观全球，数据中心行业趋势——国外数据中心发展的观察与分析
原创 高昆 UPS应用 2023-02-21 07:30 发表于北京
2022年全球在动荡中渡过,作为驱动全球数字经济前行的数据中心行业,也遭遇了疫情、中断、高温和火灾的影响,这也更让数据中心从业者格外警惕,愈发小心谨慎,不断总结和吸取教训经验继续前行。
扩张和发展是行业的主旋律,随着全球数字经济的发展,云计算大厂和服务企业的数据中心***仍在不断规划和建设数据中心,满足今后业务长远的发展。与此同时,数据中心行业作为支持全社会数字转型的基础设施,也充分利用如人工智能等技术为行业赋能,在加大量子计算、氢能等技术探索和应用的同时,也在可持续发展的道路上为其他行业做了表率。
本文仅以国外数据中心行业的发展动态和趋势为轴,做个粗浅的盘点和分析,希望能对国内数据中心同行有启发。数据中心行业的范围不仅包括Equinix,Digital Realty和NTT等***,还包括亚马逊网络服务(AWS)、微软、谷歌、Meta(前身为Facebook)等互联网公有云大厂,他们在租用数据中心的同时,也规划和建设超大规模数据中心园区,成为全球数据中心行业发展的重要风向标。
一、人工智能（AI）引领数据中心发展方向
不论是VR、AR为代表元宇宙应用,还是自动驾驶、智能家居,还是商业用的RPA客服,都要人工智能及背后的云计算、存储和网络等基础设施支撑,进而要求IT架构的硬件如GPU、TPU和DPU等匹配,支持传统应用的服务器面临更新换代。英特尔、AMD和英伟达(Nvidia)都提前布局,AWS也推出了Gravition自研芯片,为加入人工智能芯片的竞争做足了准备。事实上,芯片才是整个数据中心最耗能的部分,提高芯片效能,利用人工智能的分支机器学习来降低计算机芯片的耗能非常有意义。
高性能芯片对机柜电力提出更高的需求,不论是使用液冷还是风冷,亦或新型**方式,是走到人工智能广泛应用赛道的数据中心***和客户都必须要直面和解决的问题。Meta在**计算平台(OCP)峰会上展示的支持人工智能硬件平台OpenRackV3集成机柜,单机架的功率达到30kW并支持液冷,详见图1。
Meta停止了传统数据中心的建设进展,把数据中心作为支撑人工智能应用基础设施的角度进行重新设计和规划。2022年3月宣布在德克萨斯州的Temple数据中心投资8亿美元,建设面积近9万平米、员工100人、电力总容量约为100MW且100%使用可再生能源的数据中心园区,2022年12月该在建项目暂停,估计是要面向支持AI模型(针对)的科研新型超级计算机RSC(Research Super Cluster,主要用来训练自然语言处理NLP和计算机视觉)进行调整,RSC投入运行后将成为全球最快的人工智能**之一。2022年Meta部署的RSC**在计算节点配备了760套英伟达DGXA100**,在500多个机柜中安装了6,080多颗GPU。2023年RSC升级后将在1,200机柜中部署16,000颗GPU,AI训练性能提高至少2.5倍。
RSC**大部分设备采用风冷+冷板液冷方式(空气辅助液体**AALC)进行散热,其中InfiniBand网络部分采用液冷冷板方式散热。Meta和微软一直合作开发可支持高达40kW功率的AALC模型,解决AI设备功率增加带来的热负荷散热问题。
特斯拉也不甘落后,2022年10月份展示的神经网络E级超级计算机“Dojo”单机柜功率约200kW的,这对支撑的基础设施都提出了更高的挑战。
在支撑人工智能应用的同时,数据中心自身也是人工智能的应用领域。谷歌利用机器学习对收集数据中心的大量相关信息进行处理,将超大规模数据中心的PUE从1.21降低至1.12,其中人工智能发挥了重要作用。利用人工智能算法,对机房温湿度、气流组织、冷冻泵、**塔等**,针对不同室外温湿度进行调整和逻辑切换,最大程度利用自然冷源,并不断完善模型和持续寻优。
NTT在一个数据中心内部署了躯干轮式机器人用于执行自动巡检任务,可以检查机房内的温、湿度、气味外,利用热成像仪和声音判别,为今后实现自动化运维提供了一个很好的参考路径,目前已商业化推广,今后会见到越来越多的机器人在数据中心参与巡检等日常运维工作,详见图2。
老办法解决不了新问题,如何挑战支持和应用人工智能都是数据中心行业共同面临的机遇和挑战。
二、中断，永不中断
