运营商竞逐“双碳”算力网络,“东数西算”如何平衡数据中心产能?

从中国电信贵州数据中心到北京CBD,路程大约2200公里,动车跑完全程也需要10个小时左右。而得益于算力的“高速路网”,算力传输只要不到10毫秒的时间。每秒310亿亿次浮点运算,意味着每一秒都有海量的算力正在调度。算力与网络的充分融合,正以难以想象的速度,从看不见的地方延伸到看得见的远方,服务着我们生活的方方面面。

运营商竞逐“双碳”算力网络,“东数西算”如何平衡数据中心产能?

  从中国电信贵州数据中心到北京CBD,路程大约2200公里,动车跑完全程也需要10个小时左右。而得益于算力的“高速路网”,算力传输只要不到10毫秒的时间。每秒310亿亿次浮点运算,意味着每一秒都有海量的算力正在调度。算力与网络的充分融合,正以难以想象的速度,从看不见的地方延伸到看得见的远方,服务着我们生活的方方面面。

  随着“东数西算”战略向纵深推进,算力网络的概念逐渐进入人们的视野。要实现算力成为“一点接入、即取即用”的社会级服务,还需要建设东西互补(东西部跨地域的物理融通)、南北贯通(云、边、端多层级的逻辑融通)的一体化算力网络。而在通信网络上具有先天优势的基础运营商,在算力网络的建设上,正在加速布局。

  今年前三季度,运营商新兴业务收入增长情况亮眼,云计算业务收入的同比增速更是超过100%。而通过推动数据中心等基础设施的节能减排,运营商的实践也将对我国“双碳”目标的实现带来长远影响。

  运营商加大算力网络投入

  “在算力网络方面,中国移动资本开支预计2022年全年将达到480亿元,提升26%。”今年8月,中国移动在其发布的2022年半年报中这样写道。这里说到的算力网络,包括移动云、IT云、数据中心的直接投资,以及传输网部分的分摊投资。其中,2022年上半年算力网络投资规模为200亿元。

  “算网融合需要随处可用的高性能算力做支撑、高带宽低时延的网络做桥梁、以及更加灵活敏锐的管理大脑做调度。”中国联通天津市分公司网络部副总经理席强表示,当算力与网络相互融合,将会产生许多意想不到的“化学反应”。他表示,根据业务特性,中国联通将对时延敏感、访问量大的应用调度到离用户最近的算力节点,将不直接面向用户的非实时数据、备份类数据等应用调度到西部节点,从而实现东西部之间的智能算力调度。

  算力,即对数据的处理能力。从算盘到计算机,再到信息通信时代的个人电脑、手机、平板电脑……这些生活中司空见惯的工具,无一不是单点式计算设备。这类计算设备的算力大小,主要取决于设备中芯片计算能力的强弱。而“云计算”技术的诞生,使得“算力”发展来到了一个全新阶段。它将零散的算力资源进行整合、集中和利用,进而突破了单点设备算力上的局限,从而可以在很短的时间内实现对海量数据的快速处理。

  “要真正做到‘东数西算’,需要非常大的技术突破。”中国工程院院士、阿里云创始人王坚在接受新京报贝壳财经记者采访时表示,云计算技术一个很重要的应用就是不受地域限制,可以把延迟控制在一个用户可以接受的范围。“举例来说,东部的一个用户在淘宝上买东西,传统来讲数据会记录在东部,但使用飞天平台的云计算系统,服务就可以在西部提供,这样数据才会留在西部,否则‘东数西算’就只能是‘东数西存’。”

  2012年,中国电信宣布启动天翼云计算战略,正式进军云计算领域。IDC最新发布的中国公有云服务市场报告显示,今年上半年,中国电信已经凭借11%的中国公有云IaaS(基础设施即服务)市场份额,超过腾讯成为份额第三,接近第二名华为的11.6%。据了解,这也是运营商首次杀入IaaS市场份额前三。

  而在云计算的支持下,许多原先不可能做到的事情,越来越多地成为现实:在广州机场高速,汽车能够以80公里时速,无感通过收费站,仅收费环节每天就能节约2.75小时,大大改善了市民的出行体验。面对疫情,峰值采样每分钟7.8万人次的数据传输,能够让2500多万人次的核酸与行程数据24小时完成分析与计算,从而保障超大城市高速稳定运行。

