從單體數(shù)據(jù)中心和全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心兩個(gè)層面進(jìn)行統(tǒng)籌思考，著力破除我國(guó)在推動(dòng)數(shù)據(jù)中心綠色高質(zhì)量發(fā)展面臨的瓶頸和矛盾，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能降碳、優(yōu)化布局、協(xié)同創(chuàng)新，全面支撐各行業(yè)特別是傳統(tǒng)高耗能行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)，引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心走綠色節(jié)能、協(xié)同高效的發(fā)展道路。

單體數(shù)據(jù)中心解決方案及專項(xiàng)建議

單體數(shù)據(jù)中心存在 PUE 值偏高、建設(shè)方式陳舊、能耗測(cè)算失真等挑戰(zhàn)，需要采取加快創(chuàng)新和整合優(yōu)化的發(fā)展思路，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、專項(xiàng)工程和管理體系等舉措引導(dǎo)落地。

單體數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗整體解決方案及措施

數(shù)據(jù)中心解決方案技術(shù)創(chuàng)新可分為建設(shè)模式、制冷系統(tǒng)節(jié)能、供配電系統(tǒng)節(jié)能、ICT 設(shè)備節(jié)能和 AI 應(yīng)用等技術(shù)創(chuàng)新。著力推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新規(guī)模應(yīng)用，可以加速數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳目標(biāo)。

1.建設(shè)模式創(chuàng)新

1)預(yù)制模塊化數(shù)據(jù)中心

預(yù)制模塊化數(shù)據(jù)中心建筑主體可采用高回收率的鋼結(jié)構(gòu)材料，采用高度集成化設(shè)計(jì)，裝配率高達(dá) 95%，滿足國(guó)家 AAA 級(jí)裝配式建筑要求，大幅減少施工周期碳排放。

主要技術(shù)涵蓋：

• 快速建設(shè)：創(chuàng)新性地將預(yù)制裝配式建筑技術(shù)與模塊化技術(shù)相融合，現(xiàn)場(chǎng)地基土建與模塊工廠生產(chǎn)同時(shí)進(jìn)行。1500 機(jī)柜數(shù)據(jù)中心建設(shè)周期僅需要 6 個(gè)月，上線交付時(shí)間相比傳統(tǒng)模式縮短 50% 以上。

• 綠色建設(shè)：預(yù)制裝配率高達(dá) 95%，樂(lè)高積木式搭建，現(xiàn)場(chǎng)施工量?jī)H為傳統(tǒng)方式的 10%，施工工程無(wú)濕法作業(yè)，施工過(guò)程無(wú)三廢，施工用水和用電相比傳統(tǒng)方式減少 80% 以上。此外，結(jié)構(gòu)主體摒棄傳統(tǒng)土建中的高污染難回收材料，采用全鋼結(jié)構(gòu)，主體材料可回收率 90% 以上。

• 垂直擴(kuò)容：支持整層在線垂直擴(kuò)容，隨需而建避免浪費(fèi)；采用垂直擴(kuò)容連接組件，支持精準(zhǔn)互鎖，10 分鐘快連，超強(qiáng)緩沖，在線業(yè)務(wù)“0”沖擊；三粗一精設(shè)計(jì)，精準(zhǔn)定位；免焊接對(duì)接，快速互鎖；高強(qiáng)抗震螺栓連接；采用超彈復(fù)合材料，中空防壓潰防撕裂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

• 安全可靠：支持 5 層堆疊，50 年壽命，滿足數(shù)據(jù)中心建筑標(biāo)準(zhǔn)交付要求，創(chuàng)新采用多維互聯(lián)支撐架構(gòu)，支持 9 烈度抗震。

• 土地利用率高：預(yù)制模塊化數(shù)據(jù)中心層高一般在 4m 左右，同等高度限制范圍內(nèi)可以建設(shè)5 層，提高土地利用率 16% 以上；此外，預(yù)制模塊化數(shù)據(jù)中心可以適配融合一體化電力模塊及鋰電，可以大幅降低配電區(qū)域的面積，減少機(jī)房占地面積。

2)數(shù)據(jù)中心園區(qū)內(nèi)疊加光伏發(fā)電系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心園區(qū)疊加光伏方案通常為屋頂和樓宇外立面疊光，并采取 UPS 和 HVDC(High Voltage Direct Current，高壓直流電 ) 輸入端低壓接入疊光。對(duì)此應(yīng)采取以下要求：

• 設(shè)計(jì)要求：需采用效率 >98.5% 以上的高效逆變器提高能源的轉(zhuǎn)換效率，減少碳排放；當(dāng)一串光伏板中間一個(gè)或多個(gè)故障時(shí)，需隔離故障光伏板，其他的可持續(xù)工作；逆變器需滿足實(shí)時(shí)識(shí)別光伏板最高功率點(diǎn)，實(shí)時(shí)能效最高。

