数据中心白皮书(2022年).pdf
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1、数据中心数据中心白皮书白皮书 中国信息通信研究院 中国信息通信研究院 2022022 2年年4 4月月 No.202206(2022 年)年)版权声明版权声明本白皮书版权属于中国信息通信研究院,并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本白皮书文字或者观点的,应注明“来源:中国信息通信研究院”。违反上述声明者,本院将追究其相关法律责任。本白皮书版权属于中国信息通信研究院,并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本白皮书文字或者观点的,应注明“来源:中国信息通信研究院”。违反上述声明者,本院将追究其相关法律责任。前前 言言 在数字经济时代,算力正在成为一种新的生产力,广泛融合到社会生产生活的各
2、个方面,为千行百业的数字化转型提供基础动力。数据中心是算力的物理承载,是数字化发展的关键基础设施。近年来,国家高度重视数据中心产业的发展,“十四五”规划和 2035 年远景目标纲要中明确提出要“加快构建全国一体化大数据中心体系,强化算力统筹智能调度,建设若干国家枢纽节点和大数据中心集群,建设 E 级和 10E 级超级计算中心”。工业和信息化部(以下简称“工信部”)、国家发展和改革委员会(以下简称“国家发改委”)等先后出台新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023 年)、全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案等重要政策文件,有效规范了我国数据中心产业发展。当前,我国数据中心产业正
3、由高速发展向高质量发展全面演进。布局方面,全国一体化大数据中心、新型数据中心等政策文件的出台及“东数西算”工程的实施,为数据中心协同、一体化发展指明了方向,推动全国数据中心产业布局不断优化。市场方面,多样化的算力需求不断涌现,为通用、智算、超算及边缘等不同类型和形态的数据中心发展提供了有效的市场牵引,推动我国数据中心市场规模持续增长。技术方面,储能、蓄冷、高密度、算力网络、智能运维、超融合架构等技术的创新,加速推动数据中心向大型化、智能化、绿色化方向发展。未来,我国数据中心市场仍将保持高速增长,产业布局及生态也将不断优化,可为用户提供泛在、智能、可 靠的算力资源。本白皮书基于全球视角和我国现状
4、,对数据中心产业总体及热点情况进行了梳理,从技术、政策等维度对我国数据中心产业发展进行了重点分析,并对我国数据中心发展进行了展望。目目 录录 一、产业持续稳定发展.1(一)规模方面,全球新增相对稳定,我国保持快速增长.1(二)收入方面,全球市场平稳增长,我国维持较高增速.3(三)需求方面,新兴市场需求强劲,我国应用场景多样.5(四)竞争方面,竞技舞台范围扩大,并购推动强者愈强.8(五)低碳方面,技术机制不断完善,节能实践快速推进.10(六)政策方面,我国央地协同联动,推动低碳高质发展.12 二、创新主导变革趋势.17(一)新能源技术应用更加深入,助力绿色低碳发展.18(二)运维智能化程度不断提
5、升,实现运维效率提升.19(三)预制模块化技术深度融合,项目建设周期缩短.23(四)液冷技术商用条件渐成熟,实践案例不断增多.24(五)高密服务器研发部署加快,单位面积算力提升.26(六)备份一体机市场快速增长,容灾备份能力增强.27(七)新存储访问协议不断演进,网络存储深度融合.29(八)泛在算力互联需求将增多,算力网络创新加速.30 三、我国数据中心发展趋势.31(一)布局逐步优化,协同一体趋势增强.32(二)创新驱动持续,技术水平不断提升.32(三)算网协同加快,泛在算力高质发展.33(四)赋能效应深化,数字转型支撑显著.34(五)低碳要求趋严,助力双碳目标实现.35 附录.36 图图
6、目目 录录 图 1 全球服务器年增加量.2 图 2 我国数据中心机架规模.3 图 3 全球数据中心市场规模.4 图 4 我国数据中心市场规模.5 图 5 不同场景下的异构算力需求.7 图 6 技术、管理及金融创新助力数据中心绿色低碳发展.10 图 7 谷歌数据中心以小时单位无碳能源全年使用情况示意图.11 图 8 绿色低碳数据中心优秀案例.12 图 9 数据中心绿色等级评估和数据中心低碳等级评估.16 图 10 某数据中心楼顶光伏板.19 图 11 数据中心运维发展历程.20 图 12 数据中心智能化运营等级评估.21 图 13 智能化运营数据中心优秀案例.22 图 14 模块化数据中心发展历
