算力作为数字经济的核心生产力,成为全球战略竞争的新焦点。数据作为新一代生产要素,已被提升到国家战略资源层面加以规划利用。目前,在数字技术快速发展的带动下,我国数据资源存储、计算和应用需求不断提升。在资源与发展的共同约束下,东部数据中心发展难以为继、西部数据中心算力过剩,推动国家“东数西算”战略实施。本文在厘清“东数西算”概念、趋势、建设进程的基础上,总结分析西部(重庆)数据中心集群建设现状以及面临问题,并结合重庆发展实际,提出了重庆市实施“东数西算”工程的建议。

国家“东数西算”战略概述

(一)“东数西算”概念及内涵

“东数西算”是指通过构建数据中心、云计算大数据一体化的新型算力网络体系,将东部算力需求有序引导到西部,优化数据中心建设布局,促进东西部协同联动。简单地说,就是让西部的算力资源更充分地支撑东部数据的运算,更好为数字化发展赋能。

(二)国家“东数西算”建设进程按照全国一体化大数据中心体系布局,在全国设立8个算力枢纽节点、10个国家数据中心集群。其中,京津冀、长三角以及粤港澳作为东部枢纽主要负责处理工业互联网、金融证券、灾害预警、远程医疗、视频通话、人工智能推理等网络时延要求较高的业务,内蒙古、宁夏、甘肃、贵州作为西部数据中心负责处理后台加工、离线分析、存储备份等对网络时延要求不高的业务。成渝枢纽围绕东西部数据中心集群,优化算力布局,平衡好城市与城市周边的算力资源部署,做好与“东数西算”衔接。

西部(重庆)数据中心集群建设现状

(一)数据中心规模初成

截至2020年,重庆数据中心规模9万架、45万台服务器,年均增速达45%,位居全国第7,初步形成以西部(重庆)科学城、两江新区、重庆经开区为核心,万州区、涪陵区、九龙坡区、南岸区、巴南区、长寿区等地多点布局的一体化大数据中心体系。当前,重庆正落实国家“东数西算”战略,西部(重庆)数据中心集群布局两江新区、西部(重庆)科学城、重庆经开区三个起步区,三大起步区数据中心占全市规模过半,数据中心集群化、集约化建设成效凸显,同时,高性能数据中心正在加速建设中。

(二)关联产业正在形成重庆坚持将大数据智能化作为高质量发展的战略选择,承载国家数字经济创新发展试验区、国家新一代人工智能创新发展试验区等改革试点,引进培育中移物联网、阿里飞象、猪八戒网、忽米网等平台企业,落地国家级涉密专用信息设备应用示范基地、重庆信创适配测试中心、鲲鹏计算产业生态等重大项目,合川网络安全产业城获评工业和信息化部“网络安全创新应用先进示范”称号、渝北仙桃国际大数据谷和永川大数据产业园先后被中国软件行业协会评为“中国最具活力软件园”,软件和信息技术服务、网络安全等数据中心关联产业成为数字经济发展重要引擎。

(三)配套能力不断优化

在能源条件方面,重庆市电力消费中可再生能源占比达到51.4%。在网络保障方面,重庆市是西部唯一跨境数据专用通道枢纽节点,建成全国首条、针对单一国家、点对点、面向“一带一路”国家和地区的中新国际数据专用通道,建成国家互联网骨干直联点。在应用方面,拥有工业互联网标识解析西部唯一国家顶级节点,已接入二级节点32个、企业节点2499家,覆盖17个垂直行业、西部9个省市,累计标识注册总量突破百亿、标识解析总量达57.3亿次。此外,“星火·链网”超级节点、F根服务器镜像节点等新型基础设施纷纷落地。

