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炎热的数据中心有了降温神器

2020-11-20 11:14:41 2

当你通过移动通讯设备连接信息世界时,在某个数据中心里的IT设备,正高速处理海量密集的数据。

“数据中心已成为数字经济的载体和战略基础设施。”中国电信云网运营部总经理刘志勇对《瞭望东方周刊》说。

数字化浪潮的到来,让以IDC(互联网数据中心)为核心的DICT(数据、信息技术、计算机技术、通信技术生态圈)业务成为数字经济的基础和信息化发展的重要驱动力。而随着未来5G与物联网的普遍应用,整个社会带来的数据处理需求将继续扩增。

与此同时,数据中心也是耗能大户。工信部数据显示,截至目前,我国数据中心全年耗电量约占我国全社会用电量的2%以上。

新基建风起,数字经济蓬勃发展,如何加快老旧数据中心节能改造,并实现数据中心绿色运营?

“让智慧节能方案落地,并推广开来。”中国电信研究院副院长陈运清告诉《瞭望东方周刊》,“人工智能可以适应未来数据中心越来越精细化和定制化的节能需求,而数据中心节能是人工智能的理想应用场景。”

能耗困局

如今驱车进入内蒙古或者贵州省,在高速公路两侧的巨大广告牌上,时常可以看见以“数据中心”“云经济”为关键词的标语。

乌兰察布

乌兰察布的数据中心

为什么这些新兴的产业基础设施偏爱落地在“偏远”的西部?其中逻辑并不难理解,选择背后是数据中心对节能的需求。

数据中心的IT设备(服务器、交换机等)要正常运转,就需要一个相对稳定而低温的环境。贵州省天然低日照,温度和湿度有利于数据中心的建设与运营;内蒙古不仅气温较低,同时还有太阳能和风力发电等优越的绿色能源供应条件,适于数据中心绿色发展的需要。

不过,节能方案不能只依靠区域自然条件。

“超大城市、大城市是数据需求最大的地方。”刘志勇说,在北上广深等热点区域建设大型数据中心是这些城市发展数字经济的刚需,而数据中心资源则相对紧缺,已建设的数据中心资源利用率较高。

显然,上述的热点区域,并不具有节能的自然条件优势。

那么,数据中心的能耗到底有多大?据国际环保组织绿色和平与华北电力大学发布的《点亮绿色云端:中国数据中心能耗与可再生能源使用潜力研究》,2018年,我国数据中心用电总量为1608.89亿千瓦时,这已超过了当年上海全社会用电总量(1566.7亿千瓦),占中国全社会用电量的2.35%,占第三产业用电量的14.9%。

刘志勇表示,根据预测,2020年国内数据中心年耗电量约为2045亿千瓦时,占社会用电量的2.7%,2025年这一数据将达到约3950亿千瓦时,占全社会用电量的4.1%。

要发展数字经济,就需要数据中心这一新型基础设施的支撑,在电力仍主要依赖于化石燃料的当下,数据中心能耗的巨大,使得看上去“无烟”的数字经济,成为增加全球碳排放的隐形推手。

微观来看,更迫切的问题是,数据中心的建设与扩张,对地方电力系统提出巨大挑战,很多城市不得不推出限制政策以保证电力系统不会被数据中心压垮。

另一方面,数据中心若不解决能耗困局,每年交付的电费成本也带来巨大的负担。刘志勇表示:“IDC等大数据中心电费成本占数据中心运营成本的60%70%,能耗占收入比约10%~15%,对数据中心行业可持续、良性发展带来了一定影响。”

中国电信集团目前拥有超过683个星级IDC机楼,40万机架,预计2021年底将达到60万机架,随着数字经济进一步发展,相关业务需求仍将继续增长。

2019年2月,工信部、国家机关事务管理局、国家能源局出台《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》,要求到2022年“数据中心平均能耗基本达到国际先进水平,新建大型、超大型数据中心的PUE(电源使用效率)达到1.4以下”。

中国电信集团已经按照国家规定严控新增机房PUE,但业务需求增长为必然,预计IDC能耗增速超15%,尤其是城市群所在热点区域,能耗增速将更快。根据预测,2021年IDC能耗将达到60亿度以上,占集团总能耗25%。

“节能是必然之举,大势所趋。”陈运清说。找到有效节能方案,提高能效,成为数据中心行业近两年关注的焦点话题。

人工智能登场

数据中心能耗最大的地方,主要集中在IT设备能耗和机房空调能耗(空调室内机、水冷机组、蓄电池组等),前者占六成,后者占四成。

陈运清介绍,一般而言,降低数据中心能耗,提高能效,着重在于空调功耗的优化降低,以及后续IT功耗优化。

例如,根据数据中心不同的冷却方式,提出不同的优化方案,风冷机房偏重优化空调运行温湿度参数,减少冗余机组的无效运行时间,冷水机组则注重水温、泵、冷塔和末端空调的参数优化等。