7、程.24 图 15 IT 设备浸没在冷却液中的示意图.24 图 16 2020年全球数据中心平均单机架功率情况.27 图 17 含备份一体机的备份系统整体架构.28 图 18 NVMe-oF 存储网络.29 图 19 NVMe-oF 支持多种传输层协议.30 图 20 数据中心算力网络发展趋势.31 图 21 中国算力大平台.34 表表 目目 录录 表 1 国家新型数据中心典型案例名单(2021 年)-大型数据中心.36 表 2 国家新型数据中心典型案例名单(2021 年)-边缘数据中心.38 数据中心白皮书(2022年)1 一、产业持续稳定发展 以数字技术为核心驱动的第四次工业革命正在给人类
8、生产生活带来深刻变革,数据中心作为承载各类数字技术应用的物理底座,其产业赋能价值正在逐步凸显。国际方面,世界主要国家均在积极引导数据中心产业发展,数据中心市场规模不断扩大,投资并购活跃,竞争日益激烈。国内方面,“新基建”的发展及“十四五”规划中数字中国建设目标的提出,为我国数字基础设施建设提供了重要指导,我国数据中心产业发展步入新阶段,数据中心规模稳步提升,低碳高质、协同发展的格局正在逐步形成。(一)规模方面,全球新增相对稳定,我国保持快速增长(一)规模方面,全球新增相对稳定,我国保持快速增长 全球数据中心新增相对稳定。按照全球服务器年增加量统计,2015 年-2021 年全球年新增投入使用服
9、务器规模相对稳定,净增加值也相对稳定,预计未来几年数据中心规模仍将保持平稳增长,具体见图 1。数据中心白皮书(2022年)2 来源:Gartner、中国信息通信研究院 图 1 全球服务器年增加量(兆瓦)我国数据中心机架规模持续稳步增长,大型以上数据中心规模增长迅速。近年来,我国数据中心机架规模稳步增长,按照标准机架 2.5kW统计,截止到 2021年年底,我国在用数据中心机架规模达到 520 万架,近五年年均复合增速超过 30%。其中,大型以上数据中心机架规模增长更为迅速,按照标准机架 2.5kW 统计,机架规模420万架,占比达到 80%。01000200030004000500060007
10、0002015201620172018201920202021亚太 北美 南美 东欧 西欧 中东&非洲 数据中心白皮书(2022年)3 来源:工信部信息通信发展司 图 2 我国数据中心机架规模(二)收入方面,全球市场平稳增长,我国维持较高增速(二)收入方面,全球市场平稳增长,我国维持较高增速 数据中心市场收入方面,2021 年全球数据中心市场规模超过679 亿美元1,较 2020 年增长 9.8%。预计 2022 年市场收入将达到746亿美元,增速总体保持平稳,具体见图 3。1 全球数据中心市场收入来自于数据中心服务商的收入统计,仅包括数据中心基础设施相关收入,不包括云服务等收入,主要为数据中
11、心产生的收入,企业自用数据中心不产生相关收入。数据中心白皮书(2022年)4 来源:中国信息通信研究院 图 3 全球数据中心市场规模 受新基建、数字化转型及数字中国远景目标等国家政策促进及企业降本增效需求的驱动,我国数据中心业务收入持续高速增长。2021 年,我国数据中心行业市场收入达到 1500 亿元左右2,近三年年均复合增长率达到 30.69%,随着我国各地区、各行业数字化转型的深入推进,我国数据中心市场收入将保持持续增长态势,具体见图 4。2 我国数据中心市场收入指数据中心基础设施相关业务收入,包括机柜租用、带宽租用、服务器代理运维等服务,不包含云计算业务收入,主要依据数据中心牌照企业的
12、收入数据统计计算。465.5 513.3 566.6 618.7 679.3 746.5 10.3%10.4%9.2%9.8%9.9%8.6%8.8%9.0%9.2%9.4%9.6%9.8%10.0%10.2%10.4%10.6%0.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.0201720182019202020212022E全球市场收入(亿美元)增速 数据中心白皮书(2022年)5 来源:中国信息通信研究院 图 4 我国数据中心市场规模(三)需求方面,新兴市场需求强劲,我国应用场景多样(三)需求方面,新兴市场需求强劲,我国应用场景多样 从全球范围来看,受
