“東數(shù)西算”工程算力保障研究

黃朝椿 羅以洪 孫金良

(貴州省社會科學院,貴州 貴陽 550002)

一、引言

隨著新一代信息技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)據(jù)成為關鍵生產(chǎn)要素[1],已滲透到人們生活的方方面面,成為驅(qū)動經(jīng)濟增長、推動社會進步的重要動力。習近平總書記指出:“充分發(fā)揮海量數(shù)據(jù)和豐富應用場景優(yōu)勢,促進數(shù)字技術(shù)和實體經(jīng)濟深度融合,賦能傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級,催生新產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)新模式,不斷做強做優(yōu)做大我國數(shù)字經(jīng)濟”[2]。算力作為數(shù)字經(jīng)濟時代的關鍵生產(chǎn)力要素,已經(jīng)成為挖掘數(shù)據(jù)要素價值,推動數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的核心支撐力和驅(qū)動力,是各國戰(zhàn)略競爭中高度重視的新焦點[3],已成為國與國之間競爭的核心競爭力[4]。

2021年5月,國家發(fā)展改革委等四部門聯(lián)合印發(fā)《全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實施方案》提出:“統(tǒng)籌圍繞國家重大區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略,根據(jù)能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)布局、市場發(fā)展、氣候環(huán)境等,在京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝,以及貴州、內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏等地布局建設全國一體化算力網(wǎng)絡國家樞紐節(jié)點和數(shù)據(jù)中心集群”[5],并于2021年11月至2022年2月陸續(xù)復函同意在寧夏、內(nèi)蒙古、甘肅、貴州、粵港澳大灣區(qū)、成渝、長三角、京津冀等8地啟動建設國家算力樞紐節(jié)點,并規(guī)劃了中衛(wèi)、和林格爾、慶陽、貴安、韶關、天府、重慶、長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)(以下簡稱長三角)、蕪湖、張家口等10個國家數(shù)據(jù)中心集群,標志著國家級超級工程“東數(shù)西算”工程正式全面啟動。

“東數(shù)西算”工程旨在充分發(fā)揮東、西部地區(qū)比較優(yōu)勢,對全國算力資源進行有效配置,以實現(xiàn)東、西部算力資源協(xié)同發(fā)展和數(shù)據(jù)要素跨區(qū)域流動,形成優(yōu)勢互補、高質(zhì)量發(fā)展的算力經(jīng)濟發(fā)展格局。算力經(jīng)濟的發(fā)展離不開穩(wěn)定、可持續(xù)的算力供給,穩(wěn)定、可持續(xù)的算力供給又需要高效的算力保障。因此,測算十大數(shù)據(jù)中心集群的算力保障能力,充分發(fā)揮其比較優(yōu)勢,已成為一個非常值得研究的問題。

二、文獻綜述

近年來,關于算力相關方面的研究方興未艾。在算力理論方面,劉宇航等提出了計算概念譜系,認為算力是應用程序所能實際獲得的計算能力[6]。呂廷杰和劉峰探討了分布式形態(tài)下算力網(wǎng)絡的可研究和落地方向,認為分布式算力網(wǎng)絡有望成為未來十年最值得期待的信息基礎設施變革之一[7]。陳曉紅等通過剖析算力服務發(fā)展過程中存在的問題,提出了算力服務體系建設的總體架構(gòu)、重點戰(zhàn)略和發(fā)展路徑[8]。在算力測算相關方面,主要是通過選取相關指標,構(gòu)建評價指標體系,測算算力相關指數(shù),如全球計算力指數(shù)、算力發(fā)展指數(shù)、算力綜合指數(shù)、算力服務發(fā)展指數(shù)等。2021年2月,浪潮信息聯(lián)合IDC發(fā)布《2020全球計算力指數(shù)評估報告》,該報告從計算能力、計算效率、應用水平和基礎設施支持四個維度選取19個二級指標構(gòu)建全球計算力指數(shù)評估模型,對全球重點國家計算力水平進行評估,得出“計算力是數(shù)字經(jīng)濟時代的核心生產(chǎn)力,計算力與經(jīng)濟增長密切相關,計算力指數(shù)平均每提高一個點,數(shù)字經(jīng)濟和GDP將分別增長3.3‰和1.8‰”[9]。同年9月,中國信通院發(fā)布《中國算力發(fā)展指數(shù)白皮書》,從算力規(guī)模、算力環(huán)境、算力應用三個維度選取7個二級指標、8個三級指標構(gòu)建中國算力發(fā)展指標體系,對我國各省市的算力發(fā)展水平進行評價與分析[10]。2022年7月,中國信通院等在中國算力大會上聯(lián)合發(fā)布《中國綜合算力指數(shù)(2022)》,從算力、存力、運力、環(huán)境四個維度選取8個二級指標32個三級指標構(gòu)建中國綜合算力指標體系,并對我國各省市的綜合算力水平進行評價與分析[11]。2023年7月,中國信通院發(fā)布《中國算力服務發(fā)展報告》,從資源服務化、應用賦能、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、服務體驗四個維度選取11個二級指標、22個三級指標構(gòu)建中國算力服務發(fā)展指標體系,對我國各省市的算力服務水平進行評價與分析[12]。截至目前,浪潮信息、中國信通院等機構(gòu)每年都會對構(gòu)建的指標體系進行更新完善,并對外發(fā)布新的測算與評價結(jié)果。

