数据中心进化论:华为带来的三个路标与新可能

我曾采访过一位华裔科学家,对方向我讲述了一段往事,至今印象深刻。

上个世纪八十年代,这位科学家赴美留学,作为加入顶级人工智能实验室的为数不多的华裔学生,被邀请为微软的数据中心进行物联网改造,目的是实现能耗监控与调优。而当时,中国的计算资源主要运用于少数科研机构,还没有像样的机房建设标准,精密的温控措施更是无从谈起。

第一次看到超大规模的数据中心,这位科学家内心受到的震撼可想而知。

不得不承认,很长一段时间以来,中国都是数据中心的跟随者、学习者。不过,以人工智能、5G、云计算为主导的第四次工业革命正蓄势待发,必将推动数据中心发生深刻变革。而这一次,更先进的数据中心有望正诞生于中国,由中国科技企业来打造。

500

2022年5月26日,华为下一代数据中心发布会在东莞松山湖举办,面向全球发布了下一代数据中心理念及全新供电解决方案电力模块3.0。华为高级副总裁、数据中心能源军团CEO杨友桂正式提出下一代数据中心的四大特征应当包含:低碳共生、融合极简、自动驾驶、安全可靠。

相信很多人心中都充满好奇:为什么“下一代数据中心”必须符合这些要求?华为凭什么引领全球数据中心的飞跃?下一代数据中心又将给方兴未艾的数字经济带来哪些影响?

当前,人类社会正在加速迈向以智能技术、大数据、云计算等为先导产业的智慧工业新时代。要理解数据中心的演化之路,还是要回到第四次工业革命的本质,看到数据中心从“原工业化”走向 “新工业化”的必然与逻辑。

数据中心只待今朝:从原工业化迈向新工业化

1972年,美国经济学家富兰克林·门德尔斯《经济史杂志》发表的论文中,提出了一个新的术语——“原工业化”(Proto-Industrialization),指的是工业化之前小规模、分散性的小型农村工业。而一直到上个世纪下半叶,数据中心都处于“原工业化”的阶段。

1946年第一台计算机ENIAC诞生,占地达170平方英尺,耗电140~150kW。这段时间里,数据中心仍然是原始的。大多数数据中心只有一扇安全门,冷却需要巨大且昂贵的通风口,也被称为存放计算设施的大型农场(Server farm),还会因为电线过热而导致火灾。

从上个世纪八九十年代开始,互联网的繁荣也带动了现代数据中心的兴起,开始有了专门的人员进行集中维护,并关注计算效率和运维资源管理等重要问题,数据中心的建设热潮一直持续到新世纪。这种单纯强调经济发展的传统工业化视角,也带来了新的问题——成千上万台服务器需要大量电力消耗来运行并保持冷却,对环境的破坏随之而来。

传统的工业化路线较少考虑到全球视角和环境可持续性,全世界都在呼唤一种新的可持续的发展模式。因此,联合国在《变革我们的世界:2030年可持续发展议程》中,提出了“促进包容和可持续性的工业发展”的目标,呼吁所有国家升级基础设施,改进工业以提升其可持续性,提高资源使用效率,更多采用清洁和环保技术及产业流程。

500

作为智能世界和数字经济的基础设施,数据中心自然也要遵循包容性和可持续的工业发展之路,开启新工业化征程。

在这个过程当中,中国有能力也必将成为先行者和领导者。一方面,中国的工业化进程非常迅速,在短短二三十年间就达到了世界先进水平,在智能技术、数字经济上也处于领先身位,这使得数据中心得以在中国快速迎来新的发展周期;另一方面,中国在工业化探索很早就意识到传统西方工业化老路是走不通的,更加重视如何通过创新实现包容的可持续工业化,这使得环境友好、技术领先、社会效益与公平的数据中心能够扎根于此。

“包容、可持续、工业发展”是全球共识,也是第四次工业革命的三个路标。那么,怎样的数据中心才符合这三个需求呢?作为全球领先的ICT公司,华为经过长期的产业实践与技术探索,率先点亮了数据中心迈向未来的三个路标。

路标1:绿色低碳的可持续之源

《2030年可持续发展议程》中,将“可持续”作为接下来全球发展的重中之重,强调工业的增长不能以资源的过度消耗和生态环境破坏为代价,节能降碳成为社会所有行业的共同使命。

随着全球数据中心产业进入新一轮快速发展周期,数据中心的耗能问题,也成为大众关注的焦点。中国出台的《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》中,明确提出促进数据中心绿色可持续发展,加快节能低碳技术的研发应用,要求到 2025 年新建大型数据中心 PUE 低于 1.3,数据中心低碳化成为必然趋势。

