数据中心绿色化发展趋势及思考

王月 中国信息通信研究院技术与标准研究所助理工程师

王甜甜 中国信息通信研究院政策与经济研究所助理工程师

李洁 中国信息通信研究院技术与标准研究所主任工程师

高巍 中国信息通信研究院技术与标准研究所主任工程师

发展策略

数据中心绿色化发展趋势及思考

王月 中国信息通信研究院技术与标准研究所助理工程师

王甜甜 中国信息通信研究院政策与经济研究所助理工程师

李洁 中国信息通信研究院技术与标准研究所主任工程师

高巍 中国信息通信研究院技术与标准研究所主任工程师

随着云计算、大数据等新技术的迅猛发展，数据中心作为关键基础设施，逐渐成为数字经济时代我国实现跨越式发展的重要战略产业。本文从数据中心产业发展、绿色技术发展、政策发展3个方面分析数据中心绿色化发展的现状及未来发展趋势，总结目前数据中心绿色发展存在的问题，并提出相应的策略建议。

数据中心；节能；绿色发展；政策

1 引言

随着云计算、大数据、物联网、人工智能等技术从概念到实践的发展，作为业务支撑和信息资源集聚的数据中心已经成为信息产业的重要基础设施，近年来蓬勃发展。数据中心不仅成为抢占数字经济时代话语权的保证，也是保障信息安全可控的关键所在，数据中心正在发展成为一个具有战略意义的新兴产业，其产业发展和布局已经上升到国家战略层面，在相关国家政策中多次被提及。

随着产业规模的扩大，数据中心的耗能越来越大，据估算，2015年中国数据中心电力消耗达到1000亿度，堪比三峡水电站的年发电总量；亚马逊网络服务公司副总裁詹姆斯·汉密尔顿在2009年的数据中心能效峰会中曾讲过：“一个典型的15MW数据中心每天使用360000加仑的水资源，两天排出的废水量相当于一个奥林匹克规格游泳池的用水量”。大量的能源及水资源消耗已经成为各地区产业发展的重要瓶颈，建设绿色数据中心、实现节能减排已成为近年来的热点话题。

本文主要从数据中心产业发展、绿色技术发展、政策发展3个方面分析数据中心绿色化发展的现状及未来发展趋势，总结目前数据中心绿色发展存在的问题，并提出相应的策略建议。

2 数据中心绿色化进展及趋势

2.1 数据中心产业进展及趋势

在“互联网+”快速发展的时代背景下，互联网产业与传统产业融合创新已经成为重要发展趋势。伴随着信息产业智能化、泛在化的发展趋势，工业互联网、智慧城市、智慧政务、智慧交通、智慧农业、智慧旅游、电子商务等蓬勃发展，而这些产业发展都离不开数据中心，且对数据中心的需求增长越来越快。在产业需求旺盛和国家政策的鼓励与支持下，我国数据中心产业快速发展，据IDC圈的统计数据显示，2015年我国IDC市场总体上延续了高速增长态势，市场规模达到518.6亿元人民币，同比增长39.3%，略低于2014年的41.8%，具体参见图1。预计未来3年市场增速仍将保持在35%以上，到2018年，市场规模或将超过1400亿元，增速将接近39.6%。

随着数据中心业务需求不断丰富和多样化，对数据中心的要求也不断提高，数据中心的建设和运营水平不断提高，处理速度越来越快，规模越来越大，能效水平越来越高，管理越来越智能化，数据中心产业逐渐由原来的粗放式发展向集约式发展转变。从市场角度来看，我国数据中心产业发展速度快，规模大，但仍然面临着建设周期长、成本高、能耗高、安全可靠性差等问题。据不完全统计，我国数据中心总量已超过40万个，年耗电量超过全社会用电量的1.5%，其中大多数数据中心的PUE仍普遍大于2.2，与国际先进水平相比有较大差距，节能潜力巨大。

图1 我国IDC产业市场规模及趋势

2.2 数据中心绿色技术进展及趋势

数据中心的电力消耗主要由IT设备、空调系统、供电系统及照明等辅助系统构成，其中空调和供电系统组成主要的“无用功”消耗。据不完全统计，国内数据中心电力消耗中，服务器、存储等IT设备消耗的“有用功”占50%左右，空调系统耗电平均占比37%左右，供电系统耗电占比约10%，降低数据中心中空调及供电系统的电力消耗成为绿色化发展的首要问题。

（1）数据中心制冷技术

数据中心制冷技术领域，为了有效降低制冷系统的能耗，近几年产业界在自然冷源、设备控制、气流组织等方面开展了大量的探索与实践，如空调系统变频控制、余热回收技术、空调末端精确送风、封闭冷热通道、提高冷冻水供回水温度、提高回风温度、独立湿膜加湿技术等；有条件的地区采用自然冷却也成为重要节能方式，包括外墙风道智能换热技术、过滤风墙智能新风技术、冷却塔+板式换热器、带自然冷却功能的风冷冷水机组、带自然冷源的蒸发冷凝冷水机组等直接利用自然冷源和间接利用自然冷源技术。

