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枢纽|“东数西算”：织一张算力“绿网”

【枢纽|“东数西算”：织一张算力“绿网”】3月7日 ， 国家发展改革委再次强调要加快打造“东数西算”工程中的10个国家数据中心集群 。
“东数西算” ， 是指通过构建数据中心、云计算、大数据一体化的新型算力网络体系 ， 把东部算力需求有序引导到西部 ， 优化数据中心建设布局 ， 促进东西部协同发展 。 打通“数”动脉 ， 织就一张高效率的“算力网” ， 既缓解东西部资源错配的问题 ， 也给西部开辟一条发展新路 。
为何我们要实施“东数西算”？目前已确定的十个集群是如何选址的？推进“东数西算”时 ， 又需注意哪些问题？近期广州日报全媒体采访人员采访了中国信通院云计算与大数据研究所所长何宝宏、成都高新减灾研究所所长王暾、暨南大学经济学院助理教授张毅等专家 。 据介绍 ， “东数西算”是为解决数据中心行业目前存在的资源错配、能耗高、电力使用效率低等问题 ， 实施“东数西算”是进行集约化管理 ， 实现国家利益、社会价值最大化、技术经济最优化的必然选择 。
广州日报全媒体采访人员 程依伦
为什么要做“东数西算”？
——解决数据中心行业几大痛点
2月17日 ， “东数西算”工程正式全面启动 。 据国家发改委消息 ， 目前中国的数据中心规模已经达到500万标准机架 ， 算力达到130EFLOPS（每秒1.3万亿亿次浮点运算） ， 且预计未来每年仍将以20%以上的速度增长 ， 需要发挥体制机制优势 ， 全国一体化布局 。 按规划 ， 中国将在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等八地启动建设国家算力枢纽节点 ， 并规划了10个国家数据中心集群 。
“‘东数西算’不是单纯地将东部的算力需求全部引导到西部 ， 而是更多地强调根据数据存储地以及算力的需求 ， 匹配相应的枢纽节点 ， 从而实现资产配置中的效能最优化方案 。 一方面 ， 在西部发展数据中心 ， 将后台加工、存储备份等对网络数据传输要求不高的业务率先西迁；另一方面 ， 对于网络以及算力要求较高的业务 ， 比如工业互联网等仍可在东部枢纽布局 。 ”暨南大学经济学院助理教授张毅说 。
张毅表示 ， 从经济学角度来说 ， “东数西算”是促进东西部协同联动而进行的集约化管理 ， 是实现国家利益、社会价值最大化、技术经济最优化的重要举措 。 “实施‘东数西算’工程不仅可以带动西部大数据中心建设 ， 同时可以通过数据流带动资金流、人才流、技术流 ， 实现数据要素跨区域流通 ， 从而更好地促进不同区域协调发展 。 ”
“做‘东数西算’ ， 第一是要解决结构性的资源错配；第二是从宏观布局 ， 提高网络互联互通水平；第三是助力能效管理 ， 提高效能的同时减少碳排放 。 ”张毅称 。
1.解决数据中心资源错配
一直以来 ， 数据中心行业都定位为高能耗产业 。 以中国电信为例 ， 2021年数据中心耗电达到56亿度 ， 占总耗电量的20%；中国联通数据中心投产后的运营成本中 ， 电力成本也同样占比超50% 。 “数据中心规模的高速扩张带来了各类能源消耗和碳排放快速增长等问题 。 一方面是‘双碳’目标 ， 另一方面是不太均衡的资源需求 ， 数据中心的建设和布局面临新挑战 。 ”中国信通院云计算与大数据研究所所长何宝宏表示 。
为何会存在资源供需失衡？对此张毅解释 ， 算力需求主要体现在两个方面 ，一是数据处理量巨大 ，二是计算结果速度要求极快 。因此算力是实现数字化发展的核心 。 “影响算力有两个重要因素 ， 一是设备 ， 二是电力 。 ”
