数据中心发展现状、绿色化进程及演进分析

数字经济蓬勃发展下，数据中心继续快速发展。

随着人工智能等新一代信息技术快速发展，信息技术与传统产业加速融合，数字 经济蓬勃发展。2017 年-2022 年我国数字经济规模持续增长，增速基本保持在 10% 以上，同时占 GDP 比重也持续增长。 2022 年我国数字经济规模为 50.2 万亿元，同比增长 10.3%，占 GDP 比重为 41.5%， 我国数字经济增速明显高于全球主要国家 7.6%的同比增速水平，预计 2023 年我 国数字经济规模为 56.7 万亿元。

当前，算力成为 GDP 的新引擎，数字时代需要高效、绿色的“算力网”，“东数西 算”在我国应运而生。2022 年 2 月，国家发展改革委会同中央网信办、工业和信 息化部、国家能源局等有关部门，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 8 地启动建设国家算力枢纽，并规划张家口等 10 个 国家数据中心集群，正式启动“东数西算”工程，构建全国一体化大数据中心协 同创新体系。 “东数西算”工程推动了算力、网络、数据、能源等协同联动，我国算力基础设 施和应用也随之快速推进。

作为数据传输、计算和存储的底座，数据中心是算力的承载中心。同时随着 5G、 工业互联网、人工智能、云计算、大数据等新技术和新应用的快速发展，数据资 源的存储、计算和应用需求大幅提升，推动了数据中心的建设需求。 我国数据中心市场规模维持高速增长态势。数据显示我国在用数据中心机架总规 模持续增长，2018 年-2022 年年均增速达到 29.97%，平均上架率达到 58%。2023 年，我国数据中心在用机架数量达到 810 万架。

数据中心机架即数据中心基础设施中的机柜系统，主要用于容纳服务器的物理框 架，数据中心机架数量的持续增长表明数据中心产业的整体规模的不断扩大。 2023 年全球数据中心市场规模达到 822 亿美元，同比增长 10%，预计 2024 年规 模将达到 904 亿美元。我国数据中心市场规模 2019 年-2023 年 CAGR 为 28.7%， 远高于全球 9.7%的复合增速，2023 年我国数据中心市场规模达到 2407 亿元，预 计 2024 年规模将达到 3048 亿元。随着我国数字经济的持续深入推进，我国数据 中心市场规模未来仍将保持稳定增速。

为实现绿色可持续发展，我国提出双碳发展战略，我国通信行业也在向着绿色、 低碳、高质量的方向发展，能效水平成为行业发展的重要关注点。 从政策方面看，政策聚焦数据中心、通信基站、通信机房三类重点实施，《信息通 信行业绿色低碳发展行动计划（2022-2025 年）》提出，展望 2030 年，信息通信 行业绿色低碳发展总体布局更加完善，信息基础设施整体能效全球领先，绿色产 业链供应链稳定顺畅，有力支撑经济社会全面绿色转型。

数据中心作为海量数据的主要存储与运算处理实体随着规模不断扩大能耗问题 愈加显现，数据中心的绿色发展方向引导数据中心基础设施技术必须改进。 电能利用效率(PUE)是用以评价数据中心能源利用效率的一种指标,目前被国内 外数据中心广泛使用，PUE 计算公式为 Pt/PIT（Pt 为数据中心全年总耗电量;PIT 为数据中心 IT 设备全年耗电量），PUE 值越趋近于 1,数据中心用于 IT 设备以外 的能耗越低,绿色化程度越高。 我国数据中心用电量和二氧化碳排放量均处于增长态势，数据中心已经是第三产 业的能耗大户，国际电力网数据显示 2022 年全年全国数据中心耗电量达到 2700 亿千瓦时，同比增长 24.7%，占全社会用电量约 3%，预计到 2025 年全国数据中 心用电量占全社会用电量的比重将提升至 5%。行业绿色低碳发展要求下，数据中 心作为政策重点关注领域，其基础设施建设急需向更高效、更节能转型。 数据显示空调系统能耗占整个数据中心能耗的 40%，仅次于 IT 设备能耗，是总能 耗中占比最高的基础设施模块。数据中心温控系统升级成为降低数据中心能耗的 关键因素，改进数据中心制冷等基础设施技术，提高制冷效率成为重要方向。

近年我国数据中心绿色发展进程日益加快，在用数据中心服务器 PUE 持续下降， 先进绿色数据中心 PUE 已降低到 1 附近，达到世界先进水平。数据显示 2021 年 度全国数据中心平均 PUE 为 1.49，2019 年全国平均 PUE 接近 1.6。华北/华东的 数据中心平均 PUE 为 1.42/1.41，华中、华南等地区仍存在较大的提升空间。

提升数据中心 PUE 表现仍然为当前重要议题。“东数西算”政策要求到 2025 年东 部枢纽节点数据中心 PUE＜1.25，西部枢纽节点数据中心 PUE＜1.2，目前很多省 份数据中心项目可研审批均要求设计 PUE 不高于 1.2，例如《上海市推进算力资 源统一调度指导意见》提出，到 2025 年新建数据中心绿色算力占比超过 10%，宁 夏也提出新建大型、超大型数据中心 PUE 值应不高于 1.2 等要求。