盡管目前關于算力測算的相關研究成果頗豐,但依然存在豐富拓展的空間。在研究內(nèi)容上,目前的研究主要體現(xiàn)在算力水平、算力發(fā)展、算力服務等方面,很少涉及算力保障方面。算力經(jīng)濟歸根結(jié)底是能源經(jīng)濟,算力的發(fā)展離不開能源的有效供給。據(jù)統(tǒng)計,算力中心耗電量巨大,電力成本占總成本的60%-70%,1PFLOPS算力每天要耗電大約2400kWh,每年僅電費成本就達76.2萬元(1)中國工信新聞網(wǎng),5G基站和算力產(chǎn)品是運營商的兩只“電老虎”https://www.cnii.com.cn/rmydb/202308/t20230803_492458.html。?！皷|數(shù)西算”工程之所以被提出,主要是基于東部發(fā)達地區(qū)旺盛算力需求下嚴峻的能源供給壓力,擬通過規(guī)劃算力產(chǎn)業(yè)布局,充分利用西部地區(qū)良好的生態(tài)環(huán)境、豐富的自然資源以及突出的能源優(yōu)勢,為東部發(fā)達地區(qū)的算力提供穩(wěn)定、持續(xù)、高效的算力保障,同時也可以進一步深化東西部協(xié)作,構(gòu)建東西部協(xié)同發(fā)展新格局。鑒于此,本文將從算力的定義出發(fā),提出算力保障及其定義,并基于該定義從算力水平、基礎條件、公共服務、自然環(huán)境、發(fā)展生態(tài)五個維度,選取19個二級指標構(gòu)建算力保障指標體系,使用熵權(quán)-TOPSIS法對中國十大數(shù)據(jù)中心集群的算力保障水平進行測算、評價與分析,以期豐富該領域的理論和實證研究,并為研究算力提供了新的視角,亦為國家相關部門及各相關省市制定相關政策提供決策參考。

三、算力保障評價體系構(gòu)建

(一)指標選擇

《中國算力白皮書(2022年)》認為:算力是數(shù)據(jù)中心的服務器通過對數(shù)據(jù)進行處理后實現(xiàn)結(jié)果輸出的一種能力[13]。至于算力保障,可從兩方面考慮,一方面是保障數(shù)據(jù)能夠被處理的能力,另一方面是對數(shù)據(jù)處理過程及結(jié)果輸出提供保障的能力。因此,本文將算力保障定義為保障數(shù)據(jù)能被處理并對數(shù)據(jù)處理過程及結(jié)果輸出提供保障的能力?；谠摱x,本文將從算力水平、基礎條件、公共服務、自然環(huán)境、發(fā)展生態(tài)五個維度選取指標。

1.算力水平。算力水平是數(shù)據(jù)中心的服務器處理數(shù)據(jù)并實現(xiàn)結(jié)果輸出的能力水平,可用算力規(guī)模、上架率、PUE、數(shù)據(jù)中心規(guī)模、國家級超算中心數(shù)量等來衡量。算力規(guī)模是指數(shù)據(jù)中心或計算系統(tǒng)所具備的計算能力大小,是衡量一個國家或地區(qū)算力水平的重要標準,一般情況下,算力規(guī)模越大,算力水平越高。上架率是指數(shù)據(jù)中心實際使用機架數(shù)與總機架數(shù)的比值,上架率的高低反映了數(shù)據(jù)中心設備利用情況和運營效率。PUE是數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負載消耗的能源的比值,是用來評價數(shù)據(jù)中心能源效率的指標。PUE值越低,表示數(shù)據(jù)中心能效水平越高。超算中心是算力樞紐保障基地的重要組成部分,是配備超級計算機的數(shù)據(jù)中心,具有強大的計算能力,能處理復雜、大規(guī)模的計算任務,代表著頂級的算力。

2.基礎條件?；A條件是保障數(shù)據(jù)中心正常運行的內(nèi)在條件,可用省際出口帶寬、機架規(guī)模、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡時延測量。省際出口帶寬是指一個省份與其他省份以及國際互聯(lián)網(wǎng)之間互聯(lián)互通的網(wǎng)絡帶寬。由于算力需要高速、穩(wěn)定的網(wǎng)絡連接來支撐,省際出口帶寬的擴大,能夠保障海量數(shù)據(jù)順暢傳輸,提升了地區(qū)的網(wǎng)絡通達性和算力效率,使得更多數(shù)據(jù)能夠順暢地傳輸和交換,促進云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。數(shù)據(jù)中心機架規(guī)模是衡量數(shù)據(jù)中心能力的重要指標之一,數(shù)據(jù)中心內(nèi)部所配備的機架,主要用于承載服務器、存儲設備等IT基礎設施,機架規(guī)模的大小直接關系到數(shù)據(jù)中心的計算能力和存儲容量。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡時延是指在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部,數(shù)據(jù)從源服務器傳輸?shù)侥繕朔掌魉璧臅r間。網(wǎng)絡時延越低,數(shù)據(jù)傳輸速度就越快,算力效率也就越高。

