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浅谈“东数西算”工程及通信产业需求

日期:2022-08-05 13:29:30 人气:172

一、引言

     听说过“南水北调”、“西电东输”,你知道“东数西算”吗?“东数西算”简单讲就是将东部产生的数据输送到西部,发挥西部数据中心的算力,支撑企业数字化转型以及运用在社会民生。我国东部地区有大量的互联网等科技公司数据需要存储、处理,像“一网通办”、互联网企业的云计算等,每天都会产生大量数据,算力基础设施资源紧张,难以满足需求。而我国西部地区则截然相反,西部绿色能源相对丰富,有利于为数据中心散热,节约成本。大数据时代,算力也是生产力,东部有“数”,西部算“数”,通过构建类似于“南水北调”、“西电东输”的网络体系,把东部的数据输送到西部存储、计算,能够极大改善东西部数字新型基础设施不平衡的布局,更好引导数据中心集约化、规模化、绿色化发展,促进东西部数据流通、价值传递,带动数据中心相关产业由东向西有效转移。优势互补,跑出的将不仅是发展加速度,还有东西部协同发展的新高度。

     随着数字经济的发展,2018年,国家发改委及相关智库开始了关于全国一体化数字基础设施的相关课题研究,形成了政企协同推进构建全国一体化大数据中心体系、国家算力网络布局方案、“东数西算”实施路径等系列研究成果。2020年12月,国家发展改革委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局联合印发了《关于加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见》,提出根据能源结构、产业布局、市场发展、气候环境等,在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝等重点区域,以及部分能源丰富、气候适宜的地区布局大数据中心国家枢纽节点,到2025年东西部数据中心实现结构性平衡。

     2021年5月,国家发改委等四部门联合印发了《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》。《方案》提出,要加快实施“东数西算”工程,围绕国家重大区域发展战略,在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝,以及贵州、内蒙古、甘肃、宁夏等地布局建设全国一体化算力网络国家枢纽节点,发展数据中心集群,引导数据中心集约化、规模化、绿色化发展。国家枢纽节点之间进一步打通网络传输通道,提升跨区域算力调度水平。2022年1月,《“十四五”数字经济发展规划》明确部署加快实施“东数西算”工程。

     2022年2月17日,国家发展改革委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局四部门联合印发通知,同意在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等8地启动建设国家算力枢纽节点,并规划了10个国家数据中心集群。这标志我国“东数西算”工程项目拉开序幕。

浅谈“东数西算”工程及通信产业需求

 “东数西算”8个算力枢纽和10个数据中心集群分布

二、“东数西算”算力和运力的构筑

     国家发展改革委创新和高技术发展司司长沈竹林表示,在建设数据中心时,需要关注四个方面:一是引导有序布局,实现数据中心有序发展;二是促进绿色节能,助力实现碳达峰、碳中和;三是推进迭代应用,提升大数据的创新能力;四是体现高效利用,提高算力资源利用效率。

     数字经济正在成为重组要素资源、重塑经济结构、提升市场竞争力的关键力量,数字产业化、产业数字化是我国经济转型升级的重要方向。我国数字经济规模占GDP的比重呈持续上升趋势,2020年在疫情冲击和全球经济下行叠加影响下,数字经济依然保持9.7%的高位增长,已成为稳定经济增长的关键动力。近年来,随着各行业数字化转型升级进度加快,特别是5G、人工智能、物联网等新技术的快速普及应用,全社会数据总量井喷式增长,数据存储、计算、传输、应用的需求大幅提升。

     第一,“东数西算”重点关注“算”。算力,即指由CPU、GPU等各类芯片基于服务器等设备提供的数据处理能力,是数字经济的基础设施,是数字经济时代的核心生产力。当前,新一轮科技革命和产业变革正在重塑全球经济结构,算力成为全球战略竞争的新焦点。国家发改委表示,随着数字技术向经济社会各领域全面持续渗透,全社会对算力需求仍十分迫切,预计每年仍将以20%以上的速度快速增长。加快推动算力建设,将有效激发数据要素创新活力,加速数字产业化和产业数字化进程,催生新技术、新产业、新业态、新模式,支撑经济高质量发展。对于成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等可再生能源丰富、气候适宜、数据中心绿色发展潜力大,可以重点提升算力服务和效率,积极承接全国范围内的后台加工、计算数据分析、存储备份等算力需求,打造面向全国的算力保障基地。

