從1958年提出的“南水北調(diào)”到1986 年設(shè)想的“西電東送”,再到 1998 年開始醞釀的“西氣東輸”,中國通過探索和實踐分別實現(xiàn)了水、電牌骚、燃氣的南北調(diào)配、東西互濟庐椒,資源配置格局得以實現(xiàn)優(yōu)化抡四。這種跨區(qū)域資源調(diào)度以實現(xiàn)最優(yōu)解的舉措并非先例,如今举反,“東數(shù)西算”工程盛大登場懊直。這項工程遵循了資源調(diào)度邏輯,旨在優(yōu)化供求格局和資源配置火鼻,雖有相似旱醉,但它與之前的大型工程仍有著明顯的不同。
最大的不同穗蚌,就是來源于“東數(shù)西算”所調(diào)配的資源:算力敬育。
從算力到算力網(wǎng)
當前,算力正在逐步成為一個新的衡量國家和地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重要指標崭守。在電氣時代零勃,電力作為重要的基礎(chǔ)資源,是經(jīng)濟社會發(fā)展的動力保障浙辫,電力能否穩(wěn)定类菊、有效、快捷地獲取郊檐,在一定程度上決定了經(jīng)濟社會能否良好運行玩捉。隨著人類社會邁入數(shù)字經(jīng)濟時代跃唧,算力將扮演相似角色。
雖然目前受制于技術(shù)發(fā)展問題词宴,算力還沒有像電力那樣對工業(yè)革命產(chǎn)生顛覆性的影響令怎,但從云計算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和人工智能所發(fā)揮的價值來看蹈垢,算力能帶來的改變難以估量澡刹。如今的電力已經(jīng)成為經(jīng)濟社會良好運行的“標配”,算力則成為了各行各業(yè)高精尖發(fā)展的“頂配”耘婚。
類比于電網(wǎng)為各類電氣電子設(shè)備提供電力罢浇,算力網(wǎng)絡(luò)是為數(shù)據(jù)的計算提供計算力服務的網(wǎng)絡(luò)。原有的計算力資源通過算力網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)整合優(yōu)化沐祷,其可幫助原有各機構(gòu)的算力資源實現(xiàn)共享嚷闭、彈性按需調(diào)動,節(jié)省大量分布式邊緣節(jié)點的資產(chǎn)投資和運維成本赖临。
從實驗室里的超級計算機到單位里的服務器胞锰、辦公電腦,再到個人手里的手機平板兢榨,算力遍布于我們生活的各個角落嗅榕,已然成為了當下重要的生產(chǎn)資料。隨著技術(shù)的進步吵聪,物聯(lián)網(wǎng)正在走向成熟應用凌那,產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量越來越龐大,對計算資源及計算能力也提出了更高的要求嫌盲。云計算在一段時間內(nèi)曾充分滿足了物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的資源期待董记,但隨著市場和技術(shù)的發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)終端的數(shù)量飛速增長赐赁,設(shè)備不斷產(chǎn)生實時數(shù)據(jù)檀塌,而受制于能源、土地等因素雕踊,建設(shè)在東部沿海等發(fā)達地區(qū)的云計算數(shù)據(jù)中心的增長速度遠遠落后于數(shù)據(jù)處理需求的增速前河。幸運的是5G、全光網(wǎng)(網(wǎng)絡(luò)傳輸和交換過程全部通過光纖實現(xiàn))挺候、軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Network框嫁,SDN)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展讓網(wǎng)絡(luò)傳輸不再是限制算力分發(fā)的瓶頸,在新技術(shù)的支持下京球,算力網(wǎng)絡(luò)應運而生:將算力資源信息通過網(wǎng)絡(luò)進行分發(fā)参攻,在算力資源提供方與算力消費方之間搭建一個交易平臺。也正是依賴于技術(shù)革新和算力網(wǎng)絡(luò)模式的形成,“東數(shù)西算”擁有了技術(shù)上實現(xiàn)的可能髓绽。
搭建全國一體化算力網(wǎng)絡(luò)