3.公共服務。公共服務是為數(shù)據(jù)中心算力提供服務保障的能力,可用電價、人均發(fā)電量、土地價格、土地使用稅來衡量。電價對算力具有關鍵性影響,算力需要消耗大量的電,電費成本占數(shù)據(jù)中心經(jīng)營總成本的60%左右,因此,各數(shù)據(jù)中心的競爭往往是電價的競爭。人均發(fā)電量反映區(qū)域內(nèi)發(fā)電能力對群眾生活與生產(chǎn)的保障力度,人均發(fā)電量越高,對群眾生活的保障能力越強,越有能力和條件對數(shù)據(jù)中心進行供電。土地價格與土地使用稅是指用于建設和運營數(shù)據(jù)中心等算力設施的土地的價格和使用稅,一般情況下,土地價格或土地使用稅越低,算力成本越低,算力保障水平越高。

4.自然環(huán)境。自然環(huán)境是數(shù)據(jù)中心算力保障的外在條件,可用氣溫離差、空氣質(zhì)量、距離來衡量。數(shù)據(jù)中心的理想溫度一般在20℃到25℃之間,在這個溫度范圍內(nèi),設備的散熱效果最好。當溫度高于這個范圍,就需要通過水冷、通風、空調(diào)等其他手段降溫。數(shù)據(jù)機房的電子通信設備對其場所的空氣質(zhì)量尤其敏感,若灰塵、腐蝕性氣體濃度長期超標,會影響設備使用壽命,嚴重的會導致宕機事故。距離是指算力需求方與算力數(shù)據(jù)中心的距離,算力需求方距離算力數(shù)據(jù)中心越遠,數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡時延越長,經(jīng)濟成本越高。

5.發(fā)展生態(tài)。發(fā)展生態(tài)是數(shù)據(jù)中心算力保障的軟基礎,可用環(huán)境安全、發(fā)展年數(shù)、政策力度和人才儲備來衡量。環(huán)境安全主要指數(shù)據(jù)中心免受外部自然環(huán)境破壞的能力,可用地質(zhì)災害發(fā)生數(shù)量來衡量,地質(zhì)災難包括地震、滑坡、泥石流等,地質(zhì)災害越少越能保證算力基礎設施的穩(wěn)定運行。地區(qū)算力保障發(fā)展年數(shù)越長,地方政府的算力發(fā)展意識就越強,共識就越高,推動有關工作的力度就越大。政策力度是數(shù)據(jù)中心集群所在省份歷年印發(fā)的算力經(jīng)濟、數(shù)據(jù)經(jīng)濟、數(shù)字經(jīng)濟、人工智能相關的政策文件數(shù)量,它直接體現(xiàn)各地對算力產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重視程度與保障力度。人才儲備反映數(shù)據(jù)中心集群的發(fā)展?jié)摿εc內(nèi)生動力程度,一般情況下,人才儲備越充足,研發(fā)能力越強,算力保障能力也越強。

(二)指標體系建立

基于我國“東數(shù)西算”工程十大數(shù)據(jù)中心集群算力保障情況,在對企業(yè)和政府相關部門充分調(diào)研基礎上,綜合中國信通院等研究機構(gòu)對算力測度及相關指標體系研究,基于指標數(shù)據(jù)的可獲得性及來源權(quán)威性,選取19個二級指標,從算力水平、基礎條件、公共服務、自然環(huán)境、發(fā)展生態(tài)五個一級指標維度,全面客觀地評價我國“東數(shù)西算”工程十大數(shù)據(jù)中心集群的算力保障水平(見表1)。在確定二級指標數(shù)據(jù)時,本文盡可能地將總量指標轉(zhuǎn)為比例指標、結(jié)構(gòu)指標和強度指標等形式,以減少因度量造成的誤差[14]。

表1 算力保障指標體系、計算口徑及權(quán)重

表2 算力保障指數(shù)描述性統(tǒng)計

(三)數(shù)據(jù)來源及解釋說明

本文選取2022年全國“東數(shù)西算”工程十大數(shù)據(jù)中心集群為研究樣本,對其算力保障能力進行量化評估,其中,長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)數(shù)據(jù)中心集群的數(shù)據(jù)用蘇州的數(shù)據(jù)來替代。本文各指標數(shù)據(jù)主要來源于《中國統(tǒng)計年鑒》、中國信通院、各地方政府官網(wǎng)、相關政策文件、網(wǎng)絡公開數(shù)據(jù)綜合整理等。

1.算力水平數(shù)據(jù)。算力規(guī)模用算力規(guī)模指數(shù)表示,數(shù)據(jù)來源于《2023中國算力發(fā)展指數(shù)白皮書》,上架率用實際使用機架/機架數(shù)來表示,數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡公開數(shù)據(jù)整理;PUE為數(shù)據(jù)中心總能耗與IT設備耗電量的比值,數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡公開數(shù)據(jù)整理;數(shù)據(jù)中心規(guī)模用數(shù)據(jù)中心數(shù)量來表示,數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡公開數(shù)據(jù)整理;國家級超算中心用國家級超算中心來表示,數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡公開數(shù)據(jù)整理。

2.基礎條件數(shù)據(jù)。省際出口帶寬數(shù)據(jù)來源于《2022年通信業(yè)年度統(tǒng)計數(shù)據(jù)》;機架規(guī)模用機架數(shù)來表示,數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡公開數(shù)據(jù)整理;數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡時延數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡公開數(shù)據(jù)整理。