• 安全要求：光伏直流系統(tǒng)在有電弧時(shí)需要及時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)，確保光伏系統(tǒng)安全。

3)數(shù)據(jù)中心園區(qū)內(nèi)疊加分散式儲(chǔ)能系統(tǒng)

由于數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)負(fù)載的波動(dòng)與光伏、風(fēng)電等可再生能源產(chǎn)生波動(dòng)的峰谷并不匹配，還需要增加適度的儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)波動(dòng)的能源供應(yīng)進(jìn)行削峰填谷，從而提高可再生能源的使用比例，降低對(duì)傳統(tǒng)火電的依賴程度。為了發(fā)揮數(shù)據(jù)中心的最大經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，對(duì)能源管理設(shè)施進(jìn)一步進(jìn)行整合和優(yōu)化，不間斷電源系統(tǒng) ( 含備電儲(chǔ)能 ) 需要與新型儲(chǔ)能系統(tǒng)融合。數(shù)據(jù)中心是典型的不間斷電源場(chǎng)景，不間斷電源 UPS 功率是用電容量的 1.2~1.5 倍，數(shù)據(jù)中心應(yīng)整合現(xiàn)有 UPS、備電儲(chǔ)能和削峰填谷儲(chǔ)能，實(shí)現(xiàn)備電儲(chǔ)能和削峰填谷儲(chǔ)能合一，不間斷電源 UPS 和儲(chǔ)能變流器 PCS(Power Conversion System) 合一，提升供電效率 2%~5%，降低數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施投資 5%~10%。技術(shù)方案如下圖。

▲圖1 數(shù)據(jù)中心當(dāng)前供電系統(tǒng)和未來(lái)供電超融合架構(gòu)示意圖

2.制冷系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新

數(shù)據(jù)中心根據(jù) PUE 目標(biāo)、地域條件、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈成熟度，可選用直接自然風(fēng)冷卻、間接蒸發(fā)冷卻、板級(jí)液冷和浸沒(méi)式液冷等創(chuàng)新技術(shù)或兩種技術(shù)混合應(yīng)用達(dá)到最佳 TCO。

▲圖2 制冷系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)對(duì)比

采用過(guò)低的 PUE 架構(gòu)會(huì)導(dǎo)致投資成本和運(yùn)維成本增加。通過(guò)對(duì)比不同地理環(huán)境條件下風(fēng)冷和液冷兩種制冷方式的 IT 設(shè)備和冷源和制冷設(shè)備的造價(jià)，使用過(guò)程的電費(fèi)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，并經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)大型數(shù)據(jù)中心實(shí)踐驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，單機(jī)柜 15kW 以上采用冷板式液冷可以獲得更好的整體性價(jià)比，PUE 保持 1.2~1.25 范圍節(jié)省制冷能耗的同時(shí)，也能帶來(lái)更低的 TCO。

1)間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)

間接蒸發(fā)冷產(chǎn)品是新型制冷方式設(shè)備，其采用間接換熱技術(shù)，最大程度利用自然冷源替代人工冷源，降低數(shù)據(jù)中心 PUE。

工作原理如下：

間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組為整體式，在數(shù)據(jù)中心現(xiàn)場(chǎng)安裝風(fēng)管、水管及配電后即可投入使用，機(jī)組有三種運(yùn)行模式：

• 干模式：僅風(fēng)機(jī)運(yùn)行，完全采用自然冷卻；

• 濕模式：風(fēng)機(jī)和噴淋水泵運(yùn)行，利用噴淋冷卻后的空氣換熱；

• 混合模式：風(fēng)機(jī)、噴淋水泵、壓縮機(jī)同時(shí)運(yùn)行。

▲圖3 間接蒸發(fā)制冷原理圖

三種運(yùn)行模式可以結(jié)合氣象參數(shù)和機(jī)組自身的特性曲線，結(jié)合智能控制，進(jìn)行尋優(yōu)調(diào)節(jié)，達(dá)到節(jié)能的目的。利用間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)可實(shí)現(xiàn)廣東地區(qū)數(shù)據(jù)中心制冷年均 PUE 低至 1.25。

技術(shù)要求：

• 間接蒸發(fā)冷卻設(shè)備應(yīng)以一臺(tái)為單位，結(jié)合數(shù)據(jù)中心制冷空調(diào)輸配配套的間接蒸發(fā)冷卻換熱器芯體、風(fēng)機(jī)（包含間接蒸發(fā)冷卻空調(diào)的一、二次風(fēng)機(jī)）、控制柜等電氣設(shè)施，集成在集裝箱內(nèi)；

• 集成化蒸發(fā)冷卻空調(diào)設(shè)備其箱體內(nèi)部高溫冷水管路、產(chǎn)出空氣風(fēng)道應(yīng)布置合理恰當(dāng)，并且做好管路保溫；

