抢滩数据中心

数据中心行业从业者能明显感觉到,近来相关的签约和动土仪式源源不断(www.msma.cn)。

数据中心,好比你家里个人电脑的主机和内存卡,承担了一切与“计算”和“存储”数据相关的任务。以前通常把这样的地方称之为“机房”。随着互联网兴起,诞生了 IDC(Internet Data Center,互联网数据中心)。而后新的计算技术不断涌现,云计算应运而生,行业开始大规模部署云数据中心。

作为互联网底层基础设施,数据中心自然不如互联网上层应用(如淘宝、微信)那么受关注。但 2020 年 3 月之后,越来越多注意力投向这个领域。

3 月 4 日,中央政治局常务委员会会议强调 “要加快 5G 网络、数据中心等新型基础设施建设进度”。“新基建”概念应声走红,被重点提及的数据中心迅速升温。另一方面,新型冠状病毒肺炎疫情中,激增的在线办公、娱乐和音视频通话需求,客观上也助推了数据中心的热度。通过百度指数可以清楚看到,自 2020 年 3 月以来,“数据中心”一词关注度爬升了一个台阶。

“在‘新基建’政策推动下,数据中心投资建设开启新一轮增长期,吸引着越来越多参与者投身其中。”万国数据董事长兼 CEO 黄伟告诉 PingWest 品玩。

产业公司相继宣布,加大自建数据中心力度:阿里巴巴投入 2000 亿元加码数据中心等基础设施;快手首个自建数据中心落地内蒙古乌兰察布,可容纳 30 万台服务器——这已是一个相当大的规模;百度也将在 10 年内建 500 万台服务器。

腾讯未来五年要花 5000 亿 在“新基建”上,而容纳一百万台服务器的清远云计算数据中心,已经在 2020 年 7 月启用。百万台服务器足以承载包括微信、QQ 在内腾讯所有业务,业内通常把这种规模的数据中心称之为“超大型数据中心”。

嗅觉敏锐的资本力量也闻风而动。2020 年 6 月,高瓴资本和黑石集团入局数据中心,分别投资了万国数据和世纪互联。在国内数据中心市场,电信运营商份额占比 60% 左右,第三方服务商占比约 40%。而万国数据和世纪互联,都处于第三方服务商的第一梯队。

此外,甚至连钢铁企业也开始谋求转型,通过资本运作进入数据中心行业。前有沙钢集团收购英国 IDC 头部厂商 Global Switch,后有杭钢股份设立浙江云计算数据中心有限公司。

这究竟是一个怎样的行业?“新基建”背景下,数据中心建设会有哪些变化?未来发展方向又是什么?

长链条和多玩家

数据中心产业链条非常长,没有一家公司可以完整覆盖全链条,每个环节都有术业专攻的企业。

在最上游,是 IT 设备和支持性设备。IT 设备是提供计算和存储数据服务的核心,包括服务器、交换机、路由器和光模块等。支持性设备则是指供电、制冷、通信网络、机架和土地等一系列要素。

其中,服务器数量是衡量数据中心大小的指标之一。通常认为,超大型数据中心拥有 “几十万台服务器,有时甚至是数百万台”。

支持性设备看似不重要,却占据了数据中心成本非常大的比重。中国工程院院士邬贺铨表示:“实际上机房只占大数据中心投资的百分之十几,更大的投资在供电系统,它要保证很可靠的供电,而且要保证电源的效率相当高。另外一块很大的投资在制冷系统,它需要精密的空调。”

“数据中心快速发展,最先受益的就是上游设备厂商。”IDC 领域的一位市场顾问郁向飞告诉 PingWest 品玩。

以服务器和光模块为例,据中国产业信息网预测数据, 2020 年国内服务器市场规模有望达到 1273.7 亿元, 同比增速 21.80%。 而华经产业研究院预测数据显示,2020 年中国服务器出货量可能到 404 万台,同比增长 9.49%。

