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新型算力网络体系推动算力“向西转移”
2022-04-11 11:04
  孙丽玫 孙立峰 陈鸣飞 姜宇光
  “东边挤破头,西边利用低”的供需矛盾,迫切呼唤对数据中心布局、算力网络能力做出调整和优化,并建设高质量的新型算力网络体系。
 
 
  近年来,数字经济的新引擎作用凸显。“十四五”时期,我国数字经济转向深化应用、规范发展、普惠共享的新阶段;数据对提高生产效率的乘数作用不断显现,信息通信技术与经济社会各领域深度融合。预计到2025年,我国数字经济核心产业增加值占GDP比重达到10%,数字化创新引领发展能力大幅提升,各行业数字化转型升级进度加快,数据资源的计算、存储和应用对算力资源需求量快速增长。根据研究,算力指数平均每提高1%,数字经济和GDP将分别增长3.3‰和1.8‰。可以说,数据中心及其承载的算力网络基础设施,是决胜数字经济时代的关键保障。
  当前,我国数据中心资源在全球位居第二。2020年底,我国在用数据中心机架总规模约达到400余万架(标准机架),近5年年均增速超过30%,随着数字经济的发展,数据中心需求量还将持续上升。受经济、政治、自然条件等多种因素影响,我国数据中心整体布局并不均衡,数据、算力聚集于经济发达地区,但这些地区电力成本高、能耗指标紧张,大规模发展数据中心局限性大、制约因素多;部分西部地区气候适宜,可再生能源丰富,但存在网络带宽小、跨省数据传输费用高、人才不足等瓶颈,造成西部数据中心利用率偏低,出现“东边挤破头,西边利用低”的境况,正是这种供需矛盾迫切需要对数据中心布局、算力网络能力做出调整和优化。
  为保障数字经济高质量发展,我国政府对数据中心及算力网络的发展做出了科学顶层规划,提出以“东数西算”为核心概念的多层次、一体化大数据中心全国布局,推动高质量的新型算力网络体系建设。

  为数字经济高质量发展赋能
  “东数西算”是把东部的数据传输到西部进行计算和处理,如同南水北调、西电东送。“东数西算”工程,将通过构建数据中心、云计算、网络、大数据一体化的新型算力网络体系,将东部算力需求有序引导到西部,进而优化数据中心建设布局,实现东西部协同联动,让西部的算力资源更充分地支撑东部数据的运算,为数字经济高质量发展赋能。
  2020-2022年,国家发展改革委等四部门联合发布的《关于加快全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见》、《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》(以下简称《实施方案》)等系列文件明确,构建全国一体化大数据中心协同创新体系,重点强调了算力体系的区域协同、低碳高效和数据流通等要求。
  《实施方案》提出,建设京津冀、长三角、粤港澳、成渝、贵州、内蒙古、甘肃、宁夏等8个全国一体化算力网络(以下简称“国家枢纽节点”),引导数据中心集约化、规模化、绿色化发展。京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝4个节点,服务于重大区域发展战略实施的需求,需进一步统筹好城市内部和周边区域的数据中心布局。贵州、内蒙古、甘肃、宁夏4个节点,将打造成面向全国的非实时性算力保障基地,积极承接全国范围的存储备份、离线分析、后台加工等非实时算力需求,并承担本地实时性算力处理任务。
  《实施方案》提出,国家枢纽节点之间进一步打通网络传输通道,加快实施“东数西算”工程,提升跨区域算力调度水平,推动数据中心与网络高效供给对接和协同发展,建设数据中心集群之间、以及集群和主要城市之间的高速数据传输网络、减少数据绕转时延。《实施方案》明确,国家枢纽节点集群数据中心端到端单向网络时延原则上在20ms范围内。
  国家发展改革委等部门在近期分别下发对8个国家枢纽节点启动建设的复函。复函均强调了数据中心电能利用效率指标PUE,要求西部枢纽节点内集群数据中心PUE小于1.2,东部节点集群PUE小于1.25,复函同时要求提升可再生能源使用率。

  区域协同联动
  构建多层次算力体系
  国家枢纽节点部署和“东数西算”工程的推进,将加强区域协同联动,推进热点区域与中西部地区、一线城市与周边地区的数据中心协调发展。
  从数据应用需求来看,约5%-10%的应用为10ms以内业务时延需求的低时延热数,这些应用应在本地或进场部署;约65%-70%为10-30ms时延需求的温业务,这些应用对时延相对敏感,可部署在区域或城市及其周边位置;约20%-30%是业务时延超过30ms的、对时延不敏感的冷数据,如AI训练、大数据分析等。对于高业务时延数据处理,可进行“东数西存”(热点区域数据计算、西部存储)、“东数西备”(热点区域数据计算、西部备份)、“东数西训”(东部算法仓库、西部离线大数据分析)等,将实时性要求不高的数据处理部署在西部节点,从而降低东部地区能耗压力,提升西部数据中心使用率。根据预计,“东数西算”工程推进后,到“十四五”末,东部数据中心总量占比由60%下降至50%左右,西部数据中心占比由10%上升至25%左右。
  另一方面,随着5G的更广泛接入,5G的部署给用户带来高带宽、低时延的业务体验,支持金融市场高频交易、虚拟现实/增强现实(VR/AR)、超高清视频、车联网、联网无人机、智慧电力、智能工厂、智能安防等业务需求的边缘数据中心,将在“十四五”期间有巨大发展。
  因此,我国算力体系将向东西协同、一线城市与周边城市协同、云数据中心与边缘数据中心协同的多层次布局发展。
  在这样的布局下,数据中心及算力提供方或运营方,应根据业务定位确定合理建设方向和节奏。对于大型数据中心建设方和云算力提供方,应优先考虑在国家枢纽节点数据中心集群内建设,享受枢纽节点数据中心集群相关优惠条件,如基础设施保障、能耗指标及其他政策,同时完善西部数据中心上下游产业链建设,包括数据中心基础设施、数据中心相关耗材、服务器/交换机等零配件等的产业链和供应链建设。对于已在非国家枢纽节点的各省数据中心建设方,应着力整合并充分利用现有数据中心资源,提升数据中心向高算力、高安全、高能效、高技术等方向提升,满足本地及周边地区数据处理需求。对于定位于低时延业务处理的算力提供方,应在数据源就近或进场部署边缘中心,采用预制化模块化的灵活部署模式满足边缘侧业务弹性需求。
 