华为很早就看到了绿色数据中心的战略意义和社会价值。面对高能耗、高资源消耗的挑战,在“下一代数据中心”中给出了清晰有力的答案,将“低碳共生”作为首要目标,通过“全绿色、全高效、全回收”,实现数据中心与自然环境的和谐共生,促进可持续发展。

不过,数据中心的节能减排并不容易实现,谷歌甚至将数据中心实现无碳能源命名为“登月计划”,足见其技术难度之大。同样面对这一需求,华为也选择了用技术给出确定性的回应,在数据中心的建设到运维中都通过技术创新实现节能减排。

首先是开源,从源头实现绿色化。

电力方面,规模使用光电、风电、水电等绿色电力,部署分布式光伏,可以降低数据中心碳排放 1~2%;水资源上,尽量减少清洁水的使用,通过新型冷却技术,减少水冷降温对水资源的消耗;土地资源集约化利用,最大化发挥土地价值,让每一平方土地产生更多算力。另外,通过技术手段更大程度使用自然冷源,降低气候依赖。

500

其次是节流,高效利用多种资源。

传统数据中心往往将“PUE”作为电能效率指标,单一指标难以完整反映资源利用情况,随着液冷和背板冷却等多种创新节能技术的应用,华为在下一代数据中心中推动包含PUE、CUE、GUE、WUE等多维评价体系,以全面反映并优化数据中心用水、用电、用材效率。以华为帮助三峡集团建设的华中地区最大的绿色零碳数据中心为例,其全部采用三峡的绿色水电,采用高效温控、高效供电设备,达到高能源利用效率,实现数据中心的可持续发展。

第三是回收,余热、材料等资源回收最大化。

欧洲可持续基础设施联盟(SDIA)已将热回收列入路标,也是下一代数据中心的重要特征之一。华为在瑞典建设的某8MW数据中心,就实现了全热回收,18~26℃供水给附近工厂采暖;天津某数据中心使用机房冷冻水余热二次提温替代市政供热,减少煤炭或天然气能源的消耗。同时,设备的元器件、单板、部件、辅料等采用绿色可回收新材料,这种新型绿色建筑能够让数据中心迈向低碳循环经济。

走向以绿色低碳循环为主的新型可持续发展模式,是下一代数据中心的题中之义,也展现出华为和中国布局算力产业的远见卓识。

路标2:极简高效的发展之路

技术创新所带来的效率优化,是数字经济发展、现代社会变迁所必不可少的增长动能。对于数据中心来说,需要经历选址、规划、设计、施工、调试、测试验证、验收、运维等一系列复杂过程,施工流程冗长,过程中很容易受到各种不确定因素的影响,出现效率低下的问题。

“东数西算”工程的推进,促使数据中心逐步从分散走向区域集中,迁移到中西部地区进行大型化、规模化的建设,规模持续变大,复杂度不断提升。

融合极简的高效发展之路,是华为给“下一代数据中心”设置的第二个路标。

对于机房,提高建设效率——

华为采用机房模块化架构,改变了数据中心的建筑形态和建设模式,将机柜、温控、供电、监控、消防等子系统集成到一个模块内,按需部署、快速组装、即插即用,从而满足云数据中心时代的业务快速上线诉求,实现数据中心的动态可调整、弹性可扩展。1000柜的数据中心建设周期从18个月以上减少至6~9个月,缩短50%。在深圳的一个数据中心,采用华为预制模块化方式建设,从设计到上线只花了5个月半的时间。

对于供电,提高部署效率——

供电系统是数据中心的“心脏”,传统大型数据中心的供电系统设备多而杂,安装调试复杂,带来诸多风险和交付难度。随着 IT 机柜功率密度越来越高,供电系统革新迫在眉睫。华为下一代数据中心从全链路综合考虑,进行创新,使供电系统达到最简。比如将光伏逆变器和储能变流箱的与不间断电源系统进行融合创新,构建新的中压不间断电源系统,用一套系统同时接入市电、光伏和储能,融合市电整流逆变、光伏逆变、储能三大功能,使供电链路的复杂度大幅降低。在设备端,将原来分散部署的设备进行一体化融合集成,对系统进行空间重构,有效地降低现场交付难度,交付时间从2个月缩短至2周。

500

此次发布的全新一代电力模块3.0解决方案,打造更为省地、省电、省时、省心的数据中心供电系统,相对于传统方案,能够交付时间缩短75%,电能损耗降低70%,节省占地近50%,SLA故障降低38%。

对于温控,提高冷热交换效率——

数据中心规模化、高密化的趋势,对温控系统提出的更高的要求。过去大型数据中心温控主要采用机械制冷的方式给数据中心提供冷量,以冷冻水为例,就存在建设周期长、换热效率低、后续维护难等挑战。华为在下一代数据中心将多部件融合成一个模块,做到一模块一系统,有效缩短安装交付周期和运维难度。