服务器是计算数据的核心,而光模块则是信号传输数据交换的桥梁。这个行业刚刚经历了一次低谷期,2019 年下半年开始回暖。

天风证券通信首席分析师唐海清表示,随着云计算发展,尤其需要大量的高速率光模块。从长期看,流量持续增长,带动数据中心需求,从而推动相应的高速率光模块需求持续拉升。

在数据中心产业中游,是数据中心服务商和云计算厂商。由于具备天然的网络资源及基础设施优势,国内三大电信运营商拥有六成左右市场份额。

但随着网络流量爆发,更加紧跟市场需求的第三方服务商稳步扩张。万国数据、光环新网和世纪互联等 3–5 家头部企业,占据了大部分第三方服务商的市场。

过去,数据中心服务商的服务方式通常有两种,分别是主机托管和服务器租用。前者是指客户把服务器托管给服务商,服务商提供网络接入、供电和制冷等服务。后者则是客户租用服务商的服务器,无需自己购买硬件。

随着云计算兴起,数据中心服务商陆续开拓了云计算服务。云计算提供服务的方式,是把多台计算节点连接成一个大型虚拟资源池,相较主机托管和租用更加灵活,资源利用率也更高。

除了电信运营商和第三方服务商,数据中心行业中游实际还有另外一支力量,那就是像阿里云、腾讯云这样专门的云计算厂商。为了使计算性能最大化,他们往往会选择自建数据中心。并且,当云计算厂商规模到一定程度时,会反向影响产业链上游的服务器和芯片。

阿里巴巴副总裁刘松表示:“云计算厂商需要考虑如何把硬件的极致能力和云计算的虚拟化合二为一,性能更强大且更灵活。亚马逊、阿里云等云计算厂商都在自研云服务器及芯片。”

阿里云自研的神龙云服务器已经迭代到第三代,阿里云弹性计算负责人张献涛这样解释云服务器和传统服务器的区别:传统服务器主要依赖堆硬件提升性能,而云服务器基于硬件云原生理念,打破了虚拟化技术与 CPU、内存、网卡等硬件的天然鸿沟,可发挥出比传统物理机更强的性能。

数据中心产业最下游,则是终端用户,如互联网公司、金融机构、政府机关和一些制造企业。

北上广深一线城市和京津冀、长三角以及大湾区三个经济圈,是计算需求最旺盛的地方。当地客户往往对数据传输速度有很高要求,因此数据中心主要围绕这些区域建设,并且还存在较大的供需缺口。而贵州省和内蒙古乌兰察布一些内陆地区,则由于政策利好、气候适宜和电费便宜,也吸引了一些数据中心落户。

如此长的链条,决定了数据中心建设时间不会短,最快也要一年,并且回报周期也较长。黄伟对 PingWest 品玩表示,对单体数据中心而言,真正做到盈亏平衡需要很长的时间,基本都要 8–10 年不等,这还需要综合考量数据中心的建设效率和成本,以及针对客户的定价能力。

新需求和新形态

随着“新基建”发展,数据中心相关客户的需求也将多样化,比如 5G、AI 和物联网,会带来数据量指数级递增。这将对数据中心的算力、网络部署和存储等能力,提出更高要求。

黄伟告诉 PingWest 品玩:“通常而言,数据中心是一项 15 到 20 年周期的项目,在布局设计之初,就必须预判未来20年的技术趋势,预留未来技术升级空间。在计算密度越来越高的趋势下,在数据中心建设之初就必须考虑到,各项新技术的灵活调整空间,兼顾技术及设计的通用性和变化性,同时又要考虑到成本适用性和运营安全性,才能精准对接各类客户需求。”

以 AI 的计算需求为例。据服务器头部厂商浪潮信息介绍,AI 计算要求服务器具备不同于传统服务器的能力,比如适合不同 AI 训练场景的 GPU 灵活拓扑,应对高并发低延迟计算需求,以及大规模 AI 数据的存储与通信。

这要求数据中心对服务器的计算内核作出改变。过去,数据中心服务器主要以 x86 CPU 为计算处理单元,但 CPU 天然不适应 AI 的并行计算需求。因此,许多针对 AI 的数据中心,引入了 GPU、FPGA (现场可编程门阵列) 和 ASIC (专用集成电路)。

事实上,这是已经演进了好几年的趋势。英伟达和 AMD 努力把自己的 GPU 推向数据中心市场,没有采用 GPU 方案的厂商通常也会用 FPGA 给 CPU 加速 AI 计算。