从制冷技术发展趋势来看：

制冷方式逐渐由机械制冷向自然制冷方式转变，包括设备级、空气级、水冷级的自然冷却，如阿里巴巴千岛湖数据中心因地制宜采用深层低温湖水制冷，年均PUE可达到1.3左右，比普通数据中心全年节电约数千万度。

制冷设备逐渐由低COP值向高COP值迈进，传统的风冷式空调采用风冷冷凝器，安装维护方便，但COP值低于3，水冷式、蒸发式冷水型空调的COP值在4～5左右，而室外自然冷源利用设备可以充分利用室外冷量冷却，COP值可达到10以上。

气流组织逐步精准化，通过冷热通道隔离、气流组织有序实现就近精确送风，减少循环风阻，降低风机功耗，气流组织方式逐渐由机房级向机柜池级、机柜排级、机柜级演变。

能源综合利用，数据中心空调采用水冷式冷凝器，回收大量的冷凝热，可用于供暖或供生活热水，部分机房采用跨季节、夜间蓄冷等技术。

（2）数据中心供电技术

常见的数据中心供电系统主要有UPS、HVDC、48V、12V等架构，不同架构各有利弊。传统的供电架构采用双路UPS作2N设计，应用比较广泛，产业链成熟，可靠性较高；高压直流供电系统（HVDC）一般采用1路市电直供、1路HVDC冷备份的供电架构，当市电出现异常时，切换到HVDC供电，此方式供电效率较高，成本低，但是服务器电源可能需要定制；48V在通信行业普遍使用，采用48V直流供电可统一设备供电电压，降低成本，同时规避低压直流的缺点，但是传输损耗大，目前谷歌、Facebook建设了48V数据中心；12V供电架构采用市电直供的方式，供电效率高，但是传输损耗大，且需要对服务器进行特殊定制，配置12V的电池，微软的12VBBU集中式数据中心采用了此种方式。

从供电技术发展趋势来看，供电系统逐渐由交流/高压/集中式向直流/低压/分布式转变。传统UPS模式下，电池放在电池室内，微模块数据中心电池放于机柜旁边，整机柜服务器电池放于机柜内部，服务器内置模式下，电池将置于主板上，电池越靠近末端服务器，供电系统也越为分散，从电网到CPU供电路径上的转换级数减少，转换效率更高，但同时供电系统的定制化程度越高，对IT电源及电池控制管理水平要求也越高。

（3）IT设备节能技术

综合利用高频UPS、HVDC、封闭通道、提高机柜进风温度、变频设备、智能群控组网等技术可以实现数据中心PUE达到1.45左右，但是降低PUE，提高数据中心能效与真正的绿色数据中心仍有差距，当数据中心PUE接近1的时候，更重要的是IT设备节能。IT设备的能耗约占据整个数据中心能耗的一半，其中服务器能耗在IT设备能耗的占比高达50%，因此提高服务器的能效水平显得尤为重要。目前，服务器节能主要包括在服务器低负载时降低CPU频率和电压、处理器较长时间处于空闲状态时进入休眠状态、采用低功耗处理器等器件节能技术，以及采用虚拟化、云计算等技术提高设备负载率、采用功耗封顶、动态监控管理等整机节能技术两个方面。利用智能感知、动态监管、人工智能等新技术实现能耗的实时动态优化成为IT设备节能技术的重要方向。

（4）数据中心节水技术

水是数据中心消耗的另一个主要能源，据相关数据显示，1MW的数据中心平均一年消耗水3万吨以上。当数据中心规模较大时，尤其对于采用冷冻水自然冷系统的数据中心，水资源消耗是不容忽视的。目前，一方面可通过降低数据中心PUE、提高数据中心机房温度等降低数据中心能耗，减轻数据中心制冷系统负担；另一方面可使用闭式冷却塔等节水装置，或者采用其他风冷、直接蒸发冷却等方式降低数据中心对水的需求量，如Facebook数据中心一期使用直接蒸发风冷以及加湿系统，二期使用阻尼媒体，但建设成本相对较高。此外，谷歌公司创新使用循环水冷却降低数据中心运营成本，如位于道格拉斯郡的数据中心采用城市污水，简单净化后进入数据中心；位于比利时的数据中心从工业运河中抽水，利用装满细沙的大型水箱过滤水中的小颗粒，让水变清后进入冷却系统。

2.3 数据中心政策进展及趋势

数据中心的能源消耗不仅是产业界关心的热点话题，也得到了相关政府部门的关注。国家出台有关云计算、大数据、“互联网+”等文件中多次提及数据中心建设和规划，如2015年，《国务院关于印发促进大数据发展行动纲要的通知》中指出“充分利用现有企业、政府等数据资源和平台设施，注重对现有数据中心及服务器资源的改造和利用，建设绿色环保、低成本、高效率、基于云计算的大数据基础设施和区域性、行业性数据汇聚平台，避免盲目建设和重复投资”；2016年，国家发改委《关于组织实施促进大数据发展重大工程的通知》中提出“重点支持基础设施统筹发展”，包括整合分散的政务数据中心、探索构建国家数据中心体系、开展绿色数据中心试点3个方面；2015年，工业和信息化部、国家机关事务管理局、国家能源局联合制定发布了《国家绿色数据中心试点工作方案》，并在生产制造、能源、电信、互联网、公共机构、金融等重点应用领域开展了一批试点工作。