我国从 2018 年开始发布第一批 49 家国家绿色数据中心，目前已发布共 4 批近 200 家国家绿色数据中心。主要在生产制造、电信、互联网、公共机构、能源、 金融、电子商务等数据中心重点应用领域及提供算力服务的超算、智算领域中， 选择能效水平高且绿色低碳、布局合理、技术先进、管理完善、代表性强的数据 中心进行选择，高效 IT 设备、制冷系统、供配电系统、辅助系统技术产品都成为 重点方向。

2020 年开始，数字技术的加速发展驱动智算、数据中心集群、边缘算力等需求快 速增长，尤其是 2022 年 AIGC 的新业态，AI 进入以多模态和大模型为特色的新时 代，需求向“云计算大型、超大型 IDC+智能计算本地化中型数据中心+边缘计算 小微型 IDC”三级转变，规模化智算与行业智算并行的需求特征显现。 2023 年以来 AI 大模型的快速发展下，无论是政策的引导还是实际的需求，智能 算力已经成为最大的热点，工信部信息显示，2023 年上半年新建的算力项目中， 智能算力已达半数。信通院数据显示截至 2023 年 6 月，全国已经投运的人工智 能计算中心达 25 个，在建人工智能计算中心超过 20 个。 智算中心是基于最新的人工智能理论，采用领先的人工智能计算架构，为人工智 能应用提供所需的算力、数据和算法服务。智算中心通过算力的生产、聚合、调 度和释放，高效地支撑数据开放共享、智能生态建设、产业创新聚集，促进 AI 产 业化、产业 AI 化及政府治理智能化。

2023 年 10 月，工信部等六部委发布《算力基础设施高质量行动计划》，行动计 划要求到 2025 年，计算力方面，算力规模超过 300EFLOPS，智能算力占比达到 35%，运载力方面，国家枢纽节点数据中心集群间基本实现不高于理论时延 1.5 倍 的直连网络传输，重点应用场所光传送网（OTN）覆盖率达到 80%，存储力方面， 存储总量超过 1800EB，先进存储容量占比达到 30%以上。工信部等七部门发布的 《关于推动未来产业创新发展的实施意见》把超大规模新型智算中心列为创新标 志性产品之一。

从基础设施侧看，2022 年全球算力总规模达到 650EFLOPS，同比增长 25%，其中 智能算力规模为 142EFLOPS，同比增长 26.7%，规模占比达 21.8%。我国算力总规 模为 180EFLOPS，同比增长 28.6%，其中智能算力规模为 41EFLOPS，同比增长 41.4%， 占比 22.3%，均高于全球水平，截至 2023 年 6 月我国数据中心算力总规模达 197EFLOPS。

人工智能算力需求的快速增长成为当前的显著特征，以大模型为代表的 Al 技术 正以史无前例的速度和深度触发广泛的行业变革。华为在其 2023 年年报中称未 来两年人工智能将为 50%以上的行业核心场景创造更多新价值。大模型技术的创 新基于海量数据，加速到来的智能时代对算力基础设施提出新要求。 AI 大模型依赖“强算法、高算力、大数据”，以 ChatGPT 模型为例需要至少 1 万 张算力 GPU 提供支撑，同时据统计当模型参数扩大十倍，算力投入将超过十倍， 具体增加的倍数受模型架构、优化效率、并行处理能力以及算力硬件能力等因素 综合影响。

在当前数据中心算力格局中，Al 算力成为最主要的增量。在拥有成百上千加速卡 的人工智能服务器集群上，对千亿级参数人工智能大模型进行分布式训练，这对 算力资源的规模提出了极高的要求。 华为 2023 年年报预计，到 2030 年，全球通用算力需求将达到 3.3ZFLOPS,是 2020 年的 10 陪；Al 算力需求将达到 105ZFLOPS,是 2020 年的 500 倍；全球每年产生 的数据总量将达到 1YB,是 2020 年的 23 倍。 AI 服务器随之快速增长。IDC 和浪潮信息在其《2023-2024 年中国人工智能计算 力发展评估报告》中预测，全球人工智能硬件市场(服务器)将从 2022 年的 195 亿 美元增长到 2026 年的 347 亿美元，五年年复合增长率达 17.3%；其中，用于运行 生成式人工智能的服务器市场规模在整体人工智能服务器市场的占比将从 2023 年的 11.9%增长至 2026 年的 31.7%。

另一个快速增长的领域是边缘计算，IDC 预计未来有大概 20%的边缘计算数据中 心将采用液冷技术。IDC 报告数据显示，全球边缘人工智能基础设施处理器和加 速器的增长将从 2022 年的 11 亿美元增加至 2027 年的 94 亿美元，CAGR 达 52.3%。 边缘智能具有降低时延、提高数据隐私，降低运营成本等优势，已经在工业、交 通、医疗、零售、农业等行业实现广泛应用。 从超算领域看，过去几十年得益于国家及地方政府的持续投入，我国超算系统的 建设和应用水平持续提升。无论是超级计算机研制方面还是超算应用都在国际前 列。目前我国获批的国家超级计算中心已达 11 所，这些国家级超算中心单体算 力多在数百 PFLOPS 级别，个别中心算力可达 EFLOPS 级别。 超算商业化进程也提速，超算从科研、政府需求、公共产品等逐步应用到更多场 景，需求成为重要导向，例如云计算、人工智能、短视频等。 2023 年 4 月科技部发起成立国家超算互联网联合体。根据部署国家超算互联网 将通过算力网络将全国众多超算中心连接起来，构建一体化算力服务平台，实现 算力资源统筹调度，降低超算应用门槛，带动计算技术向更高水平发展。