2020年3月4日中共中央政治局常務委員會召開會議,研究當前新冠肺炎疫情防控和穩定經濟社會運行重點工作時,明確指出要加大公共衛生服務、應急物資保障領域投入,加快5G網絡、數據中心等新型基礎設施建設進度。這其實也不是今年國家第一次強調加強新基建的建設。2月14日,中央全面深化改革委員會第十二次會議,提出基礎設施是經濟社會發展的重要支撐。2月21日,中央政治局會議提出推動生物醫藥、5G網絡、工業互聯網等的加快發展。2月23日,中央召開工作部署會議指出智能制造、醫療健康等新興產業展現出強大成長潛力。如此密集的強調“新基建”可以看出國家對其的重視。本文基于這些影響,就其給數據中心帶來的機會、建設方式和技術發展進行闡述和分析。
新基建為數據中心帶來的機會
1、什么是新基建
事實上,“新基建”并不是一個新概念,目前還沒有統一的定義,但其所指是明確的。2018年底召開的中央經濟工作會議以不完全列舉的形式,將5G、人工智能、工業互聯網、物聯網列為新型基礎設施,提出加快5G商用步伐,加強人工智能、工業互聯網、物聯網等建設。由此可見，與傳統基建(主要指鐵路、公路、橋梁、水利工程等)不同，新基建具有鮮明的科技特征和科技導向，以現代科技特別是信息科技為支撐，旨在構建數字經濟時代的關鍵基礎設施，推動實現經濟社會數字化轉型。
根據中央一系列重要會議和文獻的相關表述,結合當前中國科技和經濟社會發展狀況,業內人士和媒體機構將新基建涉及的主要領域歸納為7個方面,即:5G基站、特高壓、工業互聯網、城際高速鐵路、城際軌道交通、新能源車充電樁、人工智能以及大數據中心。
2、新基建的相互關聯
基于前面分析,筆者認為新基建定義的七大領域中,有三個與數據中心有著非常密切的關系,分別是5G、工業互聯網、人工智能。也不是說其它新基建的領域與數據中心沒有關系,而是這三個方向關系更為密切。下面分別進行分析。
百度百科定義的“工業互聯網”(Industrial Internet)——開放、全球化的網絡,將人、數據和機器連接起來,屬于泛互聯網的目錄分類。它是全球工業系統與高級計算、分析、傳感技術及互聯網的高度融合?！ ?br/> 工業互聯網的本質和核心是通過工業互聯網平臺把設備、生產線、工廠、供應商、產品和客戶緊密地連接融合起來?？梢詭椭圃鞓I拉長產業鏈,形成跨設備、跨系統、跨廠區、跨地區的互聯互通,從而提高效率,推動整個制造服務體系智能化,還有利于推動制造業融通發展,實現制造業和服務業之間的跨越發展,使工業經濟各種要素資源能夠高效共享。
首先通過物聯網將收集設備和用戶的數據,通過海量的數據進行大數據分析進行智能的決策,最終通過傳感器、嵌入式軟件、執行機構進行最終的執行。其實基于物聯網技術的智能工廠,核心是數據的計算和傳輸?？梢姅祿行氖枪I互聯網的基礎?！ ?br/> 人工智能(Artificial Intelligence)縮寫為AI。它是研究、開發并用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。圖3為典型的人工智能的技術架構圖,可以看出其最底層的基礎也為數據?？梢姅祿行囊彩侨斯ぶ悄艿幕A設施。
第五代移動通信技術(5th generationmo bilenet works或5th generation wireless systems、5th-Generation,簡稱5G或5G技術)是最新一代蜂窩移動通信技術,即4G(LTE-A、WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)系統之后的延伸。
5G的性能目標是高數據速率、減少延遲、節省能源、降低成本、提高系統容量和大規模設備連接?！ ?br/> 可以看出5G是當之無愧的數字經濟基礎設施,其高可靠性、超低時延性、廣泛覆蓋性和大連接性的特性與互聯網應用相結合,為智慧城市、工業物聯網、車聯網、人工智能等領域的發展提供新機遇?？梢愿爬?5G是數據中心、人工智能、工業互聯網的高速傳輸通道。四者相互依存,相互促進。其邏輯關系如圖5所示。
數據中心建設方式的探討