3.公共服務數(shù)據(jù)。電價統(tǒng)一采用兩部制35千伏電度電價表示,數(shù)據(jù)來源于北極星售電網(wǎng);人均發(fā)電量為發(fā)電量/人口數(shù),發(fā)電量數(shù)據(jù)來源于北極星售電網(wǎng),人口數(shù)數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》;土地價格用工業(yè)用地平均地價表示,數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡公開數(shù)據(jù)整理;土地使用稅用工業(yè)用地土地使用稅表示,數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡公開數(shù)據(jù)整理。

4.自然環(huán)境數(shù)據(jù)。氣溫離差為全年每月最高氣溫與最適溫度(22℃)離差平均數(shù),數(shù)據(jù)來源于天氣網(wǎng)官網(wǎng)數(shù)據(jù)整理;空氣質(zhì)量用空氣質(zhì)量指數(shù)表示,數(shù)據(jù)來源于《全國城市空氣質(zhì)量報告》及各城市生態(tài)環(huán)境局官網(wǎng)數(shù)據(jù)整理;距離用距離主要大城市的平均距離表示,數(shù)據(jù)來源于ArcGIS測算整理。

5.發(fā)展生態(tài)數(shù)據(jù)。環(huán)境安全用近10年地質(zhì)災害總數(shù)/省(市)面積表示,近十年地質(zhì)災害總數(shù)數(shù)據(jù)來源于國家統(tǒng)計局官網(wǎng),各/省(市)面積數(shù)據(jù)來源于全國行政區(qū)劃信息查詢平臺官網(wǎng);發(fā)展年數(shù)用現(xiàn)在-數(shù)據(jù)中心建設開始年份表示,數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡公開數(shù)據(jù)整理;政策力度用政府出臺的算力相關政策數(shù)量表示,數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡公開數(shù)據(jù)整理;人才儲備用規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)R&D全時當量表示,數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》。

(四)評價方法

1.評價方法選擇

算力保障指標體系作為多維度、多指標的綜合評價指標體系,需要選取多指標綜合評價方法將多項指標合成單一指數(shù)進行考察。將多項指標綜合成算力保障綜合指數(shù),核心在于對各項指標進行賦權(quán),進而使用加權(quán)函數(shù)法獲得算力保障各級指數(shù)和綜合指數(shù)[15]。賦權(quán)方法主要分為主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法,主觀賦權(quán)法主要有層次分析法、效用值法、均權(quán)法等,客觀賦權(quán)法有熵權(quán)法、主成分分析法等。本文將采用客觀賦權(quán)法—熵權(quán)法對算力保障指標體系的各級指標進行賦權(quán),然后利用TOPSIS法對算力保障指數(shù)及分指數(shù)進行量化排序。與主觀賦權(quán)法相比,熵權(quán)法是根據(jù)各指標的變異程度,利用信息熵計算出各指標的熵權(quán),再通過熵權(quán)對各指標的權(quán)重進行修正,客觀地確定每個指標的權(quán)重大小,這樣可以避免主觀賦權(quán)法的人為因素,得出的權(quán)重更客觀、科學[16]。

2.熵權(quán)法確定指標權(quán)重

(1)標準化處理。

(1)

(2)

其中,xij表示i集群j指標的原始值,Xij表示標準化后的指標值,maxxij和minxij分別表示xij的最大值與最小值,i=1,2,...,n;j=1,2,...,m。

(2)計算指標比重Pij。

(3)

(3)計算指標信息熵Ej。

(4)

(4)計算效用值Dj。

Dj=1-Ej

(5)

(5)計算權(quán)重系數(shù)Wj。

(6)

其中,Wj為二級指標的權(quán)重系數(shù),一級指標權(quán)重系數(shù)等于所屬二級指標權(quán)重系數(shù)之和。

3.TOPSIS法確定算力保障指數(shù)

(1)構(gòu)建加權(quán)矩陣。

Yij=Wj·Xij

(7)

(2)計算與正、負理想解距離D+、D-。

(8)

(9)

(3)計算與理想解的貼近程度相近接近度C。

(10)

其中,Ci代表算力保障指數(shù)得分,0≤Ci≤1,Ci越大,代表i集群距離正理想解越近,距離負理想解越遠,則i集群的算力保障能力越優(yōu)。

四、算力保障能力評價分析

利用熵權(quán)法,測算出5個一級指標、19個二級指標的指標權(quán)重(見表1),在此基礎上,利用TOPSIS法測算出“東數(shù)西算”工程十大數(shù)據(jù)中心集群的算力保障指數(shù)(見圖1)及分指數(shù)(見圖2-6)。

圖1 十大集群算力保障指數(shù)

圖2 十大集群算力水平分指數(shù)

(一)算力保障指數(shù)

