新冠肺炎疫情的发生，让在家自我隔离的中国老百姓真切地体会到了“新基建”对日常生活和工作的重要性。2020年3月，中共中央政治局常务委员会提出了“加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度”的要求。数据中心首次被明确纳入到了新型基础设施的概念中，受到了社会各界的高度重视。但数据中心作为新型基础设施中的基础设施，其建设一直被能耗过大等环境议题所困扰，秉持绿色化发展原则已经成为了全社会的共识。因此，要想落实党中央的要求，真正加快数据中心建设进度，必须要明确未来数据中心如何实现绿色化发展的方向。要破解未来数据中心绿色化发展的方向问题，首先要搞清楚绿色数据中心的概念，但绿色数据中心在当前并没有一个准确的权威定义，只能通过了解绿色数据中心的评价指标来理解这一概念。而国内对绿色数据中心的评价方法很多，各有特点，各级政府和技术团体也一直在探索的进程中。在政策层面，2014年北京市率先出台了地方标准DB11/T 1139-2014《数据中心能效分级》，之后一直在逐步推进北京市的绿色数据中心评价工作；2015年，工业和信息化部、国家机关事务管理局、国家能源局三部门发布了《国家绿色数据中心试点工作方案》，其主要评价指标包括能效水平、碳排放、水资源、有害物控制、废弃电器电子产品处置、管理体系等方面，对绿色数据中心要求使用绿色能源、实现绿色采购、保证绿色运营、确保绿色处置。在技术层面，2014年开放数据中心委员会（ODCC）和国际绿色网格组织（TGGC）在国内联合开展了对数据中心的绿色等级评估，评估指标涉及能源效率、节能技术和绿色管理3个维度；2015年，住房城乡建设部印发了《绿色数据中心建筑评价技术细则》，根据《绿色建筑评价标准》（GB/T50378-2014），对数据中心开展绿色建筑评价给出了具体准则；2018年，中国电子学会发布了团体标准T/CIE 049-2018《绿色数据中心评估准则》；2019年，中国建筑学会发布了团体标准T/ASC05-2019《绿色数据中心评价标准》。通过对以上各类政策和评价技术方法汇总分析，绿色数据中心的所有评价指标都可以包含在表1的两个维度中。从评价对象的维度看，包括建筑和布局、动力和环境设施、IT设备、管理4个层次。其中，在建筑和布局层面，需要从基建设计角度实现绿色数据中心，包括选址、机房建筑布局、建筑节能设计、维护结构及其材料、机房规划与布局等；在动力和环境设施层面，主要考虑的是供电系统、空调系统、照明系统以及加湿和除尘设施的设计、运行和维护；在IT设备层面，主要考虑路由器、网关和服务器等IT设备的选型、网络搭建以及使用中的节能优化等；在管理层面，需要从管理角度来实现绿色数据中心，包括管理制度、工作人员、监控系统等方面。从评价领域的维度看，包括能效、可靠性、碳排放、水资源、土地资源、污染排放、资源回收利用7个方面。其中，能效强调的是提供单位存储或计算能力消耗的能量；作为新型基础设施，数据中心提供的服务品质更多地体现在数据存储和远程计算的可靠性（包括安全性），越可靠其提供的服务价值也就越高；碳排放关注的是温室气体排放造成的影响；水和土地资源消耗也是绿色数据中心的一个重要评判要素；污染排放主要指噪声和电磁辐射等污染指标的排放；资源回收利用则更多的是从其日常废弃的各类设备、线缆、电池、水等资源的循环利用程度来评价其对环境的友好性。由以上评价指标不难看出，绿色数据中心应该是：在保障服务安全可靠的前提下，从建筑、设备到管理各方面都能实现资源消耗和对环境影响最小化的数据中心。2013年，工业和信息化部与国家发展和改革委员会、国土资源部、国家电力监管委员会、中国能源局联合发布了《关于数据中心建设布局的指导意见》（以下简称《指导意见》），其中涉及了数据中心选址的建议，以及对数据中心用电的支持原则。文件不仅将数据中心按照机架规模分为超大型、大型、中小型3类，同时将数据中心的绿色化推进策略实际上分为了新建和技术升级改造两类。根据《指导意见》，各地纷纷出台了地方数据中心发展的规划方案。