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中國信通院何寶宏:新基建新機遇——數據中心發展探討

2021-07-06
來源:中國信通院CAICT
關鍵詞: 數據中心 新基建

  0  引言

  從電報網絡、電話網絡到廣播電視網絡,通信網絡一直是專用的基礎設施。例如,電報網絡負責傳遞文字,電話網絡負責傳遞話音,計算機網絡負責傳遞計算機數據。自20世紀90年代以來,以TCP/IP技術為代表的互聯網,致力于把通信基礎設施通用化,讓IP網絡能夠同時承載文字、圖片、話音、視頻和數據等。

  把通信網絡作為基礎設施已經上百年了,但把計算進行基礎設施化,只是最近十多年的事情。自計算機誕生起,計算的主流售賣方式就是產品,比如售賣的是某型號的計算機,或者某版本的軟件產品。但從2006年開始,云計算[1]的出現開始改變了這一切。云計算把計算產業從第二產業變成了第三產業,從售賣產品為主轉變成售賣服務為主。

  近二十年來,以云計算為代表的計算服務和基礎設施發展相對成熟,然而新基建又開始擴軍,納入了AI、區塊鏈和工業互聯網等。之所以現在才擴軍,是因為這些新技術的基礎設施化,需要以通信(通用)的基礎設施化和算力的基礎設施化為前提。

  1  至少與5G同等重要

  2020年3月,在中共中央政治局常務委員會會議上,明確提出要加快5G網絡、數據中心等新型基礎設施建設進度,這是數據中心首次被國家列入新基建條目。但數據中心真得有那么重要嗎?

  不能說數據中心比5G重要,但至少也是與5G同等重要。5G貼近生活,可以講很多動人的故事,大家更熟悉;但數據中心就像工廠的生產車間、城市的地下工程,相對來說比較陌生。

  從市場角度看,根據中國信息通信研究院的預測[2],2021—2025年,全國信息基礎設施的投資規模約4.2 萬億,其中5G等網絡約為1.25 萬億,云/數據中心等約為 2.45 萬億,是5G等的2倍。

  可以把互聯網的“邊緣”分成兩大類:一類是用戶側,計算和內容消費型,如智能手機、APP、5G、IoT、家庭網絡和車聯網等;另一類是服務側,計算和內容供給型,如網站、服務器、云計算和數據中心等。

  5G和數據中心都位于互聯網的物理層,即互聯網的邊緣,從物理上連接和駐留各類終端,但作用不同。5G把計算需求側的智能手機、智能家居、智能汽車和傳感器等接入互聯網,而數據中心通過光纖等把供給側的服務器和云計算等接入互聯網。

  5G和數據中心是隔岸守望的“數字孿生”,一側技術的進步必然引發另外一側的共振。

  2  數據中心的開放

  過去十余年來,數據中心的技術發展呈現標準化、工程化、預制化、模塊化、高密度、軟件定義和綠色節能等特點。但數據中心最重要的特點是開放性,開放使數據中心能夠成為新型基礎設施,能夠標準化分工協作,能夠相互學習,能夠降本增效,能夠讓整個產業發展壯大。

  傳統意義上,數據中心可能是自用,也可能是對外提供租用服務。對自用型的數據中心,數據中心技術被當作企業業務中核心競爭力的重要組成部分。對租用型的數據中心,對保護用戶身份和用戶數據的秘密提出了要求。互聯網企業是數據中心的用戶,無論是自建自用還是第三方租用,數據中心都是其成本中心。

  數據中心從封閉走向開放,是在2011年,以Facebook創立的OCP項目和中國BAT聯合成立的天蝎計劃項目為代表(后來逐步發展成為開放數據中心委員會)[3]。

  2.1  國際數據中心開放情況

  Facebook作為互聯網的后起之秀,其社交業務的流量激增,但其數據中心基本上都是租用的,既無很強的技術能力,作為租戶也很難做技術性優化。與此同時,互聯網巨頭Google等已經開始自建數據中心,并且有能力、有機會做很多技術優化,但都作為公司的秘密不向社會開放。Facebook意識到,數據中心的支撐能力已經開始拖核心業務的后腿了。

  互聯網服務是一個贏家通吃的市場,TOP1的企業可以閉源建生態賺大錢,其他企業要么投靠TOP1、要么抱團取暖。但“抱團”不是你抱著我、我抱著你,而是一起抱著“開源社區”添磚加瓦,以期形成一個可以與閉源生態抗衡的開源生態。這一現象在歷史上頻繁出現,比如智能手機領域的iOS和Android,云計算領域的AWS和OpenStack等。