我國發(fā)展算力網(wǎng)絡(luò)敛苇,需要建立大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心作為載體,但建立數(shù)據(jù)中心不僅需要土地資源顺呕,還需要消耗大量電力資源枫攀。從算力需求分布來看,東部地區(qū)算力需求旺盛而西部算力需求不足株茶。但東部地區(qū)卻面臨能耗指標緊張来涨、電力成本高等問題,數(shù)據(jù)中心建設(shè)發(fā)展面臨瓶頸启盛,樹挪死人挪活蹦掐,西部地區(qū)資源充沛,不管是工業(yè)用地價格還是電價均具備成本優(yōu)勢僵闯,至于綠色電力卧抗,西部地區(qū)更是具備豐富的風光電力資源。而啟動“東數(shù)西算”鳖粟,有利于破解算力資源“一二線緊張社裆,三四線充足”的局面,推動數(shù)據(jù)中心合理布局向图。
“東數(shù)西算”工程采取因地制宜模式谈毫,將后臺加工、離線分析碉讯、存儲備份等對網(wǎng)絡(luò)時延要求不高鹤鲤、訪問不頻繁的溫冷數(shù)據(jù)調(diào)度至發(fā)電低碳、用電低成本的西部拿奥,從而優(yōu)化東部數(shù)據(jù)中心資源均壳,以承接時延要求較高的熱數(shù)據(jù)計算。因而數(shù)據(jù)搬遷并不是簡單地全盤打包帶走母滤,它有著更為豐富的內(nèi)涵。京津冀钉榔、長三角城砖、粵港澳大灣區(qū)、成渝4個節(jié)點圣钝,服務于重大區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略實施的需求廷诺,將進一步統(tǒng)籌好城市內(nèi)部和周邊區(qū)域的數(shù)據(jù)中心布局。貴州肖喂、內(nèi)蒙古簇抵、甘肅、寧夏4個節(jié)點,將打造成面向全國的非實時性算力保障基地碟摆,積極承接全國范圍的后臺加工晃财、離線分析、存儲備份等非實時算力需求典蜕,并承擔本地實時性算力處理断盛。
從供需關(guān)系的視角出發(fā),“東數(shù)西算”工程需要推動算力基礎(chǔ)設(shè)施分級分類愉舔、梯度布局钢猛,引導非實時性溫冷數(shù)據(jù)西移,而實時性算力需求熱數(shù)據(jù)在東部地區(qū)實現(xiàn)綠色集約化布局轩缤,城區(qū)內(nèi)部則作為算力“邊緣”端支撐金融命迈、智慧電力等實時性要求極高的業(yè)務需求,讓需求與資源更好地匹配火的。
“東數(shù)西算”的說法是為了便于各行各業(yè)形象地理解這項工程壶愤,但在文件中的正式表述是“建設(shè)全國一體化算力網(wǎng)絡(luò)國家樞紐節(jié)點”。因此卫玖,“東數(shù)西算”的最終目標真葱,是建立全國一體化算力網(wǎng)絡(luò)。“東數(shù)西算”工程需要實現(xiàn)算力樞紐間直連互聯(lián)辐胆、構(gòu)建算力網(wǎng)絡(luò)讨砍,為未來算力資源跨區(qū)域靈活調(diào)配提供通道基礎(chǔ);打通跨行業(yè)、跨地區(qū)卸研、跨層級的算力資源佩讨,從而形成算力服務資源池,讓算力成為電力一樣的公共資源多盅。
相互交織的算力網(wǎng)與電力網(wǎng)
計算的本質(zhì)是把數(shù)據(jù)從無序變成有序把毒,熵增過程一定需要能量的輸入,因此算力水平的提升會帶來用電水平的提升勤右。隨著數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展徽捶,算力增長將成必然趨勢,而算力的高耗能屬性決定了其對電力的依賴虫甲,據(jù)不完全統(tǒng)計淡箱,2020年全球發(fā)電量中,約5%用于計算能力消耗辩块,而這一數(shù)字到2030年將有可能提高到15%~25%蛔六,電力與算力天然具有密不可分的關(guān)系。
電力基礎(chǔ)設(shè)施與算力基礎(chǔ)設(shè)施同是“一行帶百業(yè)”废亭,分別顯示出宏觀經(jīng)濟国章、數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的“陰晴雨雪”,二者的發(fā)展形態(tài)呈現(xiàn)極為相似的演進路徑。