除了个别气候和能源条件较好的地区大力鼓励数据中心建设以外，在经济发达的东部和南部地区，由于气候温暖、能源供应紧张，大多在大型和超大型数据中心新建方面采取收紧政策，而更多的是在推动已有大型和超大型数据中心绿色化技术升级改造方面加大力度。对于中小型数据中心，由于数量众多、管理分散、对国家政策不敏感等原因，实际上是放任发展状态。由于《指导意见》中对数据中心PUE值提出了要求，所以在各地实施的政策中，也都将新建和升级改造后的数据中心PUE作为了主要评价指标。由于各地方政府对《指导意见》积极贯彻落实，大量数据中心节能减排技术雨后春笋般快速出现，从高压直流供电、照明控制到空调的新风和热管等一系列技术得到了广泛应用，让大型和超大型数据中心在动力和环境设施方面的能效水平得到了显著的提升。根据《北京市信息传输业固定资产投资和数据中心耗能调研》（2015年）报告[1]，对北京市2013年典型数据中心的PUE调查数据显示，41.03%的数据中心PUE大于2.0，35.9%的数据中心PUE在1.8~2.0之间。根据2019年工业和信息化部在《全国数据中心应用发展指引（2018）》中公布的数据[2]：2018年，全国超大型数据中心平均PUE为1.63，大型数据中心平均PUE为1.54。2013年后投产的大型、超大型数据中心平均PUE低于1.50，最优水平达到1.20左右。全国规划在建数据中心平均设计PUE为1.50左右，超大型、大型数据中心平均设计PUE分别为1.41、1.48。以气候和能源为主的布局指导也起到了积极的推动效果，在贵州、内蒙古等地区数据中心的新建项目产生了明显的聚集效应，让当地的数据中心相关产业实现了跨越式发展。根据2019年工业和信息化部在《全国数据中心应用发展指引（2018）》中公布的结论：我国数据中心布局渐趋完善，新建数据中心，尤其是大型、超大型数据中心逐渐向西部以及北上广深周边城市转移。内蒙古、河北、贵州、宁夏等能源充足、气候条件适宜地区的数据中心在用机架数全国占比超过30%。由此可见，经过各级政府、行业组织和相关企业多年的努力，在数据中心绿色化发展方面已经取得了显著的成果。在取得成果的同时，以往的数据中心绿色化发展指引政策也面临着必须进行调整的问题[3]。根据对PUE的定义可知，数据中心总能耗除以IT设备的能耗比，其下降的极限是PUE=1，表明所有的能源都提供给了IT设备，其他配套设施的能源消耗为零。众所周知，这种极限是不可能实现的，以现在的科技水平，PUE达到1.2~1.5已经是实际气候条件下能够实现的极限了。而随着全国范围内数据中心整体布局的完成，除非中国的气候和能源供应分布发生重大变化，否则也没有必要进一步大规模调整布局了。以上情况表明，以往政策对数据中心发展的引导方向已经没有了进一步推动数据中心绿色化提升的空间。在作为新基建的数据中心仍要加快发展的大背景下，尽快找到新的绿色化发展政策推进方向，是当前亟待破解的难题。从绿色数据中心的评价对象中可以看出，以往的绿色化发展重点是在建筑和布局、动力和环境设施两部分，而评价对象中的IT设备则一直没有被重点关注。但对于数据中心的整体能效而言，IT设备能效的提升，意味着在消耗同等能源的情况下，数据中心可提供的服务能力得到了最直接的提升。因此，推动IT设备的能效提升可以与以往政策取得同样的效果，对数据中心的整体能效提升产生显著的作用。以往之所以没有在IT设备能效方面出台重大推动政策，是因为将政策的执行对象局限在了商业数据中心运营单位。而这些运营单位提供的服务主要是在数据中心的动力和环境运行维护方面，对数据中心中客户使用的IT设备选型采购没有控制权。因此，要推动IT设备的能效提升，相关的政策执行对象需要进行调整，应指向IT设备的制造商和使用方。可考虑的相关政策其实很多，如推动数据中心路由器、网关、交换机和服务器的绿色节能标准修订；鼓励相关产品的绿色认证开展；对采用绿色节能产品更新升级的项目给予补贴；推动国家相关财政政策有利于加快IT设备更新换代等。由于这些政策与数据中心的规模和产权无关，故对所有数据中心整体能效的提升都将发挥作用。