從整體上看,十大集群的算力保障能力均有待提升,算力保障指數(shù)普遍偏低,均低于60,分布于四個梯隊。貴安、中衛(wèi)、和林格爾和慶陽的算力保障能力總體較高,位于第一梯隊,算力保障指數(shù)達到55以上,張家口、韶關、長三角位于第二梯隊,算力保障指數(shù)達到50以上,天府單獨位于第三梯隊,算力保障指數(shù)達到40以上,而重慶和蕪湖位于第四梯隊,算力保障指數(shù)為30以上。西部集群的算力保障指數(shù)普遍高于東部集群,這主要得益于西部地區(qū)得天獨厚的自然環(huán)境和質(zhì)優(yōu)價廉的公共服務,這些因素為數(shù)據(jù)中心的高效穩(wěn)定運行提供了有力保障。同時,這種優(yōu)勢為西部地區(qū)“東數(shù)西算”工程保障能力的發(fā)展提供了強有力的支撐。西部集群之間的差距相對較小,各集群均具有獨特的優(yōu)勢。“東數(shù)西算”工程為西部地區(qū)提供了一個發(fā)揮其比較優(yōu)勢的機會,為推動“東數(shù)西算”工程戰(zhàn)略的有效實施,東、西部集群可以通過相互協(xié)作,充分發(fā)揮各自優(yōu)勢,實現(xiàn)優(yōu)勢互補和互利共贏。

從算力保障指數(shù)描述性統(tǒng)計分析,就平均值而言,十大集群算力保障指數(shù)平均值為49.76,西部集群算力保障指數(shù)平均值為56.13,高出平均水平6.37,東部集群算力保障指數(shù)平均值為45.51,比平均水平低了4.25,與西部集群存在一個梯隊的差距;就標準差而言,十大集群算力保障指數(shù)標準差為7.55,西部集群算力保障指數(shù)標準差為1.00,各集群之間差距較小,發(fā)展較為均衡,東部集群平均算力保障指數(shù)為6.91,均衡性相對較差。由此可見,西部集群算力保障能力較強,且發(fā)展較為均衡,而東部集群算力保障能力較弱,且發(fā)展不均衡,導致十大集群算力保障發(fā)展不均衡。

(二)算力水平分指數(shù)

從算力水平分指數(shù)總體來看,韶關的算力水平位于領先地位,算力水平分指數(shù)達到60以上,單獨位于第一梯隊。中衛(wèi)、重慶、長三角位于第二梯度,算力水平分指數(shù)為40以上,與韶關差距較大,具有較大的提升空間。天府、張家口、貴安位于第三梯隊,算力水平分指數(shù)為30以上,慶陽、和林格爾位于第四梯隊,算力水平指數(shù)為20以上,蕪湖位于第五梯隊,算力水平指數(shù)僅達到10以上(見圖2)。

在算力水平二級指標中,指標權(quán)重排名依次為PUE、國家級超算中心、上架率、數(shù)據(jù)中心規(guī)模、算力規(guī)模。韶關具有2個國家級超算中心,算力規(guī)模和數(shù)據(jù)中心規(guī)模在十大集群中都處于領先水平,其算力水平分指數(shù)自然處于遙遙領先位置,而蕪湖沒有國家級超算中心,PUE值大,算力規(guī)模小,導致其算力水平分指數(shù)極其低。PUE方面,排名前五的為重慶、中衛(wèi)、韶關、貴安、張家口,其數(shù)值均不高于1.3,其中重慶和中衛(wèi)甚至不高于1.2;國家級超算中心方面,十大集群中共有6個,其中韶關和長三角各2個,張家口和天府各1個,其他集群0個;上架率方面,排名前五的是中衛(wèi)、重慶、天府、慶陽、貴安,數(shù)值均達到60%以上,其中中衛(wèi)上架率更是高達85%,遙遙領先于其他集群;數(shù)據(jù)中心規(guī)模方面,排名前四的是天府、韶關、長三角、蕪湖,數(shù)據(jù)中心數(shù)量均不低于100個,其中天府和韶關均達到300個以上;算力規(guī)模方面,排名前三的是韶關、長三角、張家口,其中,韶關的算力規(guī)模指數(shù)高達70以上,而排名第二的長三角僅達到50以上。

從算力水平分指數(shù)描述性統(tǒng)計分析(見表3),就平均值而言,十大集群算力保障指數(shù)平均值為37.93,西部集群算力保障指數(shù)平均值為32.17,比平均水平低了5.76,東部集群算力保障指數(shù)平均值為41.77,高出平均水平3.84,高出西部集群一個梯度;就標準差而言,十大集群算力水平分指數(shù)標準差為14.22,西部集群算力保障指數(shù)標準差為11.04,東部集群平均算力保障指數(shù)為15.71,無論是從整體還是從分部來看,算力水平都發(fā)展不均衡。由此可見,西部集群算力水平相較于東部整體偏低,且發(fā)展都不均衡。

表3 算力水平分指數(shù)描述性統(tǒng)計

(三)基礎條件分指數(shù)

十大集群的基礎條件相對較好,基礎條件分指數(shù)普遍較高(見圖3)。其中,天府、長三角位于第一梯隊,基礎條件分指數(shù)達到70以上,韶關、慶陽、貴安、張家口位于第二梯隊,基礎條件分指數(shù)達到60以上,重慶、中衛(wèi)、和林格爾位于第三梯隊,基礎條件分指數(shù)達到50以上,蕪湖位于第四梯隊,基礎條件分指數(shù)僅達到10以上,與其他九大集群存在較大的差距。

圖3 十大集群基礎條件分指數(shù)