• 集成化蒸發(fā)冷卻空調(diào)設(shè)備應(yīng)盡可能的將能放入集成箱體內(nèi)的相關(guān)設(shè)備部件組裝進(jìn)箱體，盡量減少設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝作業(yè)任務(wù)量，以提高設(shè)備交付、投用速率。

2)冷板式液冷技術(shù)

冷板式液冷技術(shù)，即利用液體工質(zhì)作為中間熱量傳輸?shù)拿浇?，將熱量由熱區(qū)傳遞到遠(yuǎn)處再進(jìn)行冷卻。在該技術(shù)中，液體工質(zhì)與被冷卻對(duì)象分離，液體工質(zhì)不與電子器件直接接觸，而是通過(guò)液冷板等高效熱傳導(dǎo)部件將被冷卻對(duì)象的熱量傳遞到冷媒中，因此冷板式液冷技術(shù)又稱為間接液冷技術(shù)。該技術(shù)將液體工質(zhì)直接導(dǎo)向熱源，由于液體比空氣的比熱大，每單位體積所傳輸?shù)臒崃考?a href="http://www.yangziriver.cn/">散熱效率高達(dá) 1000 倍，因此制冷效率遠(yuǎn)高于風(fēng)冷散熱。該技術(shù)可有效解決高功率密度服務(wù)器的散熱問(wèn)題，降低冷卻系統(tǒng)能耗而且降低噪聲。

▲圖4 冷板式液冷解決方案

冷板式液冷在實(shí)施部署上有明顯優(yōu)勢(shì)，具體體現(xiàn)在 4 個(gè)方面：

• 兼容性好：主板、硬盤(pán)、連接器材都不需要定制化生產(chǎn)，設(shè)備采購(gòu)成本較低；

• 機(jī)房適配要求低：普通機(jī)房承重可以滿足部署條件，無(wú)需特殊加固，液冷工質(zhì)不會(huì)形成排氧效應(yīng)，對(duì)通風(fēng)要求與常規(guī)機(jī)房一致，傳統(tǒng)機(jī)房可快速改造；

• 可維護(hù)性好：IT 設(shè)備、液冷管路和機(jī)柜歧管間連接器支持盲插，易于維護(hù)；

• 產(chǎn)業(yè)鏈成熟：冷卻塔、水泵、CDU（Coolant Distribution Unit，冷量分配單元）和冷水機(jī)組等配套設(shè)備、液冷整機(jī)機(jī)柜、服務(wù)器液冷冷板、連接器、液冷工質(zhì)均規(guī)模國(guó)產(chǎn)化，國(guó)內(nèi)成熟可靠供應(yīng)商較多，選擇范圍大。

3)氟泵技術(shù)

氟泵技術(shù)，是以泵驅(qū)動(dòng)氟利昂工質(zhì)，克服系統(tǒng)阻力實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)的一種自然冷卻技術(shù)。因?yàn)榉弥兴玫墓べ|(zhì)為制冷劑（冷媒），因此氟泵亦被稱為制冷劑泵或冷媒泵。

工作原理如下：

氟泵技術(shù)的核心是利用自然冷源，其應(yīng)用與數(shù)據(jù)中心對(duì)制冷的特殊需求場(chǎng)景密切相關(guān)。與傳統(tǒng)的樓宇不同，數(shù)據(jù)中心在冬季或過(guò)渡季節(jié)依然會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，此時(shí)采用氟泵系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的壓縮機(jī)機(jī)械制冷系統(tǒng)進(jìn)行制冷，可以有效的節(jié)能降耗，實(shí)現(xiàn)碳排放的減少。

搭載氟泵技術(shù)的制冷循環(huán)系統(tǒng)在室外低溫工況能達(dá)到節(jié)能效果的主要原因在于：室外低溫工況時(shí)，系統(tǒng)不需要壓縮機(jī)壓縮氣態(tài)制冷劑來(lái)達(dá)到所需的冷凝壓力，采用氟泵就可克服系統(tǒng)阻力，

驅(qū)動(dòng)整個(gè)制冷循環(huán)。由于制冷劑液體體積遠(yuǎn)小于（或者說(shuō)密度遠(yuǎn)大于）制冷劑氣體，此時(shí)氟泵對(duì)液態(tài)制冷劑做功遠(yuǎn)小于相同工況下壓縮機(jī)對(duì)氣態(tài)制冷劑做功，即驅(qū)動(dòng)相同流量的制冷劑，氟泵的功率遠(yuǎn)小于壓縮機(jī)，從而達(dá)到節(jié)能效果。

在過(guò)渡季節(jié)，采用氟泵技術(shù)的混合模式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的原因是因?yàn)榉锰嵘死淠骱蟮囊簯B(tài)制冷劑壓力，從而在相同的電子膨脹閥開(kāi)度的情況下，提升蒸發(fā)壓力，減少壓縮機(jī)做功，從而達(dá)到節(jié)能效果。