基于上面的分析,筆者認為隨著5G、人工智能、工業互聯網的發展,會有一大批基于這些新技術的新應用,諸如自動駕駛、智能家居、智能語音交互、無人機、智能醫療影像、智能工業機器人等應用。這些應用具有一個共同的特點:對系統的時延要求較高。比如無人駕駛對時延的要求為毫秒級,這就會催生大批量的靠近應用側的數據中心,即邊緣數據中心。而與此同時,需要處理大量數據的云計算中心依然會存在,所以未來數據中心建設的發展會向兩個方向發展:一個是以云計算平臺界定的超大規模云數據中心,一個則是邊緣數據中心?！ ?br/> 具體到邊緣計算數據中心,其需求是小型化。筆者認為今后的發展方向是產品化,一個集裝箱、一個機柜或一個微模塊就可以成為邊緣數據中心,這里不做過多的對于邊緣數據中心的討論。本文主要討論大中型數據中心的建設方式。從行業發展來看,越來越多的業主所建設的大中型數據中心,越來越傾向于EPC總承包的模式。圖6為某研究機構對數據中心EPC總承包項目做的統計。從圖中可以看出1000個機柜以上大中型數據中心項目在EPC總包項目占比較高,超過55%,中項目100～500個機柜占比也較高,而小于100個機柜的項目調查占比不超過10%?？梢钥闯龃笾行蛿祿行?業主比較傾向于EPC模式。而且隨著市場的發展,EPC模式也越來越受到歡迎。
1EPC建設模式的優勢
EPC(Engineering Procurement Construction)是指公司受業主委托,按照合同約定對工程建設項目的設計、采購、施工、試運行等實行全過程或若干階段的承包。通常公司在總價合同條件下,對其所承包工程的質量、安全、費用和進度進行負責?！ ?br/> 在EPC模式中,Engineering不僅包括具體的設計工作,而且可能包括整個建設工程內容的總體策劃以及整個建設工程實施組織管理的策劃和具體工作。相對于傳統的設計與施工分離的建設模式,EPC有較多的優點,是在國外比較流行的建設模式。其優點概括起來可以分為以下幾個方面:
?、貳PC總承包商實現設計、施工一體化,有利于整個項目的統籌規劃和協同運作,可以有效解決設計與施工的銜接問題、減少采購與施工的中間環節,順利解決施工方案中的實用性、技術性、安全性之間的矛盾;
?、诠ぷ鞣秶拓熑谓缦耷逦?建設期間的責任和風險可以最大程度地轉移到總承包商;
?、酆贤們r和工期固定,業主的投資和工程建設期相對明確,利于費用和進度控制;
?、苣軌蜃畲笙薅鹊匕l揮工程項目管理各方的優勢,實現工程項目管理的各項目標;
⑤可以將業主從具體事務中解放出來,關注影響項目的重大因素上,確保項目管理的大方向。
2國家相關政策導向
基于上面的分析,EPC的眾多優點,將會是今后數據中心建設的主要方式,從國家政策上也給予了明確的方向?！ ?br/> 2017年2月24日,國務院辦公廳發布國辦發〔2017〕19號文《國務院辦公廳關于促進建筑業持續健康發展的意見》,要求完善工程建設組織模式,加快推行工程總承包;培育全過程工程咨詢。該文可以看出國家對推進工程總承包的決心,隨后各省市自治區針對發布相應的通知政策。
2019年12月23日,住房和城鄉建設部國家發展改革委關于印發房屋建筑和市政基礎設施項目工程總承包管理辦法的通知:鼓勵設計單位申請取得施工資質,已取得工程設計綜合資質、行業甲級資質、建筑工程專業甲級資質的單位可以直接申請相應類別施工總承包一級資質。鼓勵施工單位申請取得工程設計資質,具有一級及以上施工總承包資質的單位可以直接申請相應類別的工程設計甲級資質。完成的相應規模工程總承包業績可以作為設計、施工業績申報。進入2020年后,各省市發布通知:建設單位可聘本科學歷技術人員任內部工程師,替代監理,北京、上海、廣州、成都、天津、廈門已相繼發文,部分工程項目不再強制要求進行工程監理?！ ?br/> 從以上可以看出不管是從國務院辦公廳發布的指導性政策,還是去年住建部發布的對建設資質發布的具體的鼓勵設計單位取得施工資質,并鼓勵施工單位取得設計資質,并且今年各地市紛紛嘗試取消強制進行工程監理,可以看出從國家層面也是大力支持總承包工作?！ ?br/> 從以上分析可以預見,以后大中型數據中心項目將會越來越多的采用EPC總承包建設模式?！ ?br/>數據中心新技術發展的思考
1標準化