基礎條件的二級指標中,指標權(quán)重排名依次為數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡時延、省際出口帶寬、機架規(guī)模。天府的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡時延最小,長三角的機架規(guī)模最大,皆具有明顯的基礎條件優(yōu)勢,而蕪湖的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡時延最大,省際出口帶寬和機架規(guī)模也不具備優(yōu)勢,導致其基礎條件分指數(shù)偏小。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡時延方面,排名前三的是天府、慶陽和中衛(wèi),其數(shù)據(jù)均低于20ms;省際出口帶寬方面,韶關、長三角省際出口帶寬超過100Tbps,位列前二,天府、張家口省際出口帶寬超過70Tbps,位于三、四名,中衛(wèi)省際出口帶寬僅超過10Tbps,排在最后一名。機架規(guī)模方面,排名前三的是長三角、和林格爾和天府,機架數(shù)量均超過15萬架,其中,長三角機架數(shù)量高達35萬架,遠高于第二名的15萬架。

從基礎條件分指數(shù)描述性統(tǒng)計分析(見表4),就平均值而言,東部集群和西部集群的基礎條件分指數(shù)平均值差距不大;就中位數(shù)而言,東部集群基礎條件分指數(shù)中位數(shù)為64.61,而西部集群基礎條件分指數(shù)中位數(shù)為59.74,比西部集群低了4.83;就標準差而言,西部集群基礎條件分指數(shù)標準差為4.32,而東部基礎條件分指數(shù)標準差為24.13,遠遠大于西部集群。由此可見,整體而言,東部集群基礎條件略好于西部,但東部集群內(nèi)部發(fā)展較不均衡,兩極分化較為嚴重,而西部集群發(fā)展相對較為均衡。

表4 基礎條件分指數(shù)描述性統(tǒng)計

(四)公共服務分指數(shù)

西部集群的公共服務能力明顯高于東部集群(見圖4)。其中,慶陽、中衛(wèi)與和林格爾排名前三,公共服務分指數(shù)在70左右,位于第一梯度;蕪湖、韶關、貴安、天府的公共服務分指數(shù)在50左右,位于第二梯隊,與第一梯度有較大的差距;張家口、長三角、重慶的公共服務指數(shù)在20以上,位于第三梯度,與前兩梯隊存在明顯的梯度差距。

圖4 十大集群公共服務分指數(shù)

公共服務二級指標中,指標權(quán)重排名依次為土地價格、電價、土地使用稅、人均發(fā)電量,慶陽、中衛(wèi)、和林格爾的土地價格和電價均較低,其在公共服務方面則存在明顯的競爭優(yōu)勢。土地價格方面,中衛(wèi)、和林格爾、蕪湖、慶陽、貴安的工業(yè)用地平均地價均不超過300元/平方米,其中中衛(wèi)不超過100元/平方米,和林格爾和蕪湖不超過200元/平方米;電價方面,中衛(wèi)、和林格爾、慶陽排名前三,其電度電價分別為0.4元/kWh、0.42元/kWh、0.44元/kWh,韶關、天府、張家口位于4-6名,電度電價分別為0.55元/kWh、0.56元/kWh、0.58元/kWh,與前三存在較大的差距;土地使用稅方面,十大集群的工業(yè)用地土地使用稅平均價格差距不大,西部的集群略微低于東部集群;人均發(fā)電量方面,中衛(wèi)和和林格爾排名前二,人均發(fā)電量均超過2.5萬kWh/人年,慶陽排在第三,人均發(fā)電量不到1萬kWh/人年,與前兩位存在明顯差距。

從公共服務分指數(shù)描述性統(tǒng)計分析(見表5),就平均值而言,十大集群公共服務分指數(shù)平均值為48.64,西部集群公共服務分指數(shù)平均值為65.82,高出平均水平17.18,東部集群公共服務分指數(shù)平均值為37.19,比平均水平低了9.45,與西部集群存在兩個梯度的巨大差距;就標準差而言,十大集群公共服務分指數(shù)標準差為19.00,西部集群公共服務分指數(shù)標準差為11.82,東部集群平均算力保障指數(shù)為13.12,無論是從整體還是從分部來看,公共服務水平發(fā)展都不均衡。由此可見,西部集群的公共服務水平高出東部集群兩個梯度,但無論是東部集群還是西部集群,公共服務均衡性都較差。

表5 公共服務分指數(shù)描述性統(tǒng)計

(五)自然環(huán)境分指數(shù)

如圖5所示,貴安的自然環(huán)境處于領先水平,自然環(huán)境分指數(shù)高達70以上,單獨位于第一梯隊;慶陽和張家口自然環(huán)境分指數(shù)為60以上,位于第二梯隊;和林格爾自然環(huán)境分指數(shù)為50以上,單獨位于第三梯度,長三角、韶關、蕪湖的自然環(huán)境分指數(shù)為40以上,位于第四梯隊;中衛(wèi)、重慶、天府的自然環(huán)境指數(shù)為30以上,位于第五梯隊。

圖5 十大集群自然環(huán)境分指數(shù)

