双碳打开新机遇 华为互联网数据中心基础设施筑起“绿色基石”

在国家双碳战略的大背景之下,数据中心作为数字新基建的重要组成,承载着经济发展的重任,也是实现数字经济碳中和的重点环节。实现数据中心碳中和,也不能简单的理解为使用清洁能源,更应该从设计、建设,到投产运营,从全生命周期考虑,如何实现数据中心全面的低碳、节能的发展。

绿色数据中心从“基石”做起

对于一座数据中心来说,从开始设计到最终运营生产,会被分为 5 个层级,以区分不同建设、发展阶段和服务内容。目前,数据中心行业比较常见的划分方式如下:

L0:楼宇系统。包括机房、配套楼宇的土建等部分。

L1:数据中心物理基础设施(DCPI)。包括:供电、制冷、机柜、管理、综合布线、安全消防等。

L2:IT 硬件平台。包括服务器、存储设备、网络设备等硬件设施,其中亦涉及到与 L1 强耦合的综合布线。

L3:IT 软件平台。包括如操作系统、应用程序、安全防护等。

L4:业务。面向客户的各种服务。

其中,L1 层是数据中心除土建以外的物理基础设施,可以说正是因为有 L1 层,数据中心才称之为数据中心,否则只能称为机房。数据中心 L1 从能源、环境、设施、安防等层面为数据中心运营提供基础支撑。

因此,数据中心 L1 即是数据中心的稳定运营的基础,也是决定数据中心是否绿色、高效、节能的最重要层级。例如,在主流的降低 PUE 的方法中,优化制冷系统是第一个要考虑的举措。而供电系统优化、清洁能源应用等举措也意味着未来数据中心碳中和的实现也要从 L1 层寻找答案。

技术上的碳中和挑战

随着云计算、大数据、人工智能、5G 等数字技术的发展,数据中心承担的业务内容以及建设形态都发生了巨大的变化。在国家提出了双碳战略目标之后,数据中心作为数字产业的基础设施,同时承担着数字经济发展和实现数字产业碳中和的双重重任,数据中心产业的发展面临着诸多挑战。

首先是能耗的不断增长。目前全球数据中心用电量占全球总用电量 2-3%,并且有持续增加的趋势。从中国看,根据 2018 年的数据显示,当年全国数据中心耗电 1600 多亿度,占全国用电量 2%左右,相当于 9855 万吨的碳排放,需要种植 1.4 亿棵树进行二氧化碳吸收才能达到碳中和。

其次是传统建设模式存在周期长、更新慢的缺点。传统的数据中心建设模式的建设周期一般接近两年,而 IT 设备和数字技术演进速度日益加快,基本上达到 3 年换代的频率。以至于部分保守设计的数据中心出现了建成即落后的尴尬局面。

第三是新形势下的运维困境。随着技术进步和业务需求的变革,数据中心形态也发生了诸多变化,云 DC 大愈大,边缘 DC 小愈多。大数据中心 IT 功率密度不断提升,结构日益复杂。边缘数据中心分散四处,难以管理。愈加复杂却效率低下的传统运维方式对运维人员的数量、质量都提出了超高要求,以至目前有 60%的数据中心招不到合格运维人员。

第四点这是电力供给稳定性的挑战。随着数据中心承载更多的高性能计算和存储的高能耗业务,其耗电量也随着数据中心规模的提升和单柜功耗的提升越来越大,对供电系统的压力也同样增加。根据 Uptime 发布的 2020 年数据中心宕机原因调查显示,37%的宕机由供电系统故障引起。

来自“互联网”的碳中和需求

在数据中心自身技术因素之外,云计算的兴起、大型互联网应用的出现,也在产业模式上改变着数据中心产业。各大互联网公司依托自身业务优势,纷纷进军云计算产业,并且纷纷开始自建、合建符合自身业务需求的大规模、超大规模数据中心。

据市场调研机构的最新数据显示,截至 2020 年第二季度末,全球超大规模数据中心的数量增长至 541 个,另有有 176 个数据中心处于计划或建设阶段。国内的情况类似,特别是新基建提出以来,BAT 为代表的的互联网大厂也纷纷入局。比如阿里投资 2000 亿的新基建计划中明确包括数据中心建设,腾讯宣布将新增多个超大型数据中心集群,百度则表示未来十年将新增超过 500 万台智能云服务器。