Uptime发布2022年度数据中心中断(Outage)分析报告指出,80%参与调查者表示过去3年曾遭遇过中断。过去的一年全球也发生了几次大的中断,影响面越来越大,带来的损失也越来越大。
去年1月,英国一座数据中心发生了中断,导致金属交易所中断了4个小时。去年夏季,英国经历了创纪录的高温热浪,谷歌云在伦敦的数据中心的多个冗余****同时发生故障,**关闭了一部分云计算业务。
10月SK在首尔的一个数据中心发生火灾后停电,严重影响了大众通讯软件Kakao Talk，导致大部分韩国人受到影响，事后调查表明是由SKOn制造的锂离子电池引起的，与2021年3月位于法国OVH cloud在斯特拉斯堡的SBG2火灾不同，那次火灾的可能来自铅酸电池架和变频器。
Twitter经历了两次大的中断,特别是2022年12月28日,埃隆•马斯克(ElonMusk)亲自监督服务器更新时遭遇了7小时的中断。
近期美国联邦航空管理局(FAA)的飞行任务通知**(NOTAM)发生故障,影响了几千架飞机的正常起降。
中断总是不断在发生,影响面也越来越广,事后回顾又多数可以采取措施避免,如何避免中断的发生,如何把中断的影响降到最低,将是数据中心***和科技巨头需要长期协作解决的问题,业务连续性管理(BCM)指导组织在业务中断后应对、恢复、继续和还原到预定的运营水平,今后将受到更多行业和客户的关注。
三、可持续发展之路
目前各大互联网、云计算巨头对碳中和都已做出承诺,年度ESG(环境、社会和治理)的信息披露要求也促使他们通过与可再生能源公司合作签订能源购买协议(PPA),获得集中式风电、光伏的电力容量或取得清洁能源证书。
Equinix承诺在2030年前实现全球气候中和(指组织的活动对气候**没有产生净影响),公司与法国核电公司Neoen,就在芬兰采购绿电签订了10年的合同,Equinix将获得芬兰某风电场60%的发电量和原产地证明。这个合同也是两家公司合作的第三个项目。
亚马逊已对全球70多个新的可再生能源项目进行投资,公司目标是到2025年在其整个业务中实现100%的可再生能源。
微软可持续发展目标是到2030年,在全球范围内将100%的电力消耗与可再生能源采购相匹配,并承诺到2030年摆脱备用发电机对柴油的依赖,2022年8月微软展示了一个由氢驱动的3MW发电**,这是向数据中心零碳后备电源迈出的又一步。
谷歌在美国俄勒冈州Dalles市数据中心的用水量,在2021年占全市用水量的四分之一,该市地处干旱地区,谷歌承诺将投入3000万美元用以升级该市的供水设施,这让人们都更加关注数据中心用电、用水的影响。
在北欧地区,数据中心余热回收为社区供热已经普及化,这也让液冷成为该地区数据中心的优选项,一座大型数据中心相当于近万个家庭的用电,而其中大部分电能都转换为热能,余热回收今后将在更多北方地方应用和普及。
今后超大规模数据中心或园区采用100%可再生能源已经成为基本的要求,欧洲和美国也开始陆续推出法规,**措施督促数据中心和云计算巨头们把对可持续发展的承诺真正落实到位,避免漂绿(虚假宣传而未能真正落实)的发生。
四、液冷、边缘计算和量子计算
根据B** Research《数据中心**市场》的最新研究数据显示,2021年全球数据中心**市场约178.2亿美元,预计到2027年将激增至445.2亿美元,IT和电信领域将引领数据中心制冷市场发展,通讯基站和边缘计算的快速增长是主要的一个原因。
液冷不一定要全浸没,会有更多设备通过灵活多样的形式进行散热,在边缘数据中心场景中,如基站和其他恶劣环境,工作负载可通过使用的是环保型电介质液体进行散热。而浸没式硬盘存储凭借高能效、静音和热插拔也有一席之地,详见图3。
边缘数据中心与传统的数据中心不同的,通常被安置在边缘侧更小的结构中,可以放在室外更靠近应用场景,也可靠近通信设施如基站,通常依靠移动设备与基站连接,依靠基站把数据回传到云端,也可通过光缆与外部连接。最常见的边缘数据中心是安装在集装箱中的几个机架组成,或者是安装在一定防护等级的封闭式机柜内。据Dell'OroGroup预计,到2026年全球边缘数据中心市场将达到140亿美元,随着5G的普及,边缘计算将有更丰富和广泛的应用场景。