13、全球数字经济加速发展促进,印度、南非等新兴市场逐步加强对数据中心的政策支持和产业投入,成为拉动全球数据中心需求增长的重要增长极。2015 年启动的“数字印度”计划为印度的数字化发展提供持续助力,大数据中心建设是该计划的重要内容之一。2021 年南非通讯和数字科技部发布了国家数据和云政策草案,该草案对国家高性能计算和数据处理中心的建设作出了指引,高性能计算和数据处理中心主要由现有的 Sentech 和Broadband Infraco 两个数据中心合并而成,上述数据中心将为各级政府、企业及高校提供云服务。以政府力量为主导的数据中心建设,将为南非数字经济发展打下坚实基础。在市场方面,印度智能终端设
14、备及数字化消费场景日渐丰富,512.8 680.1 878.3 1167.5 1500.2 1900.7 32.6%29.1%32.9%28.5%26.7%0.0%5.0%10.0%15.0%20.0%25.0%30.0%35.0%0200400600800100012001400160018002000201720182019202020212022E市场收入(亿元)增长率 数据中心白皮书(2022年)6 数据算存需求激增,同时新冠疫情的加剧,使得更多线下业务活动转向线上,旺盛的数字技术应用及消费需求为印度数据中心产业发展提供了有利的外部环境。跨国企业对印度数字经济发展保持乐观态度,并通过数
15、据中心建设强化数字服务能力,2020 年亚马逊向印度特伦甘纳邦投入 28 亿美元用于在该邦建立新的服务区,这将是亚马逊在印度的第二个云计算区域,亚马逊对印度数据中心市场投入的持续增加,将使其更好地满足印度数据本地化政策。同时,2019年字节跳动宣布未来三年对印度市场投资 10 亿美元,其中数据中心的投资占比较大。与投资活跃的印度市场相比,跨国公司对南非市场的投入则尚处于起步阶段,2019 年微软率先宣布启用位于南非的数据中心,成为全球主要云服务商中率先入驻非洲的企业之一;2020 年亚马逊在南非的首个云数据中心正式启用,该数据中心为数百万客户提供便捷的云计算服务,随着南非数字经济发展进程的不断
16、加快,预期将会有更多的数据中心及云服务商进军南非市场。从我国范围看,高新技术、数字化转型及终端消费等多样化算力需求场景不断涌现,算力赋能效应凸显。在高新技术方面,高度复杂的计算场景需要更多高性能算力支持,而超算可通过高性能算力为医疗、航天及勘探领域提供支撑。当前,E 级超算已经成为世界各国在超算领域开展竞赛的重要方向,我国超算在算力、算效等方面仍有较大的提升空间。在产业数字化转型方面,互联网、通信及金融等现代服务业需面向大量终端客户提供服务,企业数字技术应用较为成熟,数字化程度高。随着十四五规划等政策的出台,以数据中心白皮书(2022年)7 及技术研发和业务应用的持续演进,我国传统工业企业,如
17、国家电网、南方电网、中石油、中石化等也开始积极推动算力基础设施建设,为企业数字化转型提供支撑。在移动消费及智能终端方面,近年来我国移动终端用户及智能终端设备数量快速增长,终端设备应用场景不断丰富,对实时算力的需求不断提升。来源:中国信息通信研究院 图 5 不同场景下的异构算力需求 在算力形态方面,我国数据中心形态多样化发展趋势逐渐显现,智算中心、边缘数据中心将保持高速增长。长期以来,我国数据中心主要以通用算力为主,超算、智算及边缘数据中心应用和数量还待增长。随着我国高性能计算、AI 计算及边缘计算需求的提升,超算、智算及边缘数据中心将得到进一步发展,算力呈现多样化的发展趋势。当前,通用算力的数
18、据中心仍是市场主力,按机架规模统计,占比超过 90%;超算中心主要应用于国家重大科研领域,商业应用场景较少;智算中心从早期实验探索逐步走向商业试点,尽管现有规模占比不高,但随着我国各类人工智能应用场景的丰富,智数据中心白皮书(2022年)8 算需求将快速增长,预期规模增速将达到 70%;边缘数据中心能够为智能终端、物联设备提供实时算力,随着我国数字化转型的加快,包括工业互联网的发展,边缘计算需求将进一步提升,边缘数据中心的规模增速有望达到 30%。应用场景的多元化对数据中心功能定位提出了新要求,数据中心已经不仅是承载云计算、大数据及人工智能等数字技术应用的物理底座,也正在成为一种提供泛在普惠算
19、力服务的基础设施,广泛参与到社会生产生活的各个领域并实现全面赋能。(四)竞争方面,竞技舞台范围扩大,并购推动强者愈强(四)竞争方面,竞技舞台范围扩大,并购推动强者愈强 为丰富业务来源,头部数据中心运营商积极拓展本土外市场,扩 张 产 业 版 图。中 国 电 信、中 国移 动、CenturyLink 和 NTT Communications 等为代表的基础电信运营商,及 Equinix、Digital Reality Trust、万国数据等为代表的第三方数据中心运营商,依靠建设起步早的先发优势已在本土持有大规模数据中心资源。在不断发展历程中,基础电信运营商和第三方数据中心运营商依靠资源、资金及技