氟泵技術(shù)的節(jié)能效果主要體現(xiàn)在，室外低溫或過(guò)渡季節(jié)時(shí)為系統(tǒng)提供相同制冷量所需的功率遠(yuǎn)小于壓縮機(jī)。在文獻(xiàn)《基于氟泵增壓的機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)研究》中指出搭載氟泵的系統(tǒng)在 -5~25℃的混合模式下輸出 100% 冷量，制熱能效比 COP（Coefficient of Performance，性能系數(shù)）可達(dá) 3.96~6.25。在室外 -5℃的純氟泵模式下，輸出 100% 的額定制冷量時(shí)，COP 可達(dá) 19~20，遠(yuǎn)高于在相同工況下 COP 為 7 的純壓縮機(jī)系統(tǒng)。

從氟泵系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，其相較于傳統(tǒng)的壓縮機(jī)機(jī)械制冷的節(jié)能減排效果也非常明顯。單機(jī)的機(jī)械制冷系統(tǒng)上應(yīng)用氟泵技術(shù)后，在低溫工況下能效可提升 3~6 倍。氟泵的節(jié)能效果與可利用的自然冷源的時(shí)長(zhǎng)密切相關(guān)，如果以年為時(shí)間單位分析，不同的地域可達(dá)到約 5%~40%的節(jié)能率。

4)余熱回收技術(shù)

北方寒冷地區(qū)數(shù)據(jù)中心使用熱泵機(jī)組來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)中心冷凍水余熱進(jìn)行二次提溫后輸送到熱管網(wǎng)替代市政供熱，用于寒冷季節(jié)居民采暖和辦公采暖，對(duì)數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的廢熱進(jìn)行梯次利用，從而提升能源綜合利用效率，是實(shí)現(xiàn)碳中和的有效路徑之一。

余熱回收技術(shù)原理如圖 7 所示。數(shù)據(jù)中心冷凍水末端空調(diào)供水溫度為 10~15℃，回水溫度為15~25℃，數(shù)據(jù)中心出來(lái)的溫水通過(guò)電驅(qū)動(dòng)熱泵機(jī)組加熱為采暖系統(tǒng) 55℃熱水，傳遞給就近區(qū)域采暖管網(wǎng)，然后熱水分發(fā)到社區(qū)或就近的數(shù)據(jù)中心辦公區(qū)。

▲圖5 余熱回收技術(shù)原理

熱泵在取暖運(yùn)行階段只需要提取 1/10~1/5 的熱量即可滿足就近的居民和辦公采暖需求，余熱回收在部分北方寒冷且電費(fèi)較低地區(qū)具備運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性，5~6 年可回收投資，同時(shí)打破用能體系邊界，實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域能源耦合梯次利用，發(fā)揮能效潛力，多方利用余熱，將余熱轉(zhuǎn)換為可再生能源。

3.高效率供配電技術(shù)創(chuàng)新

1)高效 UPS

UPS 的效率是指在儲(chǔ)能裝置沒(méi)有明顯的能量輸入和輸出條件下，輸出有功功率與輸入有功功率之比。高效 UPS 是指利用各種節(jié)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)雙變換效率最大可達(dá)到 97%（R 載）的不間斷電源產(chǎn)品。

通過(guò)降低器件損耗、優(yōu)化 UPS 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、降低系統(tǒng)損耗等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)雙變換效率最大可達(dá)到 97%（R 載）的超高效 UPS，可以有效降低供配電系統(tǒng)的能耗和碳排放。此外，利用模塊化UPS 可以按需擴(kuò)容、模塊冗余、智能休眠等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)低載高效，更加匹配真實(shí)業(yè)務(wù)分期分批上線的運(yùn)行要求。

2)UPS 智能在線模式

UPS 智能在線模式，是指在滿足 GB/T 7260.3（IEC62040-3）中規(guī)定電網(wǎng)輸入條件下，UPS優(yōu)先工作在 VFD/VI 模式 (Voltage Frequency Dependent/Voltage Independent)，當(dāng)電網(wǎng)條件不滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電網(wǎng)輸入條件下，UPS 可以從 VFD/VI 模式 0ms 切換至 VFI 模式。Voltage and Frequency Independent）。其中，VFI、VFD、VI 三種工作模式的功率流向詳見(jiàn)圖 8 三種 UPS工作模式。

▲圖6 三種UPS工作模式

通過(guò)智能在線模式可以在保障系統(tǒng)供電安全前提下實(shí)現(xiàn)更高的運(yùn)行效率，幫助用戶進(jìn)一步節(jié)能減排。智能在線模式在負(fù)載率 ≥30% 時(shí)，VFD 模式下 UPS 效率不低于 98.5%（R 載）；與傳統(tǒng)的 ECO 模式需要 4-20ms 的切換時(shí)間不同，智能在線模式可實(shí)現(xiàn) UPS 在 VFI、VFD、VI 模式之間切換時(shí)間為 0ms，保障負(fù)載供電的可靠性；VI 模式下，可通過(guò)逆變器進(jìn)行諧波補(bǔ)償及輸出功率因數(shù)校正，保證旁路輸入 PF（功率因數(shù)）值不小于 0.95、THDi（Total Harmonic Distortion，電流諧波畸變總數(shù)）不高于 5%。