企業(yè)的單體數(shù)據(jù)中心以自建自用為主液兽,缺乏布局規(guī)劃與建設(shè)標準骂删,類似于早期企業(yè)的“自備電廠”或是UPS電源。數(shù)據(jù)中心集群依靠其集約型設(shè)施的規(guī)模效應抵碟,能夠向更多的對象提供算力服務桃漾,滿足部分缺乏自建算力設(shè)施能力的需求主體,類似于“電源基地”拟逮。算力網(wǎng)絡(luò)則是云網(wǎng)融合撬统、算網(wǎng)融合趨勢下的新型網(wǎng)絡(luò)形態(tài),通過數(shù)據(jù)中心集群間的網(wǎng)絡(luò)直聯(lián)形成算力資源統(tǒng)籌調(diào)配的管道敦迄,類似于“電網(wǎng)”恋追。
在搭建好算力網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施之后,算力網(wǎng)絡(luò)同樣需要經(jīng)歷和電網(wǎng)類似的發(fā)展與變化奖岛。畢竟算力網(wǎng)絡(luò)并不是簡單地將算力直接在網(wǎng)絡(luò)中分發(fā)恕孙,它還需要與算力交易、網(wǎng)絡(luò)訂購等業(yè)務關(guān)聯(lián)起來淑储,形成一個體系架構(gòu)帘缤,才能解決供需匹配和算力交易兩個層面的問題。在供需匹配上俏堆,需要實時將用戶的需求與算力資源和網(wǎng)絡(luò)資源進行匹配以滿足不同用戶的需求憋屑。而在算力交易層面,涉及的又不僅僅是購買和用戶需求匹配的算力篡呆,也包括將相應計算結(jié)果及時反饋的網(wǎng)絡(luò)資源汽后,這些環(huán)節(jié)的可靠運行,高效穩(wěn)定的算力交易平臺必不可少摇龟。
算力網(wǎng)絡(luò)與電網(wǎng)有著相似的發(fā)展路徑两胃,也有著相同的愿景:實現(xiàn)“雙碳”目標、為經(jīng)濟社會穩(wěn)定發(fā)展提供動力與支撐遮乾,正是這相同的愿景专肪,讓兩者的未來交織在了一起。因此對數(shù)據(jù)中心電能利用效率的更高要求堪侯,將推動未來算力牵祟、電力在規(guī)劃、運行機制上相互融合抖格、協(xié)同發(fā)展。中國通信工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)中心委員會常務副理事長咕晋、中國IDC圈創(chuàng)始人 CEO黃超告訴本刊記者:“雖然目前電網(wǎng)和算力網(wǎng)絡(luò)是相互獨立建設(shè)雹拄、運行的兩套網(wǎng)絡(luò),都是各自發(fā)展的,但在實際發(fā)展中算力網(wǎng)絡(luò)與電網(wǎng)相輔相成滓玖。
對于算力網(wǎng)絡(luò)來說坪哄,電網(wǎng)是穩(wěn)定的基礎(chǔ)。只有具備了穩(wěn)定的能源供給體系势篡,數(shù)據(jù)中心翩肌、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施等數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施才能穩(wěn)定運行。對于電網(wǎng)來說禁悠,數(shù)據(jù)中心等數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施能耗的不斷攀升念祭,給很多地區(qū)的供電都造成了壓力。算力網(wǎng)絡(luò)的進階形態(tài)可以通過協(xié)調(diào)分配不同地區(qū)的數(shù)據(jù)中心的算力撤筐,減少核心地區(qū)對電力的需求裙系,這對電網(wǎng)的均衡和穩(wěn)定有著積極的意義。”
數(shù)據(jù)中心集群不僅是電網(wǎng)大用戶午伍,更是新型負荷主體眼膊,將有效提升可再生能源基地資源消納水平。黃超向記者解釋道:“數(shù)據(jù)中心本身具有較大的能源需求傲轮,同時也有儲能備用的要求舆鸿。綠電消納的難題之一就是綠電的不穩(wěn)定性,而數(shù)據(jù)中心的儲能體系可以很好地解決這一問題百膳,綠電先進入儲能設(shè)施翰发,出來后就是穩(wěn)定的電力了。
從與電網(wǎng)的互動角度看侥镀,數(shù)據(jù)中心一方面具有儲能的能力协超,另一方面也有完備的輸電、供電設(shè)施皇可,具備了與電網(wǎng)協(xié)作的可能雕什。簡單來說,數(shù)據(jù)中心可以在用電低谷期存儲显晶、消納包括綠電在內(nèi)的剩余電力贷岸。在用電高峰期,反向供電磷雇,幫助電網(wǎng)提供更多的電力偿警。在未來,很多地區(qū)的儲能型數(shù)據(jù)中心唯笙,不僅僅是本地的算力節(jié)點螟蒸,也能成為本地的能源節(jié)點。”