刘志勇表示,中国电信前期主营固网业务,因此关注数据中心节能较早,在2005年以前,已经开始发布数据中心能源管理指导手册,并陆续把节能减排指标纳入考核,2012年后探索了多种节能手段,其中就包括上述的技术措施。2018年,对数据中心能耗的精确管控,让中国电信集团节费7000万元。

值得关注的是,早期数据中心的建设标准、设备选型和运营理念,都没有把节能作为设计重点,相比于如今建设的主流数据中心,PUE都较高,对于存量的改造,就是一大难题。

这些早期数据中心缺少“弹性”,难以适应业务灵活部署的需求,导致机房机架和电力资源利用率不足。举例来说,有时一项业务只需调用部分IT设备,但由于早期数据中心供电架构的限制,冷却设备需要全开以维持温湿度,这就造成了一定的电力资源浪费;调整空调参数,也需要人工巡检和监测,保证在温湿度节能优化条件下机房正常运营。

陈运清表示:“数据中心节能的重中之重是提高能效,让电力资源得到充分利用,减少不必要的浪费。未来的业务需求,一定是更加灵活化和定制化,对存量数据中心的节能改造也要瞄准这个需求。”

数据中心是典型的重资产,运维管理工作量繁杂,随着未来业务需求的多元化,如果依然采用传统的方式进行管理,其难度将无法想象。在这一趋势下,传统的节能手段渐渐无法满足数据中心节能要求。“人工智能恰恰可以提供新的方向。”陈运清说。

目前,中国电信集团已经通过智能巡检机器人、传感器实现数据中心能耗数据的大规模采集,从而实现数据的关联分析,预测未来能耗等核心参数。截至2020年上半年已完成8个节能试点,下半年计划完成18个试点机房的智慧节能部署。

例如,中国电信集团与协作厂商允登科技合作,利用智能巡检机器人及传感器技术,实现数据中心全天候、全方位、全自主智能巡检和监控,由中国电信后台云大脑提供预测和可视化分析,进行机房智能化管理,完成了4个省公司的节能试点。

这种节能手段,并不会影响数据中心本身的运营,即在设备维持运转、业务不受影响的基础上,可实现直接落地。

刘志勇对本刊记者表示,从试点效果来看,2020年上半年,在8个智慧节能市电机房实现近节电500万元,节能率10%左右,预计2020年全年在全部18个市电机房将节省电费1000万元。

实现规模化效应

近日,工信部公示了《国家绿色数据中心先进适用技术产品目录(2020)》,包括 “机房环境参数测量分析及AI节能优化技术”等63件技术产品列入其中。

“数据中心节能是人工智能技术大展身手的理想场景,数据量越大,人工智能学习效果越好,而数据中心的能耗数据可以让人工智能充分学习。从节能上看,将智慧节能方案推广出去,能实现规模化的节能效果。”陈运清说。

传统的节能方式,可以概括为“专家会诊、人工调整”;现阶段,中国电信集团采用的智慧节能方案,则是“AI分析,人工调整优化”;未来,则将实现部分现场设备的自动控制节能运行,最终实现全自动节能控制。

据悉,中国电信集团预计2020年底可实现100个以上数据中心的智慧节能规模化部署和推广,目前正在建设集团级AI节能能力平台,将数据中心机房环境参数、能耗参数纳入集团大数据平台,实现数据统一入湖、统一建模,进一步优化节能策略,预计可实现5000万以上的电费量级的节能效果。

“2021年,在今年成果基础上,进一步扩大规模,将数据中心智慧化节能和5G基站节能试点项目规模部署到全国31个省公司。”刘志勇说。

从2013年开始,工信部陆续通过联合四部委印发《关于数据中心建设布局的指导意见》,更新《全国数据中心应用发展指引》,省市层面也陆续出台政策规范引导数据中心建设。全国对外服务型数据中心的平均PUE已从2013年的2.0以上降至2019年的近1.6,显示出我国数据中心能效水平整体提升。

2020年8月,工信部、国家发改委、商务部、国管局、银保监会、能源局等六部门发布《关于组织开展国家绿色数据中心(2020年)推荐工作的通知》,工信部、国家发改委、商务部等将联合组织开展2020年度国家绿色数据中心推荐工作,其中能源资源使用情况占据评价指标分值最高的权重,高达67%。

由此可见,绿色运营已经成为数据中心的必然趋势。

根据《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》的要求,中国电信集团的标准是,在2016年后新建的大型云计算数据中心PUE值力争控制在1.7以下,2017年以后新建的则控制在1.4以下,存量改造后的控制在1.8以下。

“通过在数据中心规模化部署AI智慧化节能方案,可以提供进一步的节能空间,将老旧数据中心PUE较容易地从2.0降到1.7左右,整体节能15%以上,可实现年节电费3亿元。”刘志勇说。

而针对新建数据中心,刘志勇表示,中国电信集团已经制定并下发绿色数据中心建设指南,在建设阶段进行标准化智慧节能部署,“使得新建数据中心在运行伊始就具备智慧化AI节能的能力。”



来源:新华社