3)電力模塊技術(shù)

電力模塊，是一種包含變壓器、低壓配電柜、無(wú)功補(bǔ)償、UPS 及饋線柜、柜間銅排和監(jiān)控系統(tǒng)的一體化集成、安全可靠的全新一代供配電產(chǎn)品，其輸入為“三相無(wú)中線 +PE（Protective Earthing，保護(hù)性接地）”的 10kV、50Hz 的交流電源，輸出為 380V“三相四線 +PE”交流輸出。

通過(guò)將變壓器、低壓配電柜、無(wú)功補(bǔ)償、UPS 及饋線柜和監(jiān)控系統(tǒng)融合在一起，電力模塊能減少柜位數(shù)，并極大的減短柜間銅導(dǎo)體的連接長(zhǎng)度，減少銅導(dǎo)體使用量，減少供配電間占用面積，進(jìn)而減少損耗，顯著提升系統(tǒng)效率，節(jié)能減排效果明顯。

▲圖7 電力模塊示意圖

4.ICT 設(shè)備節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新

1)全閃存存儲(chǔ)

閃存介質(zhì)有高密度、高可靠、低延遲、低能耗等特點(diǎn)。存儲(chǔ)介質(zhì)全閃存化，即逐步提升數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)介質(zhì)閃存化比例，建議近期從 2021 年的 24% 提高到 2025 年的 50%，長(zhǎng)期到 2030 年達(dá)到 90%，遠(yuǎn)期最終實(shí)現(xiàn) 100% 全閃存存儲(chǔ)，加速數(shù)據(jù)中心向“硅進(jìn)磁退”方向演進(jìn)。

隨著全閃存存儲(chǔ)的快速發(fā)展，基于閃存介質(zhì)的固態(tài)硬盤(pán)數(shù)據(jù)訪問(wèn)比機(jī)械硬盤(pán)快 100 倍左右，吞吐量大 100 倍，單盤(pán)的 IOPS 大 1000 倍以上，電力消耗減少 70%。

隨著存儲(chǔ)通信協(xié)議的發(fā)展，把存儲(chǔ)介質(zhì)變化的效率和網(wǎng)絡(luò)帶寬提升的作用充分發(fā)揮，這些變化促使了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理能力的大幅提升，優(yōu)化了數(shù)據(jù)中心算力與存力的基礎(chǔ)能力結(jié)構(gòu)，加速了數(shù)據(jù)資源的快速流通。

2)存算分離架構(gòu)

受限于散熱和空間限制，普通的通用型服務(wù)器配備硬盤(pán)的數(shù)量有限，通常為 1U10 盤(pán)、 2U24 盤(pán)、4U36 盤(pán)。而專門(mén)設(shè)計(jì)的高密存儲(chǔ)型節(jié)點(diǎn)，能做到 1U32 盤(pán)、2U36 盤(pán)、5U80 盤(pán)、 4U80 盤(pán)、5U120 盤(pán)，密度達(dá)到傳統(tǒng)存儲(chǔ)服務(wù)器的 2~2.6 倍，結(jié)合存算分離架構(gòu)，相對(duì)使用通用型服務(wù)器，減少了節(jié)點(diǎn) CPU、內(nèi)存及配套交換機(jī)，同等容量下帶來(lái)能耗節(jié)約 10%~30%。

在大數(shù)據(jù)分析場(chǎng)景，采用存算分離架構(gòu)后，還可以利用數(shù)據(jù)糾刪碼（Erasure Code，EC）技術(shù)替代三副本數(shù)據(jù)，進(jìn)一步把磁盤(pán)利用率從 33% 提升到 91%，減少磁盤(pán)空間占用，節(jié)約能耗。

3)數(shù)據(jù)重刪壓縮

數(shù)據(jù)重刪技術(shù)是通過(guò)利用定長(zhǎng)重刪、變長(zhǎng)重刪、相似重刪算法來(lái)檢查數(shù)據(jù)塊，然后把相同數(shù)據(jù)刪除的技術(shù)。數(shù)據(jù)壓縮、壓緊技術(shù)是通過(guò)數(shù)據(jù)壓縮、壓緊算法把定長(zhǎng)的數(shù)據(jù)塊優(yōu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)布局，節(jié)約存儲(chǔ)空間。