相比于传统 IT 业务,云计算、互联网业务对数据中心的要求除稳定性、安全性更高外,还有功能定制化、资源弹性化、交付快速化等新需求。很多互联网企业会深度介入数据中心的建设,从最初的选址、设计,到后期的建设、运营,都会提出基于自身业务的需求,因此数据中心的从建设形态上已经开始受到应用层产业变动的影响。

此外,在碳中和的大背景下,互联网企业也注意到了数据中心的碳排放情况,并且将促进产业链上游碳中和作为自己的责任。比如苹果、谷歌、微软、Facebook 等纷纷表示将努力促进业务所属数据中心的碳中和实现。这一趋势,也将碳中和作为一个与技术性能同等的指标,摆在了数据中心建设、运营商的面前。

如何更好的解决数据中心面临的产业模式、技术形态变动带来的挑战,实现数据中心产业的碳中和,是需要整个行业共同面对的问题。对此,华为通过对数据中心 L1 层服务的重构和改进,给出了答案。

“四大重构”打造下一代数据中心

因自身业务需求,华为在数据中心设计、建设、运维及运营方面积累了丰富的经验和创新技术、管理理念。特别是在 L1 层,华为已经形成了一整套的数据中心 L1 整体解决方案,在资源管理、进度管理、质量管控、集成运营与运维能力等方面具有无可比拟的优势,可以全力保障数据中心交付,并提供持续运营能力。

为应对碳中和背景下数据中心面临的挑战和行业痛点,华为数据中心能源解决方案从数据中心全生命周期的角度,基于 L1 层、超越 L1 层,通过重构架构、重构温控、重构营维,重构供电,打造下一代极简、绿色、安全、智能的数据中心。

重构架构。数据中心的碳排放不仅产生在运营中,建设、施工阶段产生的碳排放一样应该受到重视。华为采用全模块化设计和全预制化的极简建设模式,可实现施工期间用水和建筑垃圾减少 80%,可回收率超过 80%。在减少 90%施工碳排放的同时,还可以大幅提升交付效率,缩短建设周期,满足按需部署,分期投资的需求。以 1000 机柜数据中心为例,重构后的架构可将建设周期由 20 个月缩短到 6-9 个月。

重构温控。通过间接蒸发冷却和 iCooling 智能能效优化等解决方案,实践“风进水退”的理念,最大化利用自然冷源,大幅降低能源利用效率(PUE)。同时采用去架空地板架构,弥漫式送风等措施,实现了数据中心运营中的 PUE 降低 8%-15%、用水减少 40%,并且提了功率密度及出柜率。

重构供电。华为数据中心能源 iPower 智能解决方案供配电系统设备从被动维护到主动预警,实现 AI 预测性维护,全面保障供电安全。iPower 电力模块相比传统方案可省地 40%,提升 10%的出柜率。同时,华为 UPS 专利智能在线模式转换效率高达 99.1%,从变压器到 UPS 输出全链路效率高达 97.6%,相比业界高出 3.6%,1500 柜 12MW 的数据中心 10 年可省电费 1550 万元。

重构运维。应对日益复杂的运维环境,华为通过智能运维解决方案实现了运维智能化、可视化、数字化,大幅提升了运维质量和效率。华为智能运维解决方案可以节省 35%的运维成本,并将资产利用率提升 20%,实现数据中心全链路预测性维护、端到端能效调优、极致营维效率及资源利用率。

赋能产业走向“碳中和”

据悉,华为在全球已经建设了 1000+的数据中心,其中包括如新一代智能“低碳”贵安华为云数据中心等在内的 200 多个自建、自用及自管理的数据中心。在这个过程中,华为高度关注数据中心的绿色、节能发展,并积累了丰富的数据中心低碳建设、管理、运营经验。

将绿电引入数据中心,是实现数据中心运营碳中和的终极手段。除不断改进数据中心的建设、运营,华为还在数据中心的清洁能源供给方面进行了大规模实践。目前,华为已在青海省建设成了全国首个 100%利用绿色能源建设的大数据产业示范基地。利用青海本地的水电、风电、光伏等电力资源,为面积高达 1200 亩的数据中心园区提供清洁电力。

能力越大,责任越大。一直以来,将自身能力赋能产业是华为服务行业数字化转型的理念。华为数据中心能源通过向行业提供数据中心 L1 服务解决方案,将经过四大重构的数据中心建设理念普及到全行业,并将持续助力数字化程度领先的互联网行业的基础设施建设,携手推动数据中心产业的低碳发展,打造绿色节能的数字经济格局,促进产业乃至全社会的碳中和实现而做出积极的努力。