数据中心建设通常需要考量供需两端的相关因素 。 从需求端看 ， 数据的整体需求与人口分布密切相关 ， 算力的整体需求则与产业集群位置相关；从供给端看 ， 则会考虑数据传输的物理距离、节点延时的影响、数据中心的电力支出、设备折旧、维护运营等成本 。 “因而目前 ， 中国数据中心存在供需失衡问题 。 我国西部地区资源丰富 ， 但数据中心需求不高 ， 供给过剩；我国东部地区数据中心需求旺盛 ， 但供给受土地、能源等资源限制 ， 数据中心供不应求 。 ”何宝宏称 。
“除此之外 ， 中国数据中心还存在资源错配的情况 。 ”张毅补充 。 根据《2021年中国数据中心市场报告》显示 ， 全国范围内累计数据中心存量机柜总数中 ， 华东、华北、华南占比达到79% ， “这说明我国大部分的数据中心都集中在东部 。 而西部地区的土地资源和电力资源更加丰富 ， 数据中心需求却不高 ， 且电费明显低于东部地区 ， 这就形成了资源错配 。 ”
2.提高全国网络互联互通水平
“西部地区供给过剩 ， 一定程度上也受数据中心网络传输质量等因素限制 。 ”何宝宏表示 ， 通过“东数西算”的相关工程 ， 可以提升我国各大区域间、各数据中心间的网络能力 ， 积极推进数据中心与网络协同发展 ， 建设数据中心高速承载网络 ， 优化数据中心跨网、跨地域数据交互 ， 优先在国家枢纽节点内的新型数据中心集群间形成网络直连 ， 满足算力调度需求 ， 不断提高网络互联互通水平 。
成都高新减灾研究所所长王暾对此颇有心得 。 今年年初王暾便去了一趟位于天府新区的成都超算中心 ， 他告诉采访人员 ， 他们今年将会在灾害预警方面开展“云计算+超算”的应用模式 。
据了解 ， 成都高新减灾研究所每年需要收集并分析来自全国各地的数据 ， “我们的数据源种类多达30多种 ， 包括全国各地的降水数据、地震波数据、地形数据、地质数据、滑坡检测数据等 ， 而‘东数西算’可以有效地促进全国性的信息和计算服务平台的搭建 ， 可进一步打通‘数据孤岛’ ， 有利于计算的优化 。 ”王暾说 。
王暾告诉采访人员 ， 5~6年前 ， 他们开展相关数据的处理都是自己搭建服务器 ， 那样“又贵又麻烦”；之后他们运用华为云等服务器 ， 将数据传输并储存在云上 ， “但是仅使用云计算也有不足 ， 云计算只要开启就需要付费 ， 但部分预警数据存在季节性波动 ， 如山洪预警的计算量夏天更大 ， 冬天却为0 ， 而费用上没有差异；但超算是按照数量来算 ， 采取‘云计算+超算’结合的方式 ， 我们的总体费用支出预估会减少30% 。 ”
对此张毅认为 ， 不只是针对灾害预警 ， “东数西算”还将影响到多个行业 ， 随着各个产业数字化的发展 ， 数据体量越来越大 ， 数据分析、科研运算等需要的算力不再是由单一的计算机可以独立完成 ， “这是一个实现数据中心集约化管理的过程 。 即集合生产要素进行统一配置 ， 达到降低成本、高效管理 ， 进而集中核心算力力量 ， 获得可持续竞争的优势 。 ”
3. 消纳西部绿色能源 降低能耗助力“双碳”
作为“不冒烟的钢厂” ， 数据中心包含大量IT设备、供电设备及制冷设备 ， 需要消耗庞大的电能 。 据中国信息通信研究院数据 ， 2020年全国数据中心耗电量约760亿千瓦时 ， 占全社会总耗电量（75110亿千瓦时）的1% 。 若折算为二氧化碳排放量 ， 2020年全国数据中心二氧化碳排放量近4000万吨 。
而“东数西算”的出台 ， 正与 “碳达峰、碳中和”的目标相一致 。 张毅解释 ， 在判断数据中心的使用率时 ， 上架率和PUE值（电能使用效率）常被作为重要指标 ， “上架率越高 ， 说明该数据中心的利用率越高；PUE值越接近1 ， 说明电能使用效率越高 ， 非IT设备耗能越少 ， 即能效水平越好 ， 该中心的集约化、绿色化水平越高；如果PUE值大于1.5 ， 说明电能使用效率太低 ， 能耗太高 。 ”
