2020年3月4日中共中央政治局常务委员会召开会议,研究当前新冠肺炎疫情防控和稳定经济社会运行重点工作时,明确指出要加大公共卫生服务、应急物资保障领域投入,加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度。这其实也不是今年国家第一次强调加强新基建的建设。2月14日,中央全面深化改革委员会第十二次会议,提出基础设施是经济社会发展的重要支撑。2月21日,中央政治局会议提出推动生物医药、5G网络、工业互联网等的加快发展。2月23日,中央召开工作部署会议指出智能制造、医疗健康等新兴产业展现出强大成长潜力。如此密集的强调“新基建”可以看出国家对其的重视。本文基于这些影响,就其给数据中心带来的机会、建设方式和技术发展进行阐述和分析。
新基建为数据中心带来的机会
1、什么是新基建
事实上,“新基建”并不是一个新概念,目前还没有统一的定义,但其所指是明确的。2018年底召开的中央经济工作会议以不完全列举的形式,将5G、人工智能、工业互联网、物联网列为新型基础设施,提出加快5G商用步伐,加强人工智能、工业互联网、物联网等建设。由此可见，与传统基建(主要指铁路、公路、桥梁、水利工程等)不同，新基建具有鲜明的科技特征和科技导向，以现代科技特别是信息科技为支撑，旨在构建数字经济时代的关键基础设施，推动实现经济社会数字化转型。
根据中央一系列重要会议和文献的相关表述,结合当前中国科技和经济社会发展状况,业内人士和媒体机构将新基建涉及的主要领域归纳为7个方面,即:5G基站、特高压、工业互联网、城际高速铁路、城际轨道交通、新能源车充电桩、人工智能以及大数据中心。
2、新基建的相互关联
基于前面分析,笔者认为新基建定义的七大领域中,有三个与数据中心有着非常密切的关系,分别是5G、工业互联网、人工智能。也不是说其它新基建的领域与数据中心没有关系,而是这三个方向关系更为密切。下面分别进行分析。
百度百科定义的“工业互联网”(Industrial Internet)——开放、全球化的网络,将人、数据和机器连接起来,属于泛互联网的目录分类。它是全球工业系统与高级计算、分析、传感技术及互联网的高度融合。
工业互联网的本质和核心是通过工业互联网平台把设备、生产线、工厂、供应商、产品和客户紧密地连接融合起来。可以帮助制造业拉长产业链,形成跨设备、跨系统、跨厂区、跨地区的互联互通,从而提高效率,推动整个制造服务体系智能化,还有利于推动制造业融通发展,实现制造业和服务业之间的跨越发展,使工业经济各种要素资源能够高效共享。
首先通过物联网将收集设备和用户的数据,通过海量的数据进行大数据分析进行智能的决策,最终通过传感器、嵌入式软件、执行机构进行最终的执行。其实基于物联网技术的智能工厂,核心是数据的计算和传输。可见数据中心是工业互联网的基础。
人工智能(Artificial Intelligence)缩写为AI。它是研究、开发并用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。图3为典型的人工智能的技术架构图,可以看出其最底层的基础也为数据。可见数据中心也是人工智能的基础设施。
第五代移动通信技术(5th generationmo bilenet works或5th generation wireless systems、5th-Generation,简称5G或5G技术)是最新一代蜂窝移动通信技术,即4G(LTE-A、WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)系统之后的延伸。
5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。
可以看出5G是当之无愧的数字经济基础设施,其高可靠性、超低时延性、广泛覆盖性和大连接性的特性与互联网应用相结合,为智慧城市、工业物联网、车联网、人工智能等领域的发展提供新机遇。可以概括为,5G是数据中心、人工智能、工业互联网的高速传输通道。四者相互依存,相互促进。其逻辑关系如图5所示。
数据中心建设方式的探讨