如果这些政策能够统一配套出台，必将能对未来数据中心绿色化发展发挥巨大影响。边缘计算是伴随着云计算、雾计算、物联网、5G、SDN、AI等技术而发展起来的新兴技术，近年来随着物联网和5G的发展迅速升温，是即将爆发的万亿级产业。边缘数据中心作为支撑边缘技术发展和5G边缘组网的载体，将成为未来数据的第一入口，是未来数据中心发展的重要方向。边缘数据中心在建设布局和机房规模上与以往的大型、超大型云数据中心有非常大的差别。首先，在建设布局上，边缘数据中心为了实现其功能，空间距离上必须靠近服务对象，这就造成其不可能像大型数据中心一样选择气候和能源条件适宜的地域集中建设，而是要在人口密度较高、经济发展较发达的地区分布式建设。其次，其机房规模普遍偏小，见缝插针，以往对大型数据中心的动力和环境要求将不适用。如果将大型、超大型数据中心比作纵横驰骋的高铁网络，那么边缘数据中心就是四通八达的社区小道。根据边缘数据中心的特点，在推动其绿色化发展方向上选择的评价指标有所不同，可以考虑：在建筑和布局、动力和环境设施方面侧重于对可靠性和电气安全性的评价；在IT设备要求方面侧重于对能耗、信息安全和组网架构特性的评价；在管理方面侧重于对自动化监控系统提出的要求。中小型数据中心在以往的政策引导中一直处于空白地带，其原因是多方面的。首先，从数据中心的运营方看，数据中心多为各企业和机构的内设部门运营，不对外提供服务，导致外部政府无法掌握其规模和数量，内部管理范围交错，难以界定运行边际；其次，从数据中心作用看，大多数承载机构和企业的核心业务系统运行，出于商业和保密等原因，在运营成本和绿色化发展方面考虑较少，各项引导政策对其吸引力不足；最后，从管理主体的数量和布局看，其管理主体数量众多且分散，造成社会管理成本较高，政府无力对其全面严格管控。中小型数据中心虽然在管理上存在诸多的障碍，但其节能改造的潜力巨大，绿色化发展提升空间广阔，是未来数据中心发展必不可少的一环。随着各行各业对信息化技术的依赖程度越来越高，各类业务系统越来越复杂，对承载其运行的数据中心维护技术水平要求不断提高，企业内部在相关专业人才队伍建设和技术水平提升方面将逐步呈现难以满足要求的局面，将部分业务系统委托给外部商业数据中心进行运行维护的情况会越来越多，这是社会化发展导致的不可逆转的专业化分工大趋势。政府如果能顺势出台相应的引导政策，必然会加速这种趋势的形成。考虑到未来数据中心专业化发展的大趋势，建议针对当前中小型数据中心的绿色化发展推进总策略为：推动机构和企业内部运行的中小型数据中心向外部商业数据中心和边缘数据中心转化，从而逐步纳入政府管控范围。推动向商业数据中心转化的政策可以重点考虑采取增加供给的方式，即将数据中心确定为房地产开发配套基础设施，规划更多的本地中小型商业数据中心建设项目，从而拉动企业和机构采用外部购买替代内部建设的方式，满足其对本地数据中心的刚性需求。对于企业和机构的内部数据中心资源充裕，愿意对外开放的情况，可以出台政策，鼓励其通过签约加盟的方式纳入各类信息化网络，成为提供外部服务的边缘数据中心，以便利用针对边缘数据中心的建设要求推动其绿色化发展。
参考文献
[1] 北京市经济和信息化委员会. 北京市信息传输业固定资产投资和数据中心耗能调研[R], 2015.
[2] 工业和信息化部. 全国数据中心应用发展指引[R], 2018.
[3] 中关村软件和信息绿色创新服务联盟. 北京市数据中心技术改造可行性研究[R], 2019.
蒋京鑫
中国信息通信研究院实验室质量管理部主任，中国通信标准化协会通信设备节能与综合利用特设任务组（CCSA/ST2）组长、全国电工电子产品与系统环境标准化技术委员会（TC297）委员，长期从事检测、认证、标准化和政府技术支撑等工作。
论文引用格式：
蒋京鑫. 数据中心的绿色化发展方向探讨[J]. 信息通信技术与政策, 2020(6):17-20.
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