  打造高速网络
  构建高效算力调度体系
  “东数西算”工程中,算力是中心,网络是根基,是连接用户、数据和算力的桥梁,算网一体化是重要环节。“东数西算”的落地,需要对我国现有通信网络架构和流量疏导路径优化,建设国家枢纽节点之间的定向高速互联网络,降低国家枢纽节点间网络时延,满足跨区域的数据交互,支撑高频实时交互业务需求。
  因此,在国家统筹下需加快打通东西部间数据直连通道,打造一批“东数西算”示范线路。优化通信网络结构,提升国家数据中心集群的网络节点等级,提高网络传输质量。
  随着8个国家枢纽节点的部署,需建设或优化国家枢纽节点集群之间、节点区域内集群和主要城市间的数据中心直连网络,对于长三角、成渝等节点部署了2个集群的枢纽节点,还将优化提升枢纽节点内多集群间的网络组织。对于甘肃枢纽节点庆阳、粤港澳节点韶关、长三角节点芜湖等城市,需提升其为网络骨干节点,进行基础网络升级扩容,如优化光缆网、丰富光缆网格路由,保障枢纽节点通信安全,缩短原有光缆路由距离。
  要实现跨网、跨地区、跨企业的算力高效调度,就需要高速、智能、感知、灵活、确定的智能网络支撑。因此,通信网络应加快向高速智能化发展,提升网络智能监控、智能运维水平,近期结合SRv6、智能运维技术,打造网络自动化、可视化、故障根因和隐患分析能力;远期结合AI预测、仿真和规划能力,向网络自决策、自闭环的自动驾驶方向演进。
  从网络质量管理方面,将尽快建立数据中心网络监测体系,推动数据中心与网络高效供给对接和协同发展。对网络传输质量如时延、可靠性等性能指标及时跟踪检测,实现“数网协同”“数网一体”。

  发展绿色低碳
  高效低成本的算力设施
  为获得便捷、低成本的算力服务,算力提供方在部署数据中心和算力基础设施时,应将算力设施与业务需求、能源供给、网络能力等联动,向绿色低碳方向发展,实现整体资源的最优化配比,降低算力使用成本。
  首先,从数据处理方面,引导和推动东部数据西部备份存储和处理,充分利用西部自然冷源利用时间长、电力成本低的优势,实现算力使用成本优化。例如,一个规模为3000机架的数据中心,如果部署在东部地区,每年的运行电费约2千万元,如果部署在电价便宜的西部地方,每年节约电费约30%以上(以现有的城市电力单价测算)。
  其次,对算力设施用能方面,需进一步扩大绿色低碳的新技术使用范围。IT设备能耗是算力设施能耗的最主要部分,在总耗电量中占比约70%(PUE为1.4时)。
  因此推广IT硬件和软件节能措施或技术,提升算力算效是实现数据中心碳中和的核心。除引入节能IT设备,如服务器电源转换效率提升、风扇节能优化和处理器动态睡眠等硬件节能技术以外,更需加快虚拟化、云计算、算力平台优化、算力调度等技术研究和应用,来提升算力算效水平。物理基础设施部分,则需推动模块化机房、高效制冷、高效供配电、AI智能运维等节能技术快速应用。
  另外,还应进一步提升数据中心使用绿色能源的比例。统计表明,数据中心行业可再生能源电力使用量低于社会平均水平。在政策推动下,很多数据中心都在积极探索部署绿电和储能系统,目前光伏发电系统应用最广泛。但因环境条件限制,利用园区地面或楼宇改造进行光伏发电真正并网量并不大,只能辅助解决数据中心少量用电,实践案例多是解决了园区的生活用电。
  为推动数据中心的绿色能源使用率,建议政府部门尽快完善可再生能源交易制度和政策法规,推动可再生能源在数据中心的交易和应用,如市场化采购可再生能源和清洁能源,购买可再生能源绿色电力证书等。目前,可再生能源使用成本相对较高,需要进一步推动可再生能源和清洁能源的供给、逐步降低可再生能源价格,在数据中心集群周边考虑部署可再生能源供电设施等,以提高可再生能源应用便利性。
  全国一体化大数据中心创新体系的建设和“东数西算”工程的推进,将推动我国新型算力网络体系的快速构建,促进算力网络资源区域联动、高速智能、绿色低碳,加快东西部数据流通、价值传递,全面支撑各行业数字化升级和产业数字化转型。同时,随着“东数西算”工程的落地和新型算力网络体系的构建,上下游产业也将得到高质量发展。
  作者简介
  孙丽玫、孙立峰、陈鸣飞、姜宇光,中国移动通信集团设计院有限公司。
  END
  来源:本刊原创文章
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