    第二,“东数西算”有了超强“算力”,更要关注“运力”,解决数据“从东部输送到西部”的问题。数据中心内的数据包含很多机密数据。譬如,政务类数据,包含我们的社保、居住地等信息;银行数据,包含储户个人账户和存储信息;企业数据,包含企业的商业信息和产品信息;医疗数据,包含患者的诊疗信息和个人隐私等等。这些数据,全部都需要高安全的网络。数据中心是服务器等计算传输设备进行托管、运维以及网络接入的场所。为保证设备正常运行,数据中心运行环境要求极高,机器设备与温控、湿控设备的电力消耗大。在数据中心的建设成本中,电力设备成本最高,其占比达55.6%。数据中心运营支出(OPEX)的主要组成部分是电费,大约占公司营业成本的50%以上。国内数据中心建设时难度最高的环节往往为资源获取环节,即土地的获取、能耗指标的获取等。

    数据中心一般部署原则为“离用户更近”(网络延迟小);“离能源丰富的地方更近”;“离寒冷的地方更近”。从全球市场目前的数据中心分布来看,靠近一线业务需求方仍是数据中心选址的首要考虑因素。我国一线城市拥有大量大型网络骨干节点,网络覆盖全,且互联网公司、金融机构总部大多位于一线城市,因此数据中心早期主要集中于一线城市及周边进行部署。从当前存量机柜的角度看,79%的机柜集中在东部一线城市及周边地区。东西部上架率也有明显差异,全国机柜平均上架率约为50%,西北与西南地区仅为33.9%和40.8%,而华北、华东、华南都在65%以上。

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图2  2021年全国各区域数据中心存量机柜总数(万架)与上架率%


    《福布斯》预测:“未来十年,数据将持续增长,不断突破界限、推动创新和利润增长。”近几年,我国数据增量年均增速超过30%。随着全社会数据总量的井喷式增长,我国已经成为全球数据资源大国。数据的超大“体量”,需要更大规模、更高效的数据中心提供算力。

    第三,对于工业互联网、车联网、金融交易、医用等领域,对数据中心网络的时延要求极高。各行各业所产生的数据信息从东部输送到西部,需要强大、安全、可靠的运力网来保驾护航。在政策指导下,有助于平衡我国东西部数据中心结构、实现西部资源的有效利用,同时带动土建工程、IT设备制造、信息通信、基础软件、绿色能源等产业链上下游的发展。

三、全光网络及产业需求

    我们光通信人知道,有数据“运力”,它就离不开“全光网络”。所谓全光网络,指的是网络传输和交换过程全部通过光纤实现,信号只是在进出网络时才进行电光和光电转换,而在网络中传输和交换的过程中,信号始终以光的形式存在,因此能大大提高网速。

    利用光进行信号传输的方式,早在1966年,“光纤之父”高锟教授提出了用玻璃代替铜线的大胆设想:利用玻璃清澈、透明的性质,使用光来传输信号---光纤传输理论。1976年,光纤技术的继续发展,使得光纤损耗降低到0.47dB/km,推动了光传送技术的蓬勃发展,广泛应用于数据传输。这个理论引起了世界通信技术的一次革命。随着第一个光纤系统于1981年成功问世,华人高锟“光纤之父”美誉传遍世界。

选择光纤传输,主要有以下优势:

    第一,光纤传输容量大,传输距离长。密集波分(WDM)技术早已成熟,且还在不断挖掘光纤的传输潜力。当下,单纤传输的最大容量已达到200Gx120波(24Tbps),后续可持续升级演进到48T乃至88T。同时,商用光纤的衰减已达0.19dB/km以下,可以实现数千公里的超长传输。

    第二,光传输安全性最高,抗干扰能力最强。光纤只传光,不导电,不受电磁场的作用,因此光纤对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力。也正是这个原因,使得光纤中传输的信号不易被窃听,具有极高的保密性。光传输采用是L0和L1层提供以波长λ和子通道ODUk为代表的刚性“硬”管道,具有天然硬隔离的属性,是安全性最高的信息传输技术。

    第三,光传输可靠性高。光纤的材质是石英玻璃(SiO),外包层材料一般为特种工程塑料,都具有极高的耐腐蚀性,因而对环境的适应性非常强,具有耐酸、耐碱的特性。而网络层面,可配合自动交换光网络(ASON)技术,光缆发生故障时,业务可自动快速恢复,支持最高可达99.9999%的安全,大幅提升网络韧性。

    第四,超低时延稳定。光是目前传输最快的技术,在光纤中可以达到每秒20多万公里。基于端到端的全光网,数据一跳直达,可以提供稳定性的低时延保障。东部到西部之间的传输时延,可达毫秒级。