  如果Facebook像Google等那樣,也采用封閉的技術路線,是根本無法與之抗衡的。于是,Facebook依托其強大的社會影響力和采購能力,在數據中心領域引入了開源文化和方法,開放了其數據中心、服務器、機架和主板的規范,以及CAD的機械圖紙,并且邀請開源社區一起進行優化和完善[4]。

  2.2  國內數據中心開放情況

  在此背景下,阿里巴巴、百度和騰訊于2011年年底發起成立了天蝎計劃項目,首先致力于開放服務器的工作。之所以選擇服務器,是因為數據中心成本總費用支出包括投資成本(CAPEX)及運營成本(OPEX)兩大部分,而服務器的購買和維護會占總成本的60%~70%。

  2014年8月,在天蝎計劃取得成功的基礎上,擴展中國電信、中國移動和中國信息通信研究院為核心會員,拓展了模塊化數據中心、白盒交換機、開放網絡、液冷和運維等研究領域,正式成立開放數據中心委員會(Open Data Center Committee,ODCC)。截至2020年年底,ODCC累計發布150余項研究成果,已經成為具有全球重要影響力的數據中心組織。

  數據中心的開放浪潮是從上到下、由內而外發生的。2006年后期,全球掀起云計算浪潮,到2011年直接改變為云計算提供硬件資源,比如服務器、網絡和存儲等,同時軟件定義和虛擬化等得到應用。隨著這些硬件的陸續變化,又開始影響存放這些設備的數據中心,并從2014年開始向開放、預制化、模塊化、高密度和智能運維等方向發展。到了2019年前后,在IT領域數據中心模塊化后,這一開放浪潮又外溢到非IT領域,比如供配電和制冷等。

  3  豐富的類型

  1960年以來,計算機向兩個方向發展,一是追求更強大的計算性能,以HPC為代表;二是優先追求更廣闊的應用場景,以PC、智能手機和可穿戴設備等為代表。

  數據中心就好比計算機,正在走著與計算機的歷史類似的道路,一是優先追求集中后產生的規模效應,比如以云數據中心、大型超大型數據中心為代表;二是優先追求更廣闊的應用場景,比如以邊緣數據中心等為代表。

  隨著新基建的提出,數據中心的外部性、網絡化、生態化和社會屬性變得更加明顯,需要滿足的場景也越來越多,類型也越來越豐富。以下從不同的角度,對數據中心做出不同的分類。

  (1)從規模上看,數據中心可以分為超大型數據中心、大型數據中心、中小型數據中心,甚至微型數據中心等。

  (2)從運營模式上看,可以分為自用型數據中心和租賃型數據中心。

  (3)從形態上看,可以分為模塊化、集裝箱式、單體建筑、園區模式和集群式。

  (4)從部署位置看,可以分為集中式的云計算數據中心和分散式的邊緣數據中心。

  (5)從建設運營的方式看,可以分為自建、代建和代維等。

  (6)從供電方式看,可以分為市電直供、高壓直流、雙路柴發等。

  (7)從制冷方式看,可以分為自然冷卻、機房空調組、絕熱冷卻、冷熱通道隔離和液冷等。

  4  國內外發展情況

  數據中心位于新舊基建的交叉口上,像傳統基建里做IT行業的,IT行業里做房地產的。數據中心是數字社會的底座[5],其市場增速反映的是整個數字社會增長的“綜合指數”。

  無論是5G、云計算、大數據、人工智能、區塊鏈、物聯網和工業互聯網等技術,無論是搜索、社交、支付、直播還是視頻應用,也無論是數字產業化還是產業數字化,都需要數據中心的支撐。

  4.1  國際情況

  各國數據中心政策抓手基本上有3個:一是抓能源效率;二是整合老舊小、優化新布局;三是訂規范、推示范。

  (1)美國政府從2010年開始,陸續推出數據中心整合與節能改造計劃[6],10年來先后關閉了7000 多家數據中心。

  (2)歐盟自2012年開始,提出了數據中心行為規范[7],出臺節能最佳實踐方案和實施計劃,推進數據中心節能降耗。

  (3)中國從中央政府到地方政府,自2013年開始從合理布局、綠色節能、技術創新和示范基地等多個維度出臺了多項政策,2020年更是將數據中心與5G并列納入了新基建。

  據IDC預測,2020年全球數據中心的市場規模約為623 億美元,近幾年一直保持10%的增長。據Gartner數據,2019年全球數據中心約有910 萬個機架,服務器6300 萬臺,其中北美地區互聯網流量占比超過40%,亞太地區增速較高的占比已經超過30%,預計未來中東、南美、非洲等地區的數據中心規模將快速增長。