  山区教室里,算力在智能教育上的应用,正在让孩子们的学习发生着颠覆式的改变。偏远地区的孩子也能像大城市的孩子一样,享受优质的教学资源。人工智能辅助教师做到真正的“因材施教”,通过反复的AI训练,让它学会识字、辨错、测评,背后是大量人工智能深度学习算法和算力的支撑。在汽车行业,一款新车上线前需要经历上千次的碰撞测试,而超级算力能模拟出整个碰撞过程,300次的仿真碰撞试验,在一分钟内成功模拟完成。一次次发生在算力世界的仿真模拟,正在让“中国制造”向“中国智造”加速前进。

  降低时延与能耗是关键

  当下,数据中心的建设,则成为发展“云计算”的关键。它可以进行多点协同计算,使算力速度规模实现飞跃式提升。从西到东,一个个数据中心的建立,标志着以算力为基础的智能世界正在加速到来。

  2020年12月,国家发改委等四部委印发的《关于加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见》指出,全国一体化大数据中心体系总体框架涵盖“数网”、“数纽”、“数链”、“数脑”、“数盾”五大子体系,其中“数网”旨在构建一体化、高质量的数据中心集群和互联网络;“数纽”旨在强化算力服务,以算力调度优化东西部资源结构;“数链”旨在推动跨部门、跨区域、跨层级的数据流通与治理,打造数字供应链;“数脑”旨在强化数据的行业创新应用,建立数字化转型的国家样板;“数盾”旨在强化网络安全和数据安全能力。因此,“东数西算”工程的实质是推进数据中心、网络、算力、云、大数据、人工智能、安全、绿色等多数字要素的一体化协同调度,为我国数字经济健康发展“用数”“赋智”。

  “新一代信息技术,几乎都是围绕算力展开创新。”中国联通的一位专家指出,伴随算力与网络、数据的深度融合,其应用领域也从信息安全、科学计算领域,向更为广泛的国民经济主战场快速扩张。算力与数字经济共促共进的关系将会进一步强化,赋能千行百业数字化转型升级。

  时延,是这个庞大网络系统的核心指标之一。中国移动方面表示,公司已实现东部与西部算力枢纽区域间、区域内骨干节点间全互联组网,节点间单向网络时延均小于20毫秒。目前,中国移动已基本实现算力枢纽所在省的东、西部全互联。加快布局边缘计算能力,预计2022年边缘计算节点覆盖全国地市200+;加快多样化算力建设,优化移动云“N+31+X”布局,构建以京津冀、长三角、粤港澳、成渝等重要区域为核心的资源体系,预计2022年底云服务器规模超66万台。

  不过,云计算、5G、虚拟货币等技术迅猛发展,数据需求呈几何级增长。在数据中心集群成势的背后,还有用电量的不断攀升。根据国家能源局发布的数据显示,2020年,我国数据中心耗电量突破2000亿千瓦时,已成为全球增长最快的耗能设备之一。如何在“新基建”的数据中心领域做好节能减排,成为整个通信行业所面临的挑战。

  “东数西算”平衡数据中心产能

  位于内蒙古包头的联通智云数据中心,一张巨大的屏幕上,各类设备用能数据正在实时跳动。机房耗电量是降是升,电能利用效率如何,这些问题都能在大屏幕上找到答案。

  这背后,是中国联通依托“东数西算”工程,引导非实时性数据中心建设任务转移到西部地区,选址贵州贵安新区、甘肃庆阳、宁夏中卫等地建设数据中心集群,并在内蒙古地区展开数据中心集群选址的调研,以缓解能耗指标紧张、电力成本高等压力。“西部地区可再生能源丰富、空间充足、气候适宜,可大幅提升数据中心可再生能源应用比例,促进西部地区可再生能源消纳。”上述中国联通专家表示,因地制宜的建设规划,不仅降低了数据中心能耗强度,还能解决数据中心供需不对等、不匹配等矛盾。