20、术研发优势,通过培育自主品牌、拓宽国际营销渠道和提供全方位配套的数据中心服务在全球范围内加速数据中心布局。如全球领先的数据中心运营商 Equinix在新加坡、香港、东京、悉尼、雅加达等地均有数据中心布局;万国数据 2021 年初步形成东南亚市场布局,将在马来西亚、印度尼西亚投建超大规模数据中心园区;中国移动国际有限公司(CMI)在 2021 年投入使用位于德国法兰克福数据中心白皮书(2022年)9 的数据中心。随着越来越多的巨头企业不局限于本土市场,积极扩张数据中心产业版图,全球数据中心竞技舞台将进一步扩大,“出海”企业需加强技术研发和资源获取,以保障更大的竞争突围优势。数据中心行业迎来并购潮
21、,大额交易频现,市场格局或将呈现强者愈强态势。在全球推行低碳节能战略背景下,发达城市及周边区域的资源越来越难获取,同时由于新建数据中心项目往往需要 1-2 年建设周期,融资便捷、资金充足、组织灵活的数据中心市场主体多采取并购方式“购买”数据中心资源或项目,以此扩大业务规模。以我国情况为例,目前行业内以两类并购方式为主。第一类是资源类收购,该类收购对象多为获批的能耗额度、土地使用权、厂房建筑等,目的是填补企业自身在某些区域的数据中心供给不足,以及储备优质地段的稀缺资源。第二类是直接收购成熟的数据中心项目,该类收购通常是瞄准被收购数据中心的盈利能力,或是跨界新进入数据中心行业的企业意图加快布局、减
22、少建设周期、降低转型难度。2021 年,Equinix 花费 3.2 亿美元收购尼日利亚数据中心和连接服务提供商 MainOne 填补非洲市场空白;宝能创展以 16.5 亿元收购鹏博士旗下 5 个数据中心共计 9 个机楼,加速进军数据中心市场。并购方式下,企业可迅速获得稀缺资源、提高市场占有率和行业地位,甚至加快进军原本未涉及的空白市场,基础资源的扩展将有效促进企业营收增长,在积累资金后继续加快并购获取更多资源,以实现强者愈强。数据中心白皮书(2022年)10(五)低碳方面,技术机制不断完善,节能实践快速推进(五)低碳方面,技术机制不断完善,节能实践快速推进 数据中心创新技术加速涌现,管理与金
23、融体系持续完善,为数据中心绿色低碳发展提供了有效助力。在技术创新方面,液冷、蓄冷、高压直流、余热利用、蓄能电站等技术的应用,以及太阳能、风能等可再生能源利用,能够进一步降低数据中心能耗及碳排放。在管理与金融方面,业界领先的数据中心通过建立绿色数据中心管理制度及内部碳定价制度促进数据中心绿色转型;绿电证书及绿电交易市场机制的建立和完善,可以有效激发数据中心使用绿色能源,降低碳排放的积极性。来源:中国信息通信研究院 图 6 技术、管理及金融创新助力数据中心绿色低碳发展 国际互联网巨头积极推动绿色能源使用,促进数据中心节能减排。谷歌、苹果和脸书积极公布可再生能源使用进展,并分别于2017 年、201
24、8 年及 2020 年实现运营体系 100%可再生能源使用。微软和亚马逊计划于 2025 年实现 100%可再生能源使用目标。为了更数据中心白皮书(2022年)11 好地推进数据中心节能减排,谷歌在 2020 年 9 月提出,到 2030 年在全球范围内所有数据中心实现以小时为单位的实时可再生能源供电,也即 24/7 零碳运营管理计划。微软通过优化数据中心备用电力系统,包括储能电池及低碳燃料(氢燃料)等形式促进数据中心降碳,2020 年微软已经成功完成了对氢燃料电池的测试,这将为消除对柴油发电机备用电源的依赖及实现碳减排奠定坚实基础。来源:Google.247-carbon-free-ener
25、gy.2020 图 7 谷歌数据中心以小时单位无碳能源全年使用情况示意图 我国头部互联网企业及第三方服务商也在积极开展节能减排技术实践,建设运营数据中心的绿色低碳水平达到全球领先。百度云计算(阳泉)中心应用市电直供+HVDC、自研“零功耗”臵顶冷却单元及 AI 调优技术,年均 PUE 达到 1.08;秦淮数据环首都数据中心利用模块化、绿电交易及资源回收等技术,年均 PUE 达到 1.15,可再生能源利用率达到了 100%;中金数据昆山一号数据中心采用节能技术、清洁能源采购等方式,实现碳中和目标,数据中心碳使用率(CUE)为 0.49。数据中心白皮书(2022年)12 来源:开放数据中心委员会
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