剿鹘ㄔO(shè)離岸數(shù)據(jù)中心，以海底數(shù)據(jù)中心的形式建設(shè)跨境大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理基地和國(guó)際數(shù)據(jù)樞紐港。

（二）青島近海海域地質(zhì)條件較為適合海底數(shù)據(jù)中心建設(shè)

一是大部分海底地貌形態(tài)較為單一，海底地形較為平坦，適合布置海底設(shè)施。青島市海域面積1.22萬(wàn)平方公里，海岸線863公里，其中大陸海岸線730公里，擁有膠州灣、膠南瑯琊灣、鰲山灣、靈山灣、嶗山灣、丁字灣等海灣49處。近海海域淺海區(qū)水深多在64m以淺，近岸20m水深以外海底緩傾，等深線分布較為均勻，大部分等深線與岸線基本平行。

二是海水溫度較低，帶走海底數(shù)據(jù)中心熱量較快。海域年平均海水溫度約為13.5℃，海水溫度的季節(jié)性變化較為明顯。海域內(nèi)的潮流基本為往復(fù)流，有利于海水更快地帶走海底數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的熱量。

總體來(lái)看，青島市大陸海岸線較長(zhǎng)，具有較為廣闊的可選擇空間用于建設(shè)海底數(shù)據(jù)中心，近海海域的地質(zhì)條件適合海底數(shù)據(jù)中心的布放建設(shè)。

（三）青島西海岸新區(qū)區(qū)位優(yōu)勢(shì)分析

青島西海岸新區(qū)內(nèi)布局有山東自貿(mào)試驗(yàn)區(qū)青島片區(qū)，實(shí)施范圍52平方公里，占山東自貿(mào)試驗(yàn)區(qū)實(shí)施范圍的43.3%。同時(shí)轄區(qū)內(nèi)還布局有青島前灣綜合保稅區(qū)、青島西海岸綜合保稅區(qū)、青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)、青島國(guó)際經(jīng)濟(jì)合作區(qū)（中德生態(tài)園）等多個(gè)功能區(qū)，政策疊加優(yōu)勢(shì)明顯。轄區(qū)內(nèi)海工裝備、家電電子、機(jī)械裝備、影視文化等產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)良好，數(shù)字化轉(zhuǎn)型加快。2021年，轄區(qū)內(nèi)數(shù)字經(jīng)濟(jì)核心產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入同比增長(zhǎng)20.7%，產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求空間大。青島西海岸新區(qū)擁有海域面積5000平方公里，海岸線282公里，占據(jù)青島海岸線長(zhǎng)度的36%，擁有漁港碼頭停泊點(diǎn)58個(gè)，海域條件優(yōu)良。

五、發(fā)展建議

建設(shè)海底數(shù)據(jù)中心符合行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和我國(guó)相關(guān)政策要求，符合數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)際需要。青島市擁有良好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和海域地質(zhì)條件，較為適合海底數(shù)據(jù)中心的建設(shè)。為推動(dòng)先行先試，加快試點(diǎn)項(xiàng)目早日落地實(shí)施，提出以下建議。

一是加強(qiáng)宣傳引起關(guān)注。海底數(shù)據(jù)中心作為新型基礎(chǔ)設(shè)施，融合了大數(shù)據(jù)和海洋工程技術(shù)要求，具有多方面的的優(yōu)點(diǎn)。但目前電信運(yùn)營(yíng)商和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)對(duì)其的了解并不深入，對(duì)工程建設(shè)投資、設(shè)施運(yùn)營(yíng)維護(hù)及安全性還存在一定的顧慮，應(yīng)進(jìn)一步加大宣傳，引起應(yīng)用機(jī)構(gòu)和沿海城市的廣泛關(guān)注，逐步得到全面認(rèn)可。

二是加快研究統(tǒng)籌規(guī)劃。開(kāi)展專題調(diào)查研究，結(jié)合我國(guó)和山東省數(shù)據(jù)中心整體布局，充分考慮青島市數(shù)據(jù)中心實(shí)際需求和行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)全市沿海區(qū)（市）海底數(shù)據(jù)中心進(jìn)行統(tǒng)一布局規(guī)劃，分區(qū)域、分規(guī)模、分步驟推進(jìn)海底數(shù)據(jù)中心建設(shè)。

三是加大政策支持力度。研究設(shè)立專項(xiàng)資金支持政策，對(duì)海底數(shù)據(jù)中心建設(shè)給予資金補(bǔ)貼，對(duì)所購(gòu)置設(shè)備給予首臺(tái)套保險(xiǎn)補(bǔ)償財(cái)政扶持，對(duì)相關(guān)創(chuàng)新成果納入政府采購(gòu)目錄。發(fā)揮投資基金引導(dǎo)作用，鼓勵(lì)社會(huì)資本投入，撬動(dòng)金融和社會(huì)資本支持海底數(shù)據(jù)中心建設(shè)。

四是強(qiáng)化關(guān)鍵技術(shù)積累。加大技術(shù)研發(fā)投入，支持海底數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破。加強(qiáng)海洋工程技術(shù)支撐，加快實(shí)現(xiàn)海底數(shù)據(jù)艙、水下運(yùn)維裝備本地制造，提高海底數(shù)據(jù)中心建設(shè)及運(yùn)行維護(hù)能力。研究利用潮汐發(fā)電、海上風(fēng)電等海上可再生能源,實(shí)現(xiàn)海底數(shù)據(jù)中心的零碳排放。結(jié)合海洋漁業(yè)、海上油氣開(kāi)采等活動(dòng)，不斷增強(qiáng)對(duì)海上生產(chǎn)設(shè)施的配合和服務(wù)能力。

五是推動(dòng)試點(diǎn)項(xiàng)目早日實(shí)施。圍繞建設(shè)全球海洋中心城市、打造世界工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)之都等戰(zhàn)略部署，落實(shí)青島低時(shí)延數(shù)據(jù)中心核心區(qū)建設(shè)任務(wù)，以青島西海岸新區(qū)沿海為重點(diǎn)目標(biāo)區(qū)域，加緊開(kāi)展選址研究，進(jìn)行示范性工程方案論證，推動(dòng)項(xiàng)目加快建設(shè)并投入運(yùn)營(yíng)，發(fā)揮示范引領(lǐng)作用。