自然環(huán)境二級指標中,指標權(quán)重排名依次為氣溫離差、空氣質(zhì)量、距離,貴安、慶陽、張家口的氣溫離差和空氣質(zhì)量均較優(yōu),即使距離較遠,但由于距離權(quán)重較低,其自然環(huán)境分指數(shù)也較高。氣溫離差方面,慶陽和貴安排名前二,全年每月最高氣溫與最適溫度離差平均數(shù)均不超過2℃,和林格爾、張家口緊隨其后,全年每月最高氣溫與最適溫度離差平均數(shù)均不超過3℃,韶關表現(xiàn)最差,全年每月最高氣溫與最適溫度離差平均數(shù)為5.5℃;空氣質(zhì)量方面,排名前三的分別為韶關、貴安、張家口,其空氣質(zhì)量指數(shù)分別為2.50、2.53、2.55,慶陽排在第四,其空氣質(zhì)量指數(shù)為3.2,與前三有明顯的差距;距離方面,東部集群占優(yōu),排名前五的分別是蕪湖、長三角、重慶、韶關、慶陽,距離主要大城市的平均距離均不超過1000公里。

從自然環(huán)境分指數(shù)描述性統(tǒng)計分析(見表6),就平均值而言,十大集群自然環(huán)境分指數(shù)平均值為49.04,西部集群自然環(huán)境分指數(shù)平均值為57.06,高出平均水平8.02,東部集群自然環(huán)境分指數(shù)平均值為43.69,比平均水平低了5.35,與西部集群存在一個梯隊的差距;就標準差而言,十大集群、西部集群、東部集群自然環(huán)境分指數(shù)標準差分別為13.99、15.42、11.13,均衡性均相對較差,西部集群的均衡性相對更差。由此可見,西部集群自然環(huán)境條件相對于東部集群表現(xiàn)較好,但就均衡性而言,都比較差,而西部集群均衡性更差。

表6 自然環(huán)境分指數(shù)描述性統(tǒng)計

(六)發(fā)展生態(tài)分指數(shù)

十大集群的發(fā)展生態(tài)存在明顯的梯度差距(見圖6),和林格爾、長三角、中衛(wèi)、貴安、張家口生態(tài)發(fā)展分指數(shù)均達到60以上,表現(xiàn)較好,位于第一梯隊;慶陽和蕪湖生態(tài)發(fā)展分指數(shù)為30以上,位于第二梯隊,與第一梯隊存在顯著差距;韶關和天府生態(tài)發(fā)展分指數(shù)為20以上,位于第三梯隊;重慶生態(tài)發(fā)展分指數(shù)為10以上,單獨位于第四梯隊。

生態(tài)發(fā)展二級指標中,指標權(quán)重排名依次為環(huán)境安全、發(fā)展年數(shù)、政策力度、人才儲備,和林格爾、張家口、中衛(wèi)地質(zhì)災害較少,發(fā)展年份長,即使其人才儲備不足,但由于人才儲備權(quán)重較低,其發(fā)展生態(tài)指數(shù)也較高;長三角人才儲備足,地質(zhì)災害少,其發(fā)展生態(tài)指數(shù)也較高;而重慶、四川、安徽、廣東地質(zhì)災害頻繁,導致其發(fā)展生態(tài)指數(shù)偏低。環(huán)境安全方面,排名前五的是和林格爾、張家口、長三角、中衛(wèi)、貴安,近10年單位面積地質(zhì)災害數(shù)均不超過50次/萬平方千米,其中和林格爾不超過1次/萬平方千米,張家口不超過10次/萬平方千米,長三角和中衛(wèi)不超過20次/萬平方千米;發(fā)展年數(shù)方面,各集群的差距不大,其中,數(shù)據(jù)中心建設最早的是和林格爾,內(nèi)蒙古自治區(qū)政府與中國電信集團于2011年簽署戰(zhàn)略協(xié)議,在呼和浩特市和林格爾縣建設北方最大的云計算基地——中國電信云計算信息園;政策力度方面,出臺相關文件最多的是貴安,已出臺文件高達40份以上,具備比較完善的政策保障體系,其他各集群出臺的相關文件一般為幾份到20幾份不等,與貴安存在明顯的差距;人才儲備方面,韶關、長三角排名前二,所在省規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)R&D全時當量分別為709119人年、612676人年,蕪湖排名第三,所在省規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)R&D全時當量為170421人年,與前兩名存在巨大差距。

從發(fā)展生態(tài)分指數(shù)描述性統(tǒng)計分析(見表7),就平均值而言,十大集群發(fā)展生態(tài)分指數(shù)平均值為46.93,西部集群發(fā)展生態(tài)分指數(shù)平均值為58.95,高出平均水平12.02,東部集群發(fā)展生態(tài)分指數(shù)平均值為38.92,比平均水平低了8.01,與西部集群存在兩個梯隊的差距;就標準差而言,十大集群、西部集群、東部集群自然環(huán)境分指數(shù)標準差分別為21.13、16.53、21.16,均衡性均相對較差,東部集群的均衡性相對更差。由此可見,西部集群算力發(fā)展生態(tài)較好,但就均衡性而言,都比較差,但東部集群均衡性更差。