在算力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中崩掘,綠色低碳的目標貫穿始終七嫌,不論是引入芯片封裝優(yōu)化少办、處理器動態(tài)功耗調(diào)節(jié)、服務器液冷诵原、數(shù)據(jù)中心節(jié)能等技術(shù)方案英妓,還是從芯片、設(shè)備到數(shù)據(jù)中心進行端到端的系統(tǒng)級能效優(yōu)化狠寒,有效降低數(shù)據(jù)中心PUE呈篱,都是為了實現(xiàn)“雙碳”目標,推動經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展伐狼。中國信息通信研究院發(fā)布的《數(shù)據(jù)中心白皮書(2022年)》中提及了未來光伏臣塑、風電、儲能疟骤、鋰電池等綠色電力和供配電節(jié)能技術(shù)研發(fā)與應用在數(shù)據(jù)中心發(fā)展過程中也將不斷深入药阔,數(shù)據(jù)中心綠色低碳技術(shù)研發(fā)和應用都將進一步發(fā)展。在這條發(fā)展前路上陨梅,少不了與電網(wǎng)的有機協(xié)同译教。
國家電網(wǎng)有限公司有關(guān)人士告訴本刊記者:“算力網(wǎng)的發(fā)展目標與電網(wǎng)特別是新型電力系統(tǒng)的特征是一脈相承的,新型電力系統(tǒng)的特點是清潔低碳押强、安全可控拖揩、靈活高效、智能友好溜棉、開放互動丽示,而算力網(wǎng)絡(luò)也需要建設(shè)一張安全可控菲饼、清潔低碳肾砂、靈活高效、智能開放的網(wǎng)宏悦。”電網(wǎng)與算力網(wǎng)上的主要企業(yè)也有著許多合作機會镐确,比如數(shù)據(jù)中心企業(yè)與電力企業(yè)可以共同探索“數(shù)據(jù)中心+新能源+儲能”模式,既能助力西部地區(qū)新能源消納饼煞,也可以提高數(shù)據(jù)中心電力供應的穩(wěn)定性源葫,有效降低數(shù)據(jù)中心用電成本。數(shù)據(jù)中心不僅可以發(fā)展為負荷可變砖瞧、可調(diào)的復合體息堂,滿足電力系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)需求,還可以在未來為新型電力系統(tǒng)運行提供算力支持块促。
現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施體系的重要一環(huán)
如何在節(jié)能減排的約束框架下建設(shè)數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施,即“東數(shù)西算”和數(shù)字產(chǎn)業(yè)當前最急需解答的課題荣堰。《全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實施方案》中強調(diào)“加強數(shù)據(jù)中心統(tǒng)籌規(guī)劃和規(guī)范管理竭翠,開展數(shù)據(jù)中心持隧、網(wǎng)絡(luò)即硼、土地、用能腕浴、水、電等方面的政策協(xié)同条焙,促進全國范圍數(shù)據(jù)中心合理布局阅六、有序發(fā)展。”
截至2022年年初漂熙,國內(nèi)已建成的數(shù)據(jù)中心為500萬標準機架芒单,整體算力達到130EFlops(每秒百億億次浮點運算),并將以20%以上的速度持續(xù)增長袖况。僅從數(shù)字上看抗躺,算力規(guī)模的增長非常樂觀,但是總量的增長并不能掩蓋分布的不均衡抢驴,北京蛀篓、廣東、上海的算力規(guī)模位列前三做身,浙江丸爵、廣東、江蘇等東部省份的算力增速超過60%汁咏。算力需求大戶也主要集中在東部沿海一線城市和準一線城市⊙钦現(xiàn)階段看似需求與供給十分匹配,但東部沿海攘滩、一線城市和準一線城市的各類資源有限帅刊,能夠分配給數(shù)據(jù)中心的能源、土地漂问、網(wǎng)絡(luò)等資源都會在不遠的將來見頂赖瞒,如若不能未雨綢繆,那國內(nèi)缺乏總體布局的算力結(jié)構(gòu)勢必會損害中國數(shù)字經(jīng)濟的整體效率级解。