已经上市的三家量子计算公司虽然对盈利信心满满,在亏损持续增大的情况下也必须学会精打细算。量子计算公司Oxford Quantum Circuits(OQC)将在位于英国一座数据中心向客户提供量子计算服务,为今后普及开了先例。量子计算的厂商IonQ的Aria可通过微软公有云Azure的量子平台使用,相关机型更可通过公有云方式访问,量子计算今后将成为可以通过云计算方式访问的一种信息基础设施走向广泛的商业应用,详见图4。
总之,边缘计算和量子计算都是人们关注的热点,如何布局和提升边缘数据中心的运营能力,如何为量子计算提供所需的基础设施,也是数据中心***需要从技术、运营和经济层面需要提前讨论和规划的方向。
五、全球布局中的热点区域
亚马逊、微软、谷歌、Meta的巨头和Equinix等数据中心***在北美、欧洲平稳布局的同时,也都格外关注亚太和非洲都市场,其中印度尼西亚、马来西亚和印度凭借人口众多4G、5G的发展及良好的市场潜力,已经成了抢占亚洲市场的必争之地。欧洲的西班牙马德里备受青睐,而南非、智利、秘鲁良好的发展前景也吸引了各大互联网巨头和Equinix的注意力。
图5是收集到各互联网巨头和以Equinix为代表的数据中心***，2022年亚太、非洲、南美洲等地区规划和新建数据中心的示意图(北美不包含在内)。
Equinix在亚洲非常活跃,在日本、印度、印度尼西亚、马来西亚和澳大利亚新建数据中心的同时，不断建设新的IBX(国际业务交换中心)，利用全球性网络为客户提供网络连接服务的同时，也提高了竞争门槛。
印度是世界上最大的数据使用国之一,因为印度拥有近5亿智能手机用户。此外,5G连接、云计算是推动印度数据中心市场发展的主要因素。Equinix最近的一份声明中称,该公司在印度数据中心市场的增长率大大超过了全球平均水平,预计到2027年印度数据中心市场将达到到100.9亿美元。JLL(仲量联行)预计印度数据中心在2022-2024期间年增长率高达34%。近几年印度公有云市场快速增长,预计2025年将达到108亿美元规模,微软去年在印度启动第4个数据中心。
美国以外的东南亚、印度、南美和非洲都有很好的发展空间,西班牙成为欧洲的热土,海缆已经成为连接各大洲和不同国家重要网络基础设施。从经济体量、增长速度、人口数量和网络发展水平看,东南亚和印度的潜力巨大,将成为今后数据中心***和互联网巨头布局和竞争的主战场。
六、人才和人文
2022年下半年开始,以AWS、谷歌、Meta和Twitter为代表的科技巨头纷纷宣布裁员计划,其中Meta将有近11000名员工失去工作,而Twitter在被收购后,解雇一半多员工。
而面临各种压力,数据中心从业人员仍然需要更多有经验的专业人员,不仅仅是暖通和配电的专业人员,今后懂基础设施运维并需要有软件开发能力的人员将成为抢手的人才。目前数据中心基础设施人员年龄偏大,学习和利用IT等能力偏弱,这加剧了今后结构性人才短缺的隐患。今后加大技能培训的同时,学习利用云计算、大数据和人工智能来提升数据中心的运维水平将是所有从业人员都需要提升的方向。
欧洲和美国等地的居民和社团组织对身边的数据中心也越来越敏感,对数据中心用水对社区和城市的影响,促使数据中心***对生物多样性及环保等方面加大投入和赞助,通过各种方式赢得民众的好感和体现社会自然责任感。靠近社区的数据中心建筑业开始注重人文效果。
北弗吉尼亚州的居民经常抱怨位于劳登县主要道路两旁的数据中心的外观过于沉闷无趣，Equinix在外墙增加了LED希望照明，晚上对建筑外立面投射不同颜色的灯光，对应不同的假期、纪念节日或季节，红白蓝色对应7月6日美国**日的颜色。
为了节省土地,海洋与河流是人们一直在寻找的数据中心场地,法国初创公司Denv-R计划建设一个由再生钢制成类似双体船的漂浮式数据中心,适合部署在城市河流上,使用被动循环水而不需要泵送**水。还装有太阳能电池板和风力涡轮机,设施规划电力容量为200kW。
今后数据中心的同行们会采取更多类似的方式,改善人们对数据中心建筑乃至行业的印象——我们本来就是一群有趣的科技人。
作者简介
高昆,多年数据中心行业从业经验,参与过多个数据中心项目,参与过多个团体、地方标准的编写。认证数据中心风险管理专家,迁移专家,环境可持续专家。我国数据中心设计师技术组成员,我国计算机用户协会数据中心分会专家委员,Deep Knowledge联合创始成员。
来源：《数据中心建设+》**
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