表7 發(fā)展生態(tài)分指數(shù)描述性統(tǒng)計

五、研究結(jié)論及政策建議

(一)研究結(jié)論

本文通過對“東數(shù)西算”工程戰(zhàn)略布局的研究,提出了算力保障,構(gòu)建了包括算力水平、基礎條件、公共服務、自然環(huán)境、發(fā)展生態(tài)五個一級指標,下轄19個二級指標的算力保障指標體系,并用熵權(quán)-TOPSIS法對全國十大數(shù)據(jù)中心集群的算力保障能力進行了測算、評價與分析,得出以下結(jié)論:

從算力保障指數(shù)看:①十大集群的算力保障能力均有待提升,算力保障指數(shù)普遍偏低,分布于四個梯隊。貴安、中衛(wèi)、和林格爾和慶陽的算力保障能力相對較高,位于第一梯隊,張家口、韶關、長三角位于第二梯隊,天府單獨位于第三梯隊,重慶和蕪湖位于第四梯隊。②得益于得天獨厚的自然環(huán)境和質(zhì)優(yōu)價廉的公共服務,西部集群算力保障能力整體較強,且發(fā)展較為均衡,而東部集群算力保障能力較弱,且發(fā)展不均衡。

從算力保障分指數(shù)看:①各個集群在算力保障分指數(shù)上都有獨特的優(yōu)勢,整體而言,東部集群在算力水平方面強于西部集群,在基礎條件方面略優(yōu)于西部集群,而在公共服務、自然環(huán)境、發(fā)展生態(tài)三個方面與西部集群存在巨大差距。②在發(fā)展均衡性方面,十大集群的整體均衡性較差,除西部集群在基礎條件均衡性較好外,東、西部集群在其他方面的均衡性也均較差,而東部集群的均衡性更差。

(二)政策建議

1.統(tǒng)籌規(guī)劃,避免同質(zhì)化低水平競爭

東、中部許多省份和地區(qū)從自身經(jīng)濟發(fā)展、財政稅收、數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡時延等利益出發(fā),出現(xiàn)各自為政、盲目跟風、重復建設、同質(zhì)化競爭等現(xiàn)象,可能最終會導致能源利用率下降、資金浪費、算力碎片化、算力資源浪費[17]等問題,有悖于國家“東數(shù)西算”工程戰(zhàn)略布局。因此,從國家層面統(tǒng)籌規(guī)劃勢在必行。一是加大數(shù)據(jù)中心監(jiān)管力度,限制東、中部地區(qū)低效率數(shù)據(jù)中心批建。二是出臺稅收優(yōu)惠、補貼等支持性政策,鼓勵東、中部地區(qū)算力需求企業(yè)將后臺加工、離線分析、存儲備份等對網(wǎng)絡時延要求不高的業(yè)務交由西部數(shù)據(jù)中心處理。三是謀劃用電配額制方案,對超過配額部分實行“懲罰性”階梯售價,倒逼地方政府執(zhí)行“東數(shù)西算”工程戰(zhàn)略布局。

2.通力協(xié)作,構(gòu)建算力發(fā)展新格局

東、中部地區(qū)應加大省內(nèi)數(shù)據(jù)中心建設監(jiān)管力度,堅決取締低效率數(shù)據(jù)中心,引導其走高效、清潔、集約、循環(huán)的綠色發(fā)展道路,以滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、金融證券、災害預警、遠程醫(yī)療、視頻通話、人工智能推理等網(wǎng)絡時延要求較高業(yè)務的算力需求。而對于后臺加工、離線分析、存儲備份等網(wǎng)絡時延要求不高的業(yè)務,可與西部距離較近的省份加強對接,簽署算力戰(zhàn)略合作協(xié)議,推動數(shù)據(jù)中心向西大規(guī)模布局。通過東、西部算力協(xié)作,一方面既可以滿足東部旺盛的算力需求,又能緩解其緊張的能源供給壓力,還可以降低東部算力需求企業(yè)的運營成本。另一方面也能推動西部地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和轉(zhuǎn)型升級,使西部地區(qū)有更多機會參與到東部地區(qū)的產(chǎn)業(yè)鏈中,實現(xiàn)資源優(yōu)勢互補,促進區(qū)域經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.同心協(xié)力,降低企業(yè)用電成本

目前,電價成為限制數(shù)據(jù)中心發(fā)展的最大瓶頸。據(jù)統(tǒng)計,當電價為0.35元/kWh時,數(shù)據(jù)中心才能勉強維持正常運營,而在目前公示的官方電價中,十大集群中最低是寧夏中衛(wèi)的0.4元/kWh,最高的是安徽蕪湖0.63元/kWh,平均電價是0.56元/kWh,與0.35元/kWh的目標電價相差甚遠。根據(jù)華為公司提供的數(shù)據(jù),通算1e每年需耗電10億kWh以上,電費每降低0.01元可節(jié)省成本1000萬元以上。因此,降低算力企業(yè)用電價格刻不容緩。一是加大力度開發(fā)太陽能、風能等低成本綠色能源,創(chuàng)新高效儲能技術(shù),謀劃算力用電專網(wǎng)專線,建立完善、可靠、低成本的算力用電供給體系。二是國家、地方政府、電網(wǎng)公司、算力企業(yè)等多方協(xié)作,根據(jù)各集群的現(xiàn)實情況,謀劃企業(yè)用電補貼問題,制定出國家滿意、地方政府可承受、電網(wǎng)公司可接受、企業(yè)有盈利的行之有效的電費補貼方案。