  全球數據中心的布局,主要聚集在經濟發達和人口密集區域。北美地區數據中心總體體量大、上架率高,產業發展優勢明顯;歐洲地區城市數量較多,云業務驅動增長較快,但新建數據中心受限,部分大型企業開始在氣候寒冷的北歐地區建設數據中心;在亞太地區,中國市場增長較快,新加坡、東京等數據中心網絡條件較好,成為跨國企業國際化發展的優先選擇,但數據中心資源緊缺,價格較高。

  全球數據中心市場競爭格局呈現出明顯的馬太效應,美國、中國、日本企業占據主要市場份額。2020年,TOP10的企業占據了全球45%以上的市場份額,美國Equinix仍占據龍頭地位,中國電信躍居全球第二,日本NTT、KDDI、中國聯通、中國移動和萬國數據也躋身全球前十名[7]。

  全球數據中心投資并購市場活躍,龍頭企業加速收購。2015—2019年,全球數據中心交易量大幅增長,共完成約350 筆數據中心投資交易,總金額超過800 億美元。其中,2019年全球投資并購交易數量約為2015年的4倍,非上市公司參與的并購數量大幅增加了50%以上,2020年并購投資事件依然非常活躍[9]。

  4.2  國內情況

  2020年,我國數據中心市場規模為1500 億元,年均增速繼續保持在30%左右,遠高于全球10%的年均增速。其中,大型以上數據中心增長強勁。2010年,我國數據中心的第一波建設熱潮,主力軍是電信、金融和互聯網等行業;2020年,受新基建相關政策等的鼓舞和企業數字化轉型等需求的驅動,云計算廠商及新生代互聯網公司也紛紛加入自建或合建數據中心的大軍,掀起了數據中心建設的第二波熱潮。

  (1)從競爭格局看

  電信運營商和第三方IDC服務商仍是我國數據中心的主要參與者。但更多的投資和運營主體正在涌入,如轉型的鋼鐵企業、房地產企業、數據中心設備商等。另外,基于分擔風險、整合資源等考慮,數據中心合建模式越來越多,企業差異化競爭,構建優質生態圈。

  (2)從應用模式看

  我國數據中心正在從企業自用數據中心(EDC)向互聯網數據中心(IDC)轉移。EDC呈現出個數多、規模小和技術差等特點,而IDC規模效應明顯,技術也較為先進。

  (3)從行業來看

  我國數據中心應用逐漸多元化,加速向第二產業滲透。互聯網和通信行業發展最早,占據主要市場份額。金融和政府行業信息化、數字化相對較早,應用逐漸深入,規模快速增長。制造、能源、醫療、教育、交通等行業的數據中心逐步加速。

  在政策引導下,國有和民間資本大量涌入數據中心投融資市場。據不完全統計,全國24個省份的新基建項目約2 萬個,投資超過48 萬億。據中國信息通信研究院測算[8],2020年投資達到3000 億元,未來3年將增加1.4 萬億元。REITs(房地產信托投資基金)[9]為數據中心產業增添新的融資渠道,北京、上海等地已啟動試點項目申報工作,或將有效減輕經營者的融資壓力。

  從布局來看,我國數據中心越來越呈現出明顯的“啞鈴型”:一頭集中在東部和一線城市,一頭集中在資源富足地區。第一波熱潮時,我國數據中心高度集中在互聯網用戶密集的地方,比如北京、上海、廣州、深圳等一線城市。近年來,隨著國家和地方相關政策的出臺和引導,以及企業在經濟上的考量等,越來越多的數據中心尤其是大型、超大型數據中心,紛紛在中西部地區選址。

  5  結束語

  數據中心就像是IT行業做房地產的,房地產行業里做IT的;就像早期的蒸汽機其實不是機器而是個碩大的房子,早期的計算機其實也不是個機器而是個碩大的房子。隨著房子里的硬件和外設等越來越微縮化和集成化,房子慢慢與里面的計算機耦合,演變成了專門放置計算機的房子,簡稱“機房”。

  到了20世紀八九十年代,家用PC的興起推動著“機房”的沒落;但與此同時,互聯網的爆發讓客戶/服務器計算模式興起,“機房”演化成了互聯網數據中心(IDC),成了WWW和E-mail等服務器的聚集地。

  近年來,隨著云計算和大數據等的發展,數據中心的地位日益重要,迎來了黃金發展期,也出現了很多新變化。例如,類型越來越多,以服務于不同的場景客戶。隨著數據中心技術開始走向開放、標準和云化等,帶動了白盒設備、無損網絡和液冷技術等的發展,日益成為技術創新的制高點[10]。

  2020年,數據中心被納入了新基建,歷史開始重新定義數據中心的地位。未來的數據中心,不再只是商業的和互聯網的,而是整個社會的,其基礎性、公共性和社會屬性將會越來越強。這將給業界的發展帶來更多的動能,我們也期待著更多的技術創新。

  


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