数据中心不仅在适应 AI 计算,也尝试利用 AI 来提升运营效率。数据中心寄希望于通过大量传感器和后台 AI 算法,提前预判可能出现的故障,以提高运营效率。加上巡检机器人的配合,最终实现数据中心真正的无人值守。

(阿里巴巴的无人巡检机器人)

计算需求和场景的变化,同时影响到数据中心的规模。“未来数据中心建设将会有两个走向,分成集中型和边缘型。”黄伟说。

所谓集中,即数据中心持续走向大型化、规模化,“这也是过去 15 年间一个重要趋势”。另一个方向是走向下沉、边缘。为适应 5G 与物联网的发展,边缘计算应运而生。计算的载体会下沉到社区、工厂等边缘侧,以满足低时延和更高传输速度要求,呈现出碎片化、小型化的趋势。

黄伟概括道:“换句话说,未来的数据中心将 ‘大的更大,小的更小’,‘近的更近,远的更远’。”

此外,5G 时代网络架构变化也催生出新的需求。此前中国网络架构与铁路线相似,横纵交替形成几大骨干网络,在有限节点上交换,而非落地在所有省会城市。黄伟说,5G 时代运营商正在进行新的规划,这或许为在西部地区发展数据中心产业创造条件。

(中国四大骨干网络之一的中国公用计算机互联网 CHINANET)

适应 AI、5G 和物联网新需求的新型数据中心快速发展,并不意味着传统 IDC 完全失去了价值。

黄伟告诉 PingWest 品玩:“综合来看,传统 IDC 具备传递、加速、展示、计算、存储数据信息等的基本属性,在‘新基建’时代,更适用于需要在本地存储及管理的机密业务数据,以及为企业非核心业务数据等提供IT支持。根据企业业务发展需要、运营要求和成本结构等综合判断,传统 IDC 也可以升级转型。”

更节能、更灵活的数据中心

除了 IT 设备,数据中心行业还在变革其能耗和建设方式。2020 年 4 月,国家发改委提出,“新基建”要以“新发展理念为引领”。对数据中心来说,“新理念”是绿色节能和预制模块化。

很多人不知道,数据中心其实一直是个“能耗大户”。2019 年国际环保组织绿色和平与华北电力大学联合发布的数据显示,2018 年中国数据中心总用电量超过了上海市 2018 年全社会用电量。

而据开放数据中心委员会 ODCC 估算,2018 年国内数据中心总能耗为 1609 亿千瓦时,到了 2030 年这一数字将达到 4115 亿千瓦时,增长 1.56 倍。

2020 年 3 月“新基建”升温后,一些地方相关部门发布了数据中心建设指导意见,对能耗做出了明确要求。比如,山东省要求新建数据中心 PUE 值不高于 1.3,杭州市规定新建数据中心 PUE 值不高于 1.4,改造后的数据中心 PUE 值不高于 1.6。

事实上,自 2017 年起,《“十三五”节能减排综合工作方案》就明确规定,新建大型云计算数据中心 PUE 值要优于 1.5。2018 到 2019 年间,北京、上海和深圳三地率先作出相关要求。

PUE 全称“电源使用效率”(Power Usage Effectiveness),是衡量数据中心能源效率的重要指标,其计算方法为“数据中心总能耗/IT 设备能耗”。PUE 值基准是 2,越接近 1,表明该数据中心能效水平越好。

比如,一个数据中心一年用了 10 万度电,IT 设备用了 7 万度电,那它的 PUE 值就是 10 万/7 万≈ 1.43。

目前,国内 85% 数据中心的 PUE 值在 1.5 到 2.0 之间,新建数据中心平均在 1.5 左右。最理想的情况是,数据中心大部分能耗都来自真正提供数据服务的 IT 设备,那 PUE 最接近 1。

但实际上,制冷设备占去了约 40% 的能耗。因此,数据中心建设方都会想方设法减少这部分能耗,以降低 PUE 值。

利用空气、风和水这样的自然冷源制冷,能极大节省能耗,是数据中心常见的冷却方案之一。阿里巴巴利用千岛湖深层湖水降温,微软把数据中心部署到海底里去,以及 Facebook 在北极圈建数据中心,都是典型案例。