  在宏观层面,建立全国协同的算力网络,可以平衡东西部数据中心产能,集中保障数据中心用能、用地和用水。同时,也对各区域数据中心集群能耗检测、能耗指标统一调度提出了更高要求。包头联通创新业务支撑中心邵杰介绍,2021年,公司就搭建了数据中心能耗管理平台,对机房内温度、湿度等指标进行统一监控监管,并实时监测数据中心内PUE(电源使用效率)值变化和能源使用消耗情况。“一旦数值发生异常,系统将启动告警机制,由处置人员第一时间进行排查,避免因设施故障产生的高耗电量。”他说道。

  PUE值是指数据中心消耗的所有能源与IT负载消耗的能源之比,PUE值越接近于1,表示一个数据中心的绿色化程度越高。数据中心的PUE值受地域、机房布局、机架功率密度、空调制冷方案、电力电源方案、节能技术应用等综合因素的影响。一般来讲,北部、西北地区气温较低,可以充分利用自然冷源,较低的PUE值较容易实现,而中部、东部、东南等地区气候炎热,需要长时间通过空调降温,PUE值相对较高。如何降低PUE值,是运营商们都在发力的领域,也是“东数西算”工程能够助力“双碳”目标实现的关键所在。

  以中国电信为例,经官方初步统计,中国电信的存量大型、超大型数据中心PUE值大多在1.3-1.5之间;部分中小型数据中心因建设时间较长,采用以前的技术方案,导致PUE值高于1.5。随着技术的发展,2019年以来新建大型、超大型数据中心的PUE值基本处于1.3及以下,其中中国电信内蒙古信息园、北京永丰国际数据中心、亦庄数据中心都获得绿色低碳4A等级。

  构建低碳绿色的高质量算力服务体系,智能算力调度还有很长的路要走

  中国电信的一位专家表示,一体化大数据中心体系不仅明确提出PUE值和绿电占比等碳减排指标演进要求,更借助数据中心集群化、“东数西算”等建设路径,重点推动算力基础设施能效优化以及与绿色能源的融合发展,构建低碳绿色的高质量算力服务体系,并进一步释放体系建设给全社会经济转型带来的绿色价值。

  而针对提升数据中心绿色水平的目标,中国电信也拿出了一套“组合拳”。一是针对新建大型、超大型数据中心,探索试点应用业界新技术,包括蒸发冷、热管多联、液冷等高效空调节能技术,智能小母线、分布式供电等高效供配电方案,在国家枢纽节点南方省份PUE值力争低于1.25,北方省份PUE值力争低于1.2;二是针对能耗高的老旧数据中心,大力开展节能改造和绿色低碳化重构,通过老旧空调替换,气流组织优化,AI智能控制,新风、蒸发冷等节能技术应用,实现精准节能,大幅降低PUE值至1.5以下,进一步提高能耗利用率,降低运营成本。

  中国联通中卫云数据中心总经理朱赟介绍,中卫云数据中心现与江苏联通达成初步合作计划,下一步拟提供医疗云、工业云的异地灾备服务,实现温冷数据的迁移,并在数据清洗加工、模型算法、分析处理、产业协同等前沿交叉领域开展联合科研攻关及交流合作。

  “对于实现‘碳中和’这一目标来讲,节能只是一小步。从根源上看,只有采用绿色能源,才是数据中心‘碳中和’的最优解决方案。”上述中国联通专家表示,“碳中和”不仅是环保概念,更是技术路线。只有数据中心产业链上下游企业共同发力,才能推动绿色低碳可持续发展。

  这一设想即将成为现实。据中国联通宁夏中卫云数据中心工作人员殷晓辉介绍,该数据中心已从新疆采购绿色风电,准备利用数据中心楼顶及设施空地建设太阳能及风光互补发电系统,实现太阳能直接并网发电,即发即用。

  “通信运营商是算力基础设施和骨干传输网络的建设者,同时也是下游云计算服务的提供商。”上述中国联通专家表示,“东数西算”工程推动新增数据中心扩容,不仅将给通信运营商网络发展带来正向贡献,同时也会拉动算力产业的兴起。

  不过,在算力网络的建设上,运营商也并非没有挑战。“目前通信运营商的网络建设多以承载语音和流量为主,想要彻底转变为以承载算力为主的网络架构,真正意义上做到全国‘一盘棋’的智能算力调度,还有很长的路要走。” 朱赟表示,这需要电信运营商、云服务商和产业链设备提供商等相关方对关键技术方案和标准共同参与、达成共识、协同推进。(记者 许诺 罗亦丹)

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