借助閃存介質(zhì)帶來(lái)的 100 倍性能提升，利用數(shù)據(jù)重刪壓縮技術(shù)，目前業(yè)界已經(jīng)能夠在數(shù)據(jù)庫(kù)、桌面云、虛擬機(jī)等業(yè)務(wù)場(chǎng)景實(shí)現(xiàn) 2~3.6 倍的數(shù)據(jù)縮減率（重刪壓縮前數(shù)據(jù)總量 / 重刪壓縮后數(shù)據(jù)總量），相當(dāng)于同樣的存儲(chǔ)空間能夠儲(chǔ)存 2~3.6 倍的數(shù)據(jù)，耗能節(jié)約 50% 以上。

4)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備節(jié)能

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備狀態(tài)、單板狀態(tài)、端口狀態(tài)和光模塊狀態(tài)等信息，自動(dòng)關(guān)閉不需要的器件和端口供電，智能調(diào)整芯片電壓及風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等手段降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能耗?；?VC 相變散熱和碳納米導(dǎo)熱單板級(jí)相變散熱技術(shù)散熱效率最高提升 4 倍，溫度最多降低 19℃，采用基于混流風(fēng)扇的整機(jī)散熱技術(shù)，可以提高 3 倍風(fēng)量，減少 49% 電力消耗，SuperPower 技術(shù)如基于磁吹滅弧技術(shù)的毫秒級(jí)切換智能電源模塊，實(shí)現(xiàn)每比特功耗相比業(yè)界降低 54%。

5)無(wú)損數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)

無(wú)損數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)是算力提升方向之一。從目前業(yè)界普遍認(rèn)可的算力計(jì)算模型分析，受到通用計(jì)算能力、高性能計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力和網(wǎng)絡(luò)能力的綜合影響，如果網(wǎng)絡(luò)存在大量數(shù)據(jù)丟包和數(shù)據(jù)重傳，將會(huì)影響整體計(jì)算能力的提升。

▲圖8 算力計(jì)算模型

無(wú)損數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)通過(guò)引入 AI 人工智能技術(shù)，如 iLossless-DCN 系列算法，智能控制調(diào)優(yōu)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在極高吞吐下低時(shí)延 0 丟包，規(guī)模不變，算力能效比提升，降低綜合能耗。

據(jù)實(shí)測(cè)場(chǎng)景數(shù)據(jù)分析：在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)場(chǎng)景 IOPS 提升可以達(dá)到 10%~33%、時(shí)延降低 25%；在 AI 場(chǎng)景通過(guò)無(wú)損技術(shù)突破 HASH 不均難題，有效吞吐提升到 90%，單任務(wù)訓(xùn)練效率最大提升20%；在某流體力學(xué)應(yīng)用實(shí)際測(cè)試中，完成同樣任務(wù)，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)需要 375 秒，0 丟包以太網(wǎng)需要耗時(shí) 198 秒。折算到單位算力功耗，0 丟包以太網(wǎng)單位算力能耗相比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)最多降低 47%。

5.AI應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新

在數(shù)據(jù)中心投入運(yùn)營(yíng)之后，由于能源與熱管理方面的節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新，可以大大降低消耗電能所間接產(chǎn)生的碳排放，但是能源系統(tǒng)的復(fù)雜化也成為了新的問(wèn)題，AI 算法所支持的智能運(yùn)維管理和能耗優(yōu)化似乎成為了最佳的答案。面對(duì)多變量，高復(fù)雜度的系統(tǒng)，以及難以預(yù)測(cè)的業(yè)務(wù)，AI 算法可以實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)管理，在保障業(yè)務(wù)正常運(yùn)行的前提下，將數(shù)據(jù)中心的“綠色”程度推向極致。

1)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng) AI 能效優(yōu)化

將基于系統(tǒng)聯(lián)動(dòng) AI 能效優(yōu)化技術(shù)的智能熱管理解決方案融入數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施，針對(duì)數(shù)據(jù)中心制冷效率提升瓶頸，通過(guò)深度學(xué)習(xí)，打通精密空調(diào)末端、冷水機(jī)組、冷卻塔、水泵等制冷系統(tǒng)以及 IT 負(fù)載、環(huán)境變量等大數(shù)據(jù)之間的聯(lián)動(dòng)，并對(duì)大量的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探索影響能耗的關(guān)鍵因素，最終獲得 PUE 的預(yù)測(cè)模型。利用尋優(yōu)算法獲取調(diào)優(yōu)參數(shù)組，下發(fā)到控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)制冷系統(tǒng)的最優(yōu)控制。最終通過(guò)不斷調(diào)整優(yōu)化，獲得最佳能源利用效率。系統(tǒng)聯(lián)動(dòng) AI 能效優(yōu)化技術(shù)可幫助智能熱管理解決方案實(shí)現(xiàn)PUE 降低 8%~15%，為大型數(shù)據(jù)中心每年節(jié)約電費(fèi)數(shù)百萬(wàn)人民幣。