同时,直接利用自然冷源给数据中心降温,从多次热交换变成一次热交换,缩短制冷链路,提升制冷效率。同时,针对人工智能、超算等超高功率计算场景,实现了贴近热源制冷,直接从芯片上带走热量,最大化提升制冷效率。

融合硬件设备,实现架构和关键子系统极简,全新的建设思路,才能匹配数据中心行业的未来趋势,为数字经济注入高效发展的源动力。

路标3:AI助推更包容的数字之变

社会包容的可持续工业化,强调以人为本,发展的目的是推动经济增长、社会进步、人民幸福等在内的人类全面发展。在数字经济发展的过程中,大量服务依托于规模化的数据中心园区完成,更具包容性的数据中心,必须以安全、便捷为基础。

试想一下,如果几十万柜的数据中心出现安全问题,数据安全与流通得不到保障,自然无法保障一个国家及其人群公平顺畅地享用数字服务。而万柜级园区的系统复杂程度指数级增加,依靠人工运维不仅效率低下,工作负担沉重,还可能存在操作失误的风险。

让所有人能够安全、便捷地进入数字时代,华为基于过去30年在通信领域积累的安全相关经验,对数据中心进行了一系列升级。

一方面,推动从器件到DC的架构安全,构筑全方位的安全防线,最大程度地保障部件可用性和系统可靠性。比如产品的模块化全冗余设计,可以将冗余的部分做到最小,又实现无单点故障。在线热插拔设计,支持所有模块5分钟热插拔维护。

500

另一方面,充分释放AI技术的潜力,将人从繁杂的压力中解放出来。AI助力数据中心实现自动驾驶。通过运维自动,5分钟完成2000机柜巡检;通过能效自优,1分钟内从140万个算法组合中推断出最佳冷却策略,实现从制冷到“智”冷;通过运营自治,最大化挖掘资源价值。同时,基于大数据和AI技术,实现部件到系统的预测性维护和主动安全。比如对于关键器件和易损部件,如电容、风扇等,做到基于AI的寿命预测,提前告知器件的失效时间,真正减少事故隐患。

以人为本是技术发展的必备之路,很早就不断打造安全、效能优势的华为,显然在数据中心领域找到了自己的位置。

加速奔跑:华为给全世界带来的数字风景

距离2030年还有不到十年的时间,世界各国在发展数字经济、推动数据中心基础设施建设的时候,都要将“包容与可持续的工业发展”的三个要素纳入考量:工业化,是推动经济增长的动力;社会包容,是平等公平与安全的基础;环境可持续,是工业化繁荣与自然生态的平衡。

而下一代数据中心,恰好位于数字工业化、社会包容性、环境可持续的交汇处,或许不是巧合。面向第四次工业革命,华为能够率先引领数据中心升级,究其原因,源于三个层次的突破:

1.视野突破。率先打破数据中心的传统发展模式,提出面向可持续发展、融合新兴技术的新事物,进而登上未来时代的舞台。

2.技术突破。软硬件全方位的技术突破,带来领先的技术解决方案,释放数字生产潜力与活力。

3.模式突破。通过军团模式,端到端灵活快速地响应客户需求,将下一代数据中心的价值持续释放给生态伙伴,带动相关方的能力进步,共同解决行业难题,涓涓细流最终汇聚成庞大的产业变革势能,才能开启数据中心发展新时代。

500

以此为基础不难预测,下一代数据中心将引领我们看到怎样的风景:

首先是产业升级加速,为下一代数据中心建设提供思路与实践参考,新型数字基础设施落地部署,成为全球数字转型的支撑力量。

接下来,随着下一代数据中心输出绿色、普惠算力,助力区域经济高质量转型,尤其是中西部地区迎来崭新的数字机遇,真正助力社会包容和可持续发展。

更进一步,数据中心支撑AI、大数据、云计算等先进生产工具产生的数字生产力,进入每一个实验室、每一家企业、每一个行业,多领域的科技创新成为可能,带来新一轮增长,将对社会进步、人民幸福产生深远的影响。

这也是为什么,数据中心急需要完成向“包容与可持续工业发展”的飞跃,以应对正在到来的第四次工业革命。这个过程中,经济、社会、环境如何从数字技术中得到充分的滋养?这是行业难题,也是有识之士的机遇与责任。这一次,时代将试卷放在了华为面前,放在了中国ICT产业面前。

随着下一代数据中心的发布,华为正在用自己的知与行,奔跑在时代洪流的最前端。

最近更新的专栏

全部专栏