基于上面的分析,笔者认为随着5G、人工智能、工业互联网的发展,会有一大批基于这些新技术的新应用,诸如自动驾驶、智能家居、智能语音交互、无人机、智能医疗影像、智能工业机器人等应用。这些应用具有一个共同的特点:对系统的时延要求较高。比如无人驾驶对时延的要求为毫秒级,这就会催生大批量的靠近应用侧的数据中心,即边缘数据中心。而与此同时,需要处理大量数据的云计算中心依然会存在,所以未来数据中心建设的发展会向两个方向发展:一个是以云计算平台界定的超大规模云数据中心,一个则是边缘数据中心。
具体到边缘计算数据中心,其需求是小型化。笔者认为今后的发展方向是产品化,一个集装箱、一个机柜或一个微模块就可以成为边缘数据中心,这里不做过多的对于边缘数据中心的讨论。本文主要讨论大中型数据中心的建设方式。从行业发展来看,越来越多的业主所建设的大中型数据中心,越来越倾向于EPC总承包的模式。图6为某研究机构对数据中心EPC总承包项目做的统计。从图中可以看出1000个机柜以上大中型数据中心项目在EPC总包项目占比较高,超过55%,中项目100～500个机柜占比也较高,而小于100个机柜的项目调查占比不超过10%。可以看出大中型数据中心,业主比较倾向于EPC模式。而且随着市场的发展,EPC模式也越来越受到欢迎。
1EPC建设模式的优势
EPC(Engineering Procurement Construction)是指公司受业主委托,按照合同约定对工程建设项目的设计、采购、施工、试运行等实行全过程或若干阶段的承包。通常公司在总价合同条件下,对其所承包工程的质量、安全、费用和进度进行负责。
在EPC模式中,Engineering不仅包括具体的设计工作,而且可能包括整个建设工程内容的总体策划以及整个建设工程实施组织管理的策划和具体工作。相对于传统的设计与施工分离的建设模式,EPC有较多的优点,是在国外比较流行的建设模式。其优点概括起来可以分为以下几个方面:
①EPC总承包商实现设计、施工一体化,有利于整个项目的统筹规划和协同运作,可以有效解决设计与施工的衔接问题、减少采购与施工的中间环节,顺利解决施工方案中的实用性、技术性、安全性之间的矛盾;
②工作范围和责任界限清晰,建设期间的责任和风险可以最大程度地转移到总承包商;
③合同总价和工期固定,业主的投资和工程建设期相对明确,利于费用和进度控制;
④能够最大限度地发挥工程项目管理各方的优势,实现工程项目管理的各项目标;
⑤可以将业主从具体事务中解放出来,关注影响项目的重大因素上,确保项目管理的大方向。
2国家相关政策导向
基于上面的分析,EPC的众多优点,将会是今后数据中心建设的主要方式,从国家政策上也给予了明确的方向。
2017年2月24日,国务院办公厅发布国办发〔2017〕19号文《国务院办公厅关于促进建筑业持续健康发展的意见》,要求完善工程建设组织模式,加快推行工程总承包;培育全过程工程咨询。该文可以看出国家对推进工程总承包的决心,随后各省市自治区针对发布相应的通知政策。
2019年12月23日,住房和城乡建设部国家发展改革委关于印发房屋建筑和市政基础设施项目工程总承包管理办法的通知:鼓励设计单位申请取得施工资质,已取得工程设计综合资质、行业甲级资质、建筑工程专业甲级资质的单位可以直接申请相应类别施工总承包一级资质。鼓励施工单位申请取得工程设计资质,具有一级及以上施工总承包资质的单位可以直接申请相应类别的工程设计甲级资质。完成的相应规模工程总承包业绩可以作为设计、施工业绩申报。进入2020年后,各省市发布通知:建设单位可聘本科学历技术人员任内部工程师,替代监理,北京、上海、广州、成都、天津、厦门已相继发文,部分工程项目不再强制要求进行工程监理。
从以上可以看出不管是从国务院办公厅发布的指导性政策,还是去年住建部发布的对建设资质发布的具体的鼓励设计单位取得施工资质,并鼓励施工单位取得设计资质,并且今年各地市纷纷尝试取消强制进行工程监理,可以看出从国家层面也是大力支持总承包工作。
从以上分析可以预见,以后大中型数据中心项目将会越来越多的采用EPC总承包建设模式。
数据中心新技术发展的思考
1标准化