扭轉(zhuǎn)和改變這種需求不均衡導致的低效狀況冒黑,無疑是一個循序漸進的系統(tǒng)性工程,“東數(shù)西算”本質(zhì)上是一項長期規(guī)劃勤哗。既然和南水北調(diào)相提并論抡爹,“東數(shù)西算”工程的基建屬性不言而喻,如同傳統(tǒng)基建“西電東送”“西氣東輸”等國家級重大工程作為骨干通道支撐電力芒划、天然氣等資源跨域流通與統(tǒng)籌調(diào)配一樣冬竟,將大型和超大型數(shù)據(jù)中心布局到可再生能源等資源相對豐富的西部地區(qū),統(tǒng)籌調(diào)度東西部數(shù)據(jù)中心算力需求與供給鼻昼,以實現(xiàn)全國算力悟津、網(wǎng)絡(luò)山椎、數(shù)據(jù)、能源的協(xié)同聯(lián)動宗瓢。正因如此徒妒,我們看待全國一體化算力網(wǎng)絡(luò)的視角就不能執(zhí)著于眼前的一年兩年會帶來多大量級的投資規(guī)模和怎樣的產(chǎn)業(yè)發(fā)展機遇。
2008年旷厨,為應對全球金融危機乘恩,國家推進大量基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)腋意,依靠高鐵、高速亩当、機場等設(shè)施搭建了一張遍布全國各地的交通運輸網(wǎng)絡(luò)哟蝉。在這張運輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)過程中,出現(xiàn)了各種各樣的雜音烂瘫,甚至有人提出了“高鐵那么快有什么用”的質(zhì)疑。但正是依靠這張網(wǎng)芦鳍,2021年中國社會物流總額達335.2萬億元葛账,日均業(yè)務量超過2.66億件,日均服務用戶超過5億人次;而國內(nèi)物流也為國內(nèi)電商的蓬勃發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)菲宴,2011~2018年全國電商交易規(guī)模增速始終保持在10%以上趋急。
長遠看來,“東數(shù)西算”工程將是一個更大時間尺度的整體性系統(tǒng)化工程姚垂,期間還有很多的現(xiàn)實問題需要解決障氛,如果過度在意短期的產(chǎn)業(yè)紅利,反而容易撿了芝麻丟了西瓜衫沽。隨著“東數(shù)西算”實現(xiàn)國內(nèi)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和算力布局的統(tǒng)籌優(yōu)化檐鹤,未來全國統(tǒng)一的算力網(wǎng)絡(luò)將推動產(chǎn)業(yè)數(shù)字化和數(shù)字產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)型冈彭,催生出新技術(shù)舶舅、新產(chǎn)業(yè)鬼胸、新業(yè)態(tài)和新模式恢筝,進而推進中國全體系化產(chǎn)業(yè)升級撬槽。
與算力網(wǎng)絡(luò)和電網(wǎng)息息相關(guān)的數(shù)字經(jīng)濟侄柔,在當下成為世界各國應對新冠肺炎疫情沖擊、加快經(jīng)濟社會轉(zhuǎn)型的重要選擇占调。世界各國加快新型基礎(chǔ)設(shè)施布局,以5G究珊、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)剿涮、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)為代表的新型信息基礎(chǔ)設(shè)施逐步成為全球經(jīng)濟增長的新動能取试。2020年中國數(shù)字經(jīng)濟規(guī)模達到39.2萬億元,占GDP比重達38.6%晓够,保持9.7%的高位增長速度吐捞,更是穩(wěn)定經(jīng)濟增長的關(guān)鍵動力。算力網(wǎng)絡(luò)與電網(wǎng)是現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施體系的重要組成部分涩凑,這兩張大網(wǎng)連接著未來數(shù)字經(jīng)濟的各個環(huán)節(jié),它們相互交織宜掏,共同構(gòu)成數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展新的支撐。一代人有一代人的長征惹虏,織好這兩張網(wǎng)就是我們?yōu)橄乱淮渭夹g(shù)革命與經(jīng)濟騰飛打下的堅強基石。