数据中心产业发展已经成为我国产业经济转型升级的重要支撑，在国家出台相应政策后，部分地方政府也根据地方产业基础和特点，制定了当地的数据中心发展政策。如北京市2014年发布的《北京市新增产业的禁止和限制目录》明确规定：禁止新建和扩建数据中心，PUE值在1.5以下的云计算数据中心除外。此政策出台一方面引导数据中心在建设设计阶段做好能效规划，确保数据中心设计PUE低于1.5，另一方面引导数据中心建设从传统架构向云架构转移，促进数据中心产业节能减排。在北京市推进“互联网+”行动的文件中也提到“推进京津冀区域协同创新发展，促进信息基础设施共建共享，整合规模小、效率低、能耗高的分散数据中心”。

3 数据中心产业存在的问题及策略建议

目前，我国产业规模稳定增长，绿色化技术不断创新突破，数据中心政策也逐渐完善，总体来看，数据中心产业健康有序，具有良好的发展前景，但能耗问题仍然是产业发展的一大瓶颈。国内数据中心在应用节能、节水、低碳等技术产品以及先进管理方法实现能源效率最大化方面开展了大量探索与实践，但仍面临着众多挑战：

一是国内数据中心绿色化水平差异较大，新建数据中心能效水平较高，但是老旧数据中心PUE仍然较高，新型互联网企业的数据中心绿色化水平较高，传统行业的数据中心能效较差，如何将先进绿色数据中心的技术向传统老旧数据中心推广是一大重要问题。

二是数据中心节能技术与国外相比仍有较大差距，国内数据中心使用的制冷设备、供电设备及系统大部分来源于国外厂商，相关节能技术的基础较弱，对设备的节能改进和软件控制水平有限。

三是数据中心运维水平不足导致达不到设计的能效水平，国内新建数据中心在建设规划设计阶段，设计PUE相对较低，但是在数据中心开始运营后，由于实际的业务要求、负载率较低、运维能力较差等原因，很多数据中心PUE达不到设计水平。

四是数据中心能效监管政策存在不足，目前部分行业和地区已经出台数据中心能效相关政策和标准，但由于没有统一的数据中心能效监管平台和管理办法，数据中心的能效评价标准尚不完全一致，部分数据中心的实际能效仍然较高。

为了加速数据中心绿色化进展，本文提出以下策略建议：

一是加大绿色数据中心节能技术的宣传与推广，发布优秀数据中心案例，运用第三方组织和机构加强互联网企业与传统企业的沟通交流，对传统老旧小数据中心进行科学评估，有条件的数据中心加快推进节能改造。

二是大力支持数据中心相关节能技术的研究与探索，一方面提高国内设备厂商的产品与技术能力，加大新技术的研究与开发，鼓励数据中心探索使用清洁新能源；另一方面，加强国际沟通交流与合作，提高国内设备商和设备用户的技术能力。

三是加强数据中心高水平运维人员的培养，在数据中心设计阶段做好有效的能效规划，研发数据中心智能监管控制平台，通过软硬件结合提高国内数据中心的运维水平。

四是加快出台数据中心能效监管政策，完善数据中心能效评价标准与体系，推广科学的能效评价方法，建设数据中心统一监测平台，优化数据中心的能效水平。

中兴通讯携手巴基斯坦电信荣获年度最佳视频平台创新大奖

近日，在新加坡由亚洲电信（TelecomAsia）媒体主办的2016读者选择&创新荣誉的奖项评选中，中兴通讯为巴基斯坦电信（PTCL）倾心打造的大视频创新平台SmartTV™荣获2016年度最佳视频平台创新大奖。这是继中兴通讯与巴基斯坦电信SmartTV二期扩容后的最新成果，同时也印证行业和用户对中兴通讯在大视频领域地位和技术优势的认可，成为助力客户“淘金”大视频蓝海市场的又一成功案例。

巴基斯坦电信是巴基斯坦第一大国有运营商，也是第一大固网运营商。在巴基斯坦这个拥有1.9亿的人口大国中，巴基斯坦IPTV和OTT业务正在快速发展，伴随固网宽带、3G/4G以及移动互联网的快速发展，IPTV和OTT业务在巴基斯坦有着巨大的潜在市场需求。

Trend and thoughtsongreen development of data center

WANGYue，WANGTiantian，LI Jie，GAOWei

With the rapid development of cloud computing and big data, data center, as a critical infrastructure, is becoming animportant strategic industry for leap-forward development of China in the coming digital economy. This paper focused on theaspects of the development of data center industry, green technology and policy to analyze the current situation and futuredevelopment of data center's green development. Meanwhile, this paper also summarized the existing problems and putforward the corresponding policy suggestions to data center's green development.

data center；energy conservation；green development；policy

2016-10-10）