    我国在全光网的发展,一直走在世界前列,并持续引领着光产业的发展方向。全光网发展已经历两个产业代际:以全光纤网为特征的全光网1.0时代,以全光自动调度为特征的全光网2.0时代。伴随国内三大运营商相继开启ROADM/OXC、200G/400G、光网自动化管控系统的商用部署,标志着中国已经全面迈入全光网2.0时代,为“东数西算”打下了坚实的网络基础。

    根据中国联通公布的数据,现有数据中心880余个,总规模超过30万架,承载服务器超百万,数据中心主要分布在京津冀、长三角、珠三角、鲁豫、川陕渝、蒙贵等区域。下一步,中国联通将围绕国家“东数西算”八大算力枢纽节点,优化“5+4+31+X”资源布局,加快京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝区域“4”大国家东数枢纽节点高算力、高安全、绿色低碳新型数据中心建设,实现大规模算力部署,满足国家重大区域发展战略实施需要。发挥能源、气候等自然资源优势,建设蒙贵甘宁“4”大国家西算枢纽节点,提升算力服务品质和利用效率,打造面向全国的非实时性算力保障基地,按需建设“31”省新型数据中心。灵活部署“X”边缘数据中心。同时,贯彻落实党中央“碳达峰、碳中和”决策部署,通过技术引领与管理效能提升,优化增量和改造存量“双轮”驱动,持续优化PUE,推进数据中心节能减碳。下阶段,中国联通将着力构建布局合理、网络先进、数网、数云、云边协同发展的算网一体化生态体系,实现全国范围内新型数据中心布局合理、绿色集约的一体化格局,建成具有差异化竞争优势的算力网络,为数字经济打造“第一算力引擎”,全面承接国家“东数西算”工程,成为国家级新型数字基础设施建设者和运营者。

    云基础设施的部署一般为:基建(土建、配套水电等)—>机电(发电机组、电源设备、动环监控设施、制冷系统)—>光网络(光纤/连接器—>交换机/光模块)—>服务器/存储。云厂商一般倾向在IDC交付后将光网络一次性部署完毕(也有的选择按需部署),而服务器则是按算力的实际需求进行上架。这就类似于先把房屋的硬装完成,然后再按需购买家具家电等。

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图3  IDC产业链

    短期来看,“东数西算”或将率先拉动土地基建、配套道路、供水供电、发电机组、电源设备(UPS/电池等)、动环监控设施、制冷系统等IDC建筑“硬装”的增长。中长期来看,随着未来下游AR/VR、车联网、AI等算力需求起量,将带动服务器、交换机、存储等设备上架,同时将驱动IDC竞争格局优化、稳定盈利水平。长远来看,“东数西算”也将有助于推动平均算力成本的下降,从降低成本的角度为软件、云计算、AI等算力需求企业带来一定利好,助力产业数字化转型,推动我国数字经济蓬勃发展。

四、结束语

    “东数西算”工程通过全国一体化的数据中心布局建设,在总体上提升国家算力水平及算力使用效率;缓解东部土地、能源供给紧张的问题,实现东西部算力供给结构性平衡;在“双碳”背景下,就近消纳西部绿色能源,促进产业绿色发展;带动相关产业有效转移,促进东西部数据流通、价值传递,延展东部发展空间,推进西部大开发形成新格局。

    面对国际国内错综复杂的局势,全行业乘风破浪,同舟共济,围绕5G、大数据、云计算、物联网等新基建重点展开探索创新,不断实现突破。特发信息贯彻以5G、数据中心等为重点的新基建发展理念,公司业务从单一产品发展到多元通信产品,从传统制造升级到集研发设计、生产加工、运营服务为一体的定制化服务业务,推出了5G前传解决方案、大数据中心综合布线解决方案、智慧园区解决方案等多领域专业解决方案,并成功应用于各行业场景,精准助力新基建,获得行业广泛认同。未来,特发信息将以“新一代信息技术产品和服务综合提供商”为目标,持续部署新一轮基础设施建设规划,以创新驱动行业高质量发展,全力支持经济社会数字化转型。

    发改委就“东数西算”工程答记者问时提到,“鼓励数据中心节能降碳、可再生能源供电、异构算力融合、云网融合、多云调度、数据安全流通等技术创新和模式创新,加强对关键技术产品的研发支持和规模化应用”,因此也可关注国内服务器、操作系统、数据库、中间件等在“东数西算”工程中的相关机会。

参考文献:[1] 国家发改委网站、中国联通网站、CDCC《2021年中国数据中心市场报告》.

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