(微软放在海底的服务器)

最近几年很多企业把数据中心建在贵州,其中一个原因就是利用当地的气候条件,降低制冷的耗电量。贵州年平均气温仅 15.6 度,夏季平均气温低于 25 度。

“中国地理环境比较多样,有的地方全年都是春天,有的地方全年都是夏天,对数据中心制冷能耗要求不一样,要根据当地环境做判断。”郁向飞告诉 PingWest品玩。

比如,腾讯 2018 年在贵州山洞里建的数据中心,其极限 PUE 值在 1.1 左右。而腾讯在华南的数据中心,PUE 值就做不到这么低。腾讯 IDC 平台部总经理钟远河表示:“在广东深圳这边,因为当地的气温比较湿热,规定数据中心的PUE是不超过 1.4,最新发布的是 1.3,清远数据中心的 PUE 目前测算是 1.25。”

自然冷源对地理环节和气候要求比较高,有些数据中心的选址满足不了这方面条件,因此得采用更先进的制冷技术来降低 PUE 值。

过去,数据中心主要采用风冷精密空调和水冷精密空调。但互联网产生的数据量越来越大,同时 AI 和云计算应用使得数据中心机柜的功率密度大幅提升,上述制冷方式逐渐不能满足要求,新的液冷技术走向了前台。

顾名思义,液冷即利用液体来带走 CPU、内存条和芯片组产生的热量。液冷效率远比风冷高,同体积液体带走的热量,是同体积空气的近 3000 倍。此外,液冷耗电比风冷系统节省 30%-50%。

特别是一种名为“全浸没式液冷”的技术,被业界所看好。浸没式冷却是把服务器泡在特殊的液体中,打个比喻,风冷是让服务器吹风扇,浸没式液冷就是让服务器泡澡。

(阿里巴巴全浸没液冷服务器集群)

在 2020 年初一次浸没式液冷数据中心规范开源发布会上,阿里巴巴副总裁周明这样形容该技术的效益:浸没式液冷可以为社会节省大量能源,预计 2030 年浸没式液冷可节约用电 1637.77 亿千瓦时,将数据中心的总用电量降低至 2477.23 亿千瓦时(基于上述 ODCC 对 2030 年数据中心总能耗 4115 亿千瓦时的估算) 。

绿色节能之外,预制模块化是数据中心行业一个明显的趋势。

数据中心传统建设方式是一个非常长的链路,从拿地到建成通常需要三年时间,包括现场勘查、深化设计、土建施工、调试验收、试运行和整改多个环节。

而预制模块化通过把调试验收后的环节前置,在工厂进行预制造、预安装和预测试,把整体建设时间缩短了 30%-50%。国外的 IBM、微软、Google,国内的腾讯、百度、阿里巴巴等互联网企业,都在采用这种建设方式。

以腾讯应用在清远云数据中心的 T-block 技术为例。这种方案的思路是,预先构建可拆卸、可拼装的微模块,并以此为载体,“把配电单元、空调单元、IT 单元以及监控单元像宜家家私一样拼装起来,成为一个小数据中心,成为一个产品”。

“数据中心原来传统的建设方式是工程总包的方式,就好像你买一个房子,一个工程队给你装修。住宅按你的需求来装修,而数据中心是按服务器的需求在装修。”钟远河说,“现在我们的解决办法是像乐高一样的,把里面的部件模块化了,在工厂做好,到工地上一拼就可以做起来了。”

预制模块化带来的好处颇多:安装速度变化,运维管理能力增强。上了规模之后,成本可以持续下降。钟远河说,基于 T-block 的清远云计算大数据中心,只用了一年多就建成,“这是很快的”。

毫无疑问,在“新基建”推动下,数据中心建设热潮仍将持续一段时间,原本在行业里的厂商会加大投资力度,进场的新玩家也越来越多。但正如黄伟提到的,“作为重资产行业,数据中心投资回报周期长,在资本、布局、技术、成本、规模和运营等方面,均拥有较高的门槛”,不是所有参与者都一定能吃上一口蛋糕。

主营产品:激光切割机,卷料激光切割机,激光切管机,板管一体机