标准化是指在经济、技术、科学和管理等社会实践中,对重复性的事物和概念,通过制订、发布和实施标准达到统一,以获得最佳秩序和社会效益。对数据中心的设计建设也是如此,数据中心的标准化设计和建设,能够降低建设成本,提高建设效率,并且通过相互独立的模块化设计,进一步促进数据中心的可靠性。从数据中心的发展进程来看,也是不断向标准化,模块化发展。我们知道,数据中心的核心是机柜,一般标准机柜的尺寸为600×1200×2000mm(宽×深×高),故数据中心的各种设备和材料都是以此为基础,从目前的数据中心来看,从装修的墙面、地板、吊顶、灯具到主要的设备,UPS、精密空调、配电柜等包括现在业界比较流行的微模块机房,都是朝着为600mm的模数的方向发展。数据中心的发展历程也是不断标准化和模块化的历程。
从微观到宏观,标准化设计建设的趋势贯穿数据中心的整个过程。包括机柜、机房、楼层、建筑和园区级别。
2智能化
笔者认为数据中心的智能化分两个层次的内容,一方面为数据中心建设方面的智能化,另一方面为数据中心在运维方面的智能化。
BIM技术在建筑行业应用也越来越广。数据中心作为一种特殊的建筑,BIM技术也将得到越来越多的应用。BIM即建筑信息模型(Building Information Modeling),是建筑学、工程学及土木工程的新工具。该技术是Autodesk公司在2002年率先提出,已经在全球范围内得到业界的广泛认可,它可以帮助实现建筑信息的集成,从建筑的设计、施工、运行直至建筑全寿命周期的终结,各种信息始终整合于一个三维模型信息数据库中,设计团队、施工单位、设施运营部门和业主等各方人员可以基于BIM进行协同工作,有效提高工作效率、节省资源、降低成本、以实现可持续发展。
智能化运维是数据中心未来发展的关键点之一,可以有效地提高运维效率降低运营成本。其将人员从数据中心繁琐的各类维护工作中解脱出来,使得他们能够有更多的时间去思考,如何把数据中心技术和企业的业务应用更好结合起来。智能化还可大大降低数据中心的人力成本,同时减少人为故障,提升数据中心的运行可靠性,要知道数据中心发生的故障中大多数是人为故障,减少人的参与反而会提升数据中心运行的可靠性。
3绿色节能
数据中心的IT设备为最大的能源消耗,但该部分能源的消耗取决于各种IT设备,如服务器、网络、存储等本身的功耗,IT设备运行起来,其功率就恒定,我们无法改变,节能潜力不大。数据中心内暖通空调系统的能耗占数据中心总能耗的37%以上,该部分为数据中心节能的最大潜力部分。
供电系统的能耗约占数据中心总能耗的10%,供电系统的能耗的最大一部分为变压器、UPS等供配电系统的转换上。其次的能源消耗主要是机房的照明上。我们要进行节能设计,应当在此两部分做出努力。
数据中心制冷系统究其原理,其散热可以分解为两部分。一部分为室内部分,通过风、水或者制冷剂负责室内的热量吸收。另一部分为室外部分,即冷源部分负责将室内吸收的热量传至室外。室内部分发热的根源为芯片,传统的散热方式为,芯片的热量通过热管传递至服务器,服务器通过风扇将热量传递至机柜内或房间内,最后再由房间级空调、背板空调或行级空调带出室外。可以看出从发热根源到排至室外,要经过多次的热交换,每一次热量交换都会造成能量的损失。所以要提高室内部分的换热效率,究其根本是要消除中间环节。
对于室外部分,主要是冷源。目前的冷源主要有两种形式,机械冷源和自然冷源。机械冷源为消耗一定的能量为基础。而由于数据中心需要常年制冷的特性,就给其提供了利用自然冷源的可能性。要提高室外部分的节能效率,应根据数据中心的实际情况，最大限度的利用自然冷源，目前也出现了多种采用自然冷源的形式，如采用冷却塔供冷、氟泵空调、蒸发冷却和江水、湖水制冷等方式。
供配电系统的节能。关键是减少变压器、UPS等电力转换部件的损耗,提高其转换效率。在供电架构上,积极探索新型的供电模式,如高压直流技术、市电直供技术等。另一个比较大的耗能用户为照明,在数据中心中,照明能耗约占整体能耗的1%左右,也有不小的节能潜力。由于机房中,几乎没有外来人员,平时只有工作人员在机房内巡视工作,而且人员相对较少,没有人员的时候机房内的照明灯具可以完全关闭。我们可以根据数据中心的场景对照明进行智能控制设计。比如可以按照30%(节能)、50%(巡检)、100%(正常)三种模式开启。根据情境需要开启不同的模式,具体设计可根据业主的工作流程和项目的投资规模进行修正。
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