▲圖9 系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)AI能效優(yōu)化

2)AI 智能運(yùn)營(yíng)運(yùn)維技術(shù)

通過(guò)利用 AI 智能運(yùn)營(yíng)運(yùn)維技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)中心資產(chǎn)管理、電力模塊預(yù)測(cè)性維護(hù)和電池失效及壽命管理，可顯著提升運(yùn)營(yíng)運(yùn)維效率。

• 利用 AI 技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)中心的資產(chǎn)進(jìn)行智能管理。數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)需要對(duì)資產(chǎn)進(jìn)行盤(pán)查，保證設(shè)備的完整性和保護(hù)重要數(shù)據(jù)。另外，還可以對(duì)數(shù)據(jù)中心資產(chǎn)匹配最適宜的供電、制冷、空間、帶寬等資源，實(shí)現(xiàn)資源的最佳利用。利用 AI 智能運(yùn)營(yíng)運(yùn)維技術(shù)對(duì)資產(chǎn)上下架和運(yùn)營(yíng)進(jìn)行智能化的協(xié)助管理，提升運(yùn)營(yíng)效率和效益。

• 利用 AI 技術(shù)對(duì)電力模塊管理進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)。通過(guò) AI 技術(shù)實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)和供電全鏈路監(jiān)測(cè)，可實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的故障檢測(cè)，毫秒級(jí)的故障隔離，分鐘級(jí)的故障恢復(fù)?？上馂?zāi)隱患，大大提高數(shù)據(jù)中心能源基礎(chǔ)設(shè)施可靠性和可用性。

• 利用 AI 技術(shù)對(duì)電池管理進(jìn)行主動(dòng)性維護(hù)。通過(guò) AI 技術(shù)不僅可以預(yù)防電池失效，也可以精確預(yù)測(cè)電池的壽命和健康度，為用戶提前提供維護(hù)決策依據(jù)，及時(shí)排除有失效隱患的電池組，變事后補(bǔ)救為事前預(yù)防，變被動(dòng)響應(yīng)為主動(dòng)維護(hù)，大大提高數(shù)據(jù)中心供配電安全等級(jí)。

6.制冷和供配電系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新未來(lái)展望

1)吸附式制冷技術(shù)

吸附式制冷實(shí)現(xiàn)廢熱回收再利用，回收計(jì)算設(shè)備產(chǎn)生的熱量，將其轉(zhuǎn)換為成冷量，用于存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或辦公室制冷。吸附式冷機(jī)的動(dòng)作溫度不小于 50°C 熱回收率不小于 30%，回收的熱量用于制冷，從而降低制冷的總能耗。

▲圖10 吸附式制冷技術(shù)原理

吸附式制冷結(jié)合數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)調(diào)度與計(jì)算負(fù)載感知協(xié)同，確保吸附式制冷機(jī)熱端進(jìn)水溫度不小于 50°C，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定制冷。小型化吸附式冷機(jī)應(yīng)當(dāng)持續(xù)提升功率密度，逐漸從業(yè)界 3kW/m3 的水平優(yōu)化至 10kW/m3 以上，從而減少占地面積。以液冷負(fù)載為 1000kW 的數(shù)據(jù)中心為例，在 80% 負(fù)載率下，對(duì) 800kW的散熱量進(jìn)行熱回收，假設(shè)其回收效率為30%，那么可以回收產(chǎn)生240kW的冷量，按照與傳統(tǒng)機(jī)械制冷相比對(duì)應(yīng)節(jié)省 60kW 左右的制冷功耗，相當(dāng)于節(jié)能 60/1000=6%。

在超大規(guī)模高性能計(jì)算集群或者機(jī)柜功率密度大于 150kW 的業(yè)務(wù)場(chǎng)景下，對(duì)于采用冷板液冷且液冷占比大于 90% 時(shí)，可以采用吸附式制冷技術(shù)進(jìn)行廢熱回收利用。吸附式制冷模塊化設(shè)計(jì)，可按計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)的設(shè)備配比一次性集成交付。

2)數(shù)據(jù)中心浸沒(méi)式液冷技術(shù)

數(shù)據(jù)中心浸沒(méi)式液冷技術(shù)根據(jù)冷卻液換熱過(guò)程中是否發(fā)生相變可分為單相浸沒(méi)式液冷與兩相浸沒(méi)式液冷，兩種技術(shù)在原理上略有不同。

單相浸沒(méi)式液冷的技術(shù)原理如圖 13 所示。服務(wù)器被完全浸沒(méi)在絕緣冷卻液中，冷卻液帶走服務(wù)器產(chǎn)生的熱量后，通過(guò)循環(huán)將熱量傳遞給換熱器中的二次側(cè)冷媒（通常是水）。二次側(cè)冷媒吸收熱量后通過(guò)循環(huán)再將熱量傳遞給室外冷卻設(shè)備，至此完成由服務(wù)器向室外環(huán)境的熱量傳遞。