据了解 ， 目前我国数据中心对绿色能源的平均使用率仅约20% ， 通过“东数西算” ， 在西部就地消纳光伏、风电等绿电 ， 希望能将该使用率在2025年提高至约80% 。 据介绍 ， 一个数据中心从建成到退役的全生命周期成本中 ， 能耗成本占据40％~50％ 。 “当下用户集中于东部地区 ， 但是能源恰恰是西部地区较为丰富 ， 特别是像西南地区的水电 ， 西北地区的风电与光伏等绿色能源丰富 ， 如果可以在西部布局数据中心 ， 一方面可以降低数据中心的能耗成本 ， 另一方面也可以帮助消纳当地的绿色能源 。 ” 腾讯云数据中心相关负责人说 。
八大“枢纽”与十大“集群”
张毅在研究了“东数西算”枢纽节点和数据中心集群的地貌和区域经济后发现 ， 目前十个集群、八个枢纽节点的分布依据主要包括以下几类：
第一类集群是具有能源优势 ， 可再生能源丰富 ， 且电价低 。 如张家口市的风电、光伏、生物质发电等可再生能源装机容量达到了2347万千伏 ， 其中风电装机规模位列全国首位 ， 可充分发挥可再生能源资源集聚效应；宁夏中卫同样是西电东输的重要传输通道和电源供应点 ， 其拥有的水电、光伏电站、风电等清洁能源装机比例超过50% ， 其现有实际折算电价成本约0.34元~0.36元/千瓦时 。
第二类集群是具有地理优势 ， 在具备物理降温条件的同时 ， 受灾害天气影响弱 ， 有利于数据中心的安全可靠运行 。 如贵安新区气候凉爽 ， 地质稳定 ， 全年气温保持在14℃左右 ， 同时水资源丰富 ， 可以为数据中心企业提供稳定的水冷支持 。
第三类集群则具有区位优势 ， 张毅分析 ， 其中芜湖处于长三角一体化发展和中部崛起两大国家战略覆盖范围 ， 对长三角中西部地区辐射作用明显 。
韶关数据中心集群：兼具三大优势
张毅分析称 ， 以粤港澳大湾区的韶关数据中心集群为例 ， 其同时具有以上三种优势 。 一方面 ， 韶关处于南岭山脉南部 ， 地质构造上位于非地震带的湘粤褶皱带 ， 年平均气温低 ， 便于物理散热 ， 可为机房运维节约降温成本 ， 同时处于灾害低发区 ， 受台风、地震影响小 ， 且不受海风腐蚀 ， 可以确保数据中心的日常平稳运行；在资源方面 ， 作为广东主要电源基地之一 ， 韶关大工业电价为全省最低 ， 1千伏至10千伏大工业平段电度电价仅0.4717元/千瓦时 ， 比全省平均电价低0.07元/千瓦时；此外 ， 韶关作为国家一级网络节点北京至粤港澳大湾区（广州）的必经支点 ， 据统计 ， 2019年韶关市网络出口宽带已超3400G ， 端到端访问国家路由器时延最快可达到5毫秒 ， 不仅可以有效支撑粤港澳大湾区及周边省市在数据传输上的需求 ， 承接广州、深圳等地的实时性算力需求 ， 更能引导温冷业务向西部迁移 ， 构建辐射华南乃至全国的实时性算力中心 。
“并且这些区域都是当地经济发展较受限的区域 ， 因此通过‘东数西算’ ， 还可以带动当地的经济协同发展 ， 通过数据中心建设带动当地的人才流、技术流 ， 资金流 ， 从而助力当地产业结构调整和经济转型 ， 同时东西部算力、电力错配的情况有望得到改善 ， 助力当前碳中和战略 ， 提效降排 ， 绿色集约 。 ”张毅从经济学角度解释 ，“因此我个人认为 ， ‘东数西算’工程创造的不仅仅是社会、企业价值以及利润 ， 更重要的是统筹安排提高能效利用 ， 为未来创造巨大的且难以估量的社会价值 。 即便投入数据中心的成本庞大 ， 甚至未来数据的传输形式发生变化 ， 但对于数据中心而言 ， 其所带来的社会效益依然远远大于投入 。 ”

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