標準化是指在經濟、技術、科學和管理等社會實踐中,對重復性的事物和概念,通過制訂、發布和實施標準達到統一,以獲得最佳秩序和社會效益。對數據中心的設計建設也是如此,數據中心的標準化設計和建設,能夠降低建設成本,提高建設效率,并且通過相互獨立的模塊化設計,進一步促進數據中心的可靠性。從數據中心的發展進程來看,也是不斷向標準化,模塊化發展。我們知道,數據中心的核心是機柜,一般標準機柜的尺寸為600×1200×2000mm(寬×深×高),故數據中心的各種設備和材料都是以此為基礎,從目前的數據中心來看,從裝修的墻面、地板、吊頂、燈具到主要的設備,UPS、精密空調、配電柜等包括現在業界比較流行的微模塊機房,都是朝著為600mm的模數的方向發展。數據中心的發展歷程也是不斷標準化和模塊化的歷程。
從微觀到宏觀,標準化設計建設的趨勢貫穿數據中心的整個過程。包括機柜、機房、樓層、建筑和園區級別?！ ?br/>2智能化
筆者認為數據中心的智能化分兩個層次的內容,一方面為數據中心建設方面的智能化,另一方面為數據中心在運維方面的智能化。
BIM技術在建筑行業應用也越來越廣。數據中心作為一種特殊的建筑,BIM技術也將得到越來越多的應用。BIM即建筑信息模型(Building Information Modeling),是建筑學、工程學及土木工程的新工具。該技術是Autodesk公司在2002年率先提出,已經在全球范圍內得到業界的廣泛認可,它可以幫助實現建筑信息的集成,從建筑的設計、施工、運行直至建筑全壽命周期的終結,各種信息始終整合于一個三維模型信息數據庫中,設計團隊、施工單位、設施運營部門和業主等各方人員可以基于BIM進行協同工作,有效提高工作效率、節省資源、降低成本、以實現可持續發展?！ ?br/>智能化運維是數據中心未來發展的關鍵點之一,可以有效地提高運維效率降低運營成本。其將人員從數據中心繁瑣的各類維護工作中解脫出來,使得他們能夠有更多的時間去思考,如何把數據中心技術和企業的業務應用更好結合起來。智能化還可大大降低數據中心的人力成本,同時減少人為故障,提升數據中心的運行可靠性,要知道數據中心發生的故障中大多數是人為故障,減少人的參與反而會提升數據中心運行的可靠性。
3綠色節能
數據中心的IT設備為最大的能源消耗,但該部分能源的消耗取決于各種IT設備,如服務器、網絡、存儲等本身的功耗,IT設備運行起來,其功率就恒定,我們無法改變,節能潛力不大。數據中心內暖通空調系統的能耗占數據中心總能耗的37%以上,該部分為數據中心節能的最大潛力部分。
供電系統的能耗約占數據中心總能耗的10%,供電系統的能耗的最大一部分為變壓器、UPS等供配電系統的轉換上。其次的能源消耗主要是機房的照明上。我們要進行節能設計,應當在此兩部分做出努力?！ ?br/> 數據中心制冷系統究其原理,其散熱可以分解為兩部分。一部分為室內部分,通過風、水或者制冷劑負責室內的熱量吸收。另一部分為室外部分,即冷源部分負責將室內吸收的熱量傳至室外。室內部分發熱的根源為芯片,傳統的散熱方式為,芯片的熱量通過熱管傳遞至服務器,服務器通過風扇將熱量傳遞至機柜內或房間內,最后再由房間級空調、背板空調或行級空調帶出室外。可以看出從發熱根源到排至室外,要經過多次的熱交換,每一次熱量交換都會造成能量的損失。所以要提高室內部分的換熱效率,究其根本是要消除中間環節?！ ?br/> 對于室外部分,主要是冷源。目前的冷源主要有兩種形式,機械冷源和自然冷源。機械冷源為消耗一定的能量為基礎。而由于數據中心需要常年制冷的特性,就給其提供了利用自然冷源的可能性。要提高室外部分的節能效率,應根據數據中心的實際情況，最大限度的利用自然冷源，目前也出現了多種采用自然冷源的形式，如采用冷卻塔供冷、氟泵空調、蒸發冷卻和江水、湖水制冷等方式。
供配電系統的節能。關鍵是減少變壓器、UPS等電力轉換部件的損耗,提高其轉換效率。在供電架構上,積極探索新型的供電模式,如高壓直流技術、市電直供技術等。另一個比較大的耗能用戶為照明,在數據中心中,照明能耗約占整體能耗的1%左右,也有不小的節能潛力。由于機房中,幾乎沒有外來人員,平時只有工作人員在機房內巡視工作,而且人員相對較少,沒有人員的時候機房內的照明燈具可以完全關閉。我們可以根據數據中心的場景對照明進行智能控制設計。比如可以按照30%(節能)、50%(巡檢)、100%(正常)三種模式開啟。根據情境需要開啟不同的模式,具體設計可根據業主的工作流程和項目的投資規模進行修正。
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