▲圖11 單相浸沒(méi)式液冷技術(shù)原理

兩相浸沒(méi)式液冷的技術(shù)原理如圖 14 所示。服務(wù)器被完全浸沒(méi)在絕緣冷卻液中，服務(wù)器產(chǎn)生的熱量會(huì)引起冷卻液局部沸騰，在這一沸騰過(guò)程中冷卻液變?yōu)闅庀喙べ|(zhì)并帶走服務(wù)器產(chǎn)生的熱量。氣相工質(zhì)不斷上升，在遇到冷凝器后將熱量傳遞給冷凝器中的水，變?yōu)橐旱位氐?a href="http://www.yangziriver.cn/tags/68.html">液冷機(jī)柜中。水吸收熱量后通過(guò)循環(huán)將熱量傳遞給室外冷卻設(shè)備，至此完成由服務(wù)器向室外環(huán)境的熱量傳遞。

▲圖12 兩相浸沒(méi)式液冷技術(shù)原理

數(shù)據(jù)中心浸沒(méi)式液冷技術(shù)的能耗主要由促使液體循環(huán)的泵和室外冷卻設(shè)備產(chǎn)生。其中，兩相浸沒(méi)式的冷卻液循環(huán)是無(wú)源的，因此兩相浸沒(méi)液冷的能耗一般要低于單相浸沒(méi)液冷。由于浸沒(méi)式液冷的室外側(cè)通常是高溫水，其室外冷卻設(shè)備往往可以利用自然冷源且不受選址區(qū)域的限制，從而起到節(jié)能減排的目的。浸沒(méi)式液冷技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈成熟度較低，在換熱性能、成本、穩(wěn)定性等方面需要持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展。

3)數(shù)據(jù)密集型集群存儲(chǔ)

數(shù)據(jù)密集型集群存儲(chǔ)是面向中大型綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心打造的以 DPU 為中心的存算網(wǎng)融合一體化整柜液冷解決方案。對(duì)比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)，采用了高密存儲(chǔ)、大比例 EC、存算分離、 DPU 卸載、數(shù)據(jù)處理加速、數(shù)據(jù)高縮減和存儲(chǔ)液冷等創(chuàng)新技術(shù)，保障數(shù)據(jù)中心空間、功耗、制冷和運(yùn)維等各環(huán)節(jié)綜合成本的大幅度降低，提升數(shù)據(jù)中心交付效率，縮短上線周期，數(shù)據(jù)中心資源利用率提升 50%，空間占用下降 50%。

數(shù)據(jù)密集型集群存儲(chǔ)原生集成全局?jǐn)?shù)據(jù)管理和全局文件系統(tǒng)能力，提供虛擬化、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、HPDA（High Performance Data Analytics，高性能數(shù)據(jù)分析）等場(chǎng)景下跨域海量數(shù)據(jù)傳輸、高通量數(shù)據(jù)處理和高密度低成本數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的能力。同時(shí)，提供南北向標(biāo)準(zhǔn)的 API 接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施與異構(gòu)多云連接與融合，通過(guò)一池對(duì)接多云，避免多云導(dǎo)致的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理孤島問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)跨數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一融合存儲(chǔ)資源池。數(shù)據(jù)密集型集群存儲(chǔ)支持跨域熱溫冷數(shù)據(jù)自動(dòng)分級(jí)和流動(dòng)，跨域數(shù)據(jù)要素流通過(guò)程中更高效、更綠色執(zhí)行數(shù)據(jù)調(diào)度和智能流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)東數(shù)西算和東數(shù)西存數(shù)據(jù)流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)架構(gòu)。 

4)固態(tài)變壓器

固態(tài)變壓器（Solid State Transformer，SST）是一種通過(guò)電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)能量傳遞和電力變換的新型變壓器，本質(zhì)是通過(guò)電力電子器件將電能高頻化，以減小變壓器體積和成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了能量的交流直流可控。并且通過(guò)減少變換層級(jí)降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，提升系統(tǒng)效率。

固態(tài)變壓器依靠電力電子變換器將能量高頻化，頻率普遍達(dá)到 5kHz 以上。固態(tài)變壓器中大部分部件為電力電子器件，因此固態(tài)變壓器主要依托的是電力電子半導(dǎo)體技術(shù)。但受限于電力電子水平，當(dāng)前各高校和企業(yè)研制的固態(tài)變壓器，無(wú)論是成本、占地、效率和可靠性，都低于工頻變壓器。雖然當(dāng)前的固態(tài)變壓器在經(jīng)濟(jì)性上還無(wú)法替代工頻變壓器，但隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和新型半導(dǎo)體材料的逐步成熟，固態(tài)變壓器將成為大型數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗的一個(gè)重要路徑。

本文標(biāo)題：?jiǎn)误w數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗整體解決方案及措施

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