西部(重庆)数据中心集群建设存在问题

(一)在建设方面,算力结构规模待优化

在数字化发展带动下,工业互联网、元宇宙、区块链、人工智能、车联网等应用推动计算量远超摩尔定律带来的算力提升速度,以CPU为主的通用算力难以满足日益突出的算力需求矛盾。从算存资源来看,根据Gartner统计,过去五年,我国数据中心服务器CPU算力和存储介质总容量的比例是1:3,远低于美国1:1,我国算力利用率普遍不足30%。从算力结构来看,2020年我国基础算力占比达57%[ 数据来源:中国信通院,《中国算力发展指数白皮书》],远超智能算力、超算算力,高性能算力占比亟待提升。重庆市已建成数据中心以基础算力、存储为主,高性能算力严重缺乏,建成数据中心主要服务行业及国家数据等灾备备份、大型企业关键数据存储等。

(二)在运营方面,市场竞争力表现不足

重庆市在运营的数据中心集中在两江新区起步区,除支撑全市政务信息化算力需求外,现有市场化部分机柜仍停留在安放服务器、磁盘阵列和网络设备的物理设施阶段,数据中心经济效益低下,对经济发展贡献度不足、带动效应也不明显。同时,现有数据中心运营模式多采用低价竞争策略,发展模式单一,加之重庆市资源成本较高、夏季温度较高,数据中心运营成本与西部其他省市难以形成竞争优势,数据中心推广难。此外,重庆市在支撑数据中心发展的高性能芯片、操作系统、数据库等环节仍然薄弱,建成数据中心IT设备国产化程度不高,关键技术对外依存度仍然较高。

(三)在管理方面,绿色化发展水平不高

重庆市已建成大型、超大型数据中心PUE值在1.3-1.5之间,与全国一体化算力网络国家枢纽节点要求的数据中心能耗水平(1.25)存在明显差距。可再生能源利用不足,现已建设的数据中心暂无数据中心使用可再生能源,距离《关于进一步加强数据中心项目节能审查的若干规定》中规定的到2030年可再生能源利用比例达到100%的目标相差较远。此外,随着节能降耗技术边际效应降低,数据中心PUE每降低0.1所需数据中心设备成本增长近30%,重庆市数据中心绿色化转型压力较大。

(四)在环境方面,数字化生态亟需健全

数据中心应用需求尚未被激发,全市企业数字化转型“不敢转”“不能转”“不想转”问题突出,消费数字化场景应用不足、行业数字化应用场景待探索,数据中心算力需求有待进一步拓展。数据要素发展潜力待释放,大数据产业链应用和市场两头在外,数据采集、清洗、挖掘、分析等服务环节发展不足,数字化营商环境有待优化,本地化数据聚通用水平亟待提升。此外,随着数据中心单体规模扩大、新技术层出不穷,数据中心技能型运维人才缺乏,难以支撑数据中心高质量发展。

西部(重庆)数据中心集群发展能力分析

(一)服务能力分析

根据全国一体化大数据中心国家枢纽节点部署,各数据中心集群结合数据被访问频次及传输距离,可对不同区域的不同类型数据进行计算分析。在“东数西算”“双碳”发展共同约束下,数据中心向集约化、大型化、规模化、绿色化方向发展,边缘计算的载体逐步下沉到园区、工厂等边缘测,数据中心建设将“大的更大,小的更小、近的更近,远的更远”。综合网络时延与计算需求,未来数据中心应用将以就近计算为原则,西部(重庆)数据中心集群在承接湖北热数据处理和湖北、陕西、湖南温数据处理具有地理优势,并可承接全国各大城市冷数据处理。

(二)算力需求分析

算力对数字经济和GDP发展有显著的带动作用,2016-2020年期间,全球算力规模平均每增长30%,数字经济规模和GDP每年分别增长5%和2.4%[ 中国信通院,《中国算力发展指数白皮书》,2021]。全球各国算力规模与经济发展水平密切相关,经济发展水平越高,算力规模越大。2020年,我国算力规模达到135EFlops,全球占比约31%,保持55%的高位增长,基础算力、智能算力、超算算力规模分别占比为57%、41%、2%。据我院预测,到2025年,西部(重庆)数据中心集群算力需求约为37EFlops(包括承接其他区域冷数据、温数据的运算、分析和存储),数据量约达到812,500PB。

(三)带动效应分析

2020年,川渝持证数据中心企业收入占比不足5.5%,与长三角、京津冀和大湾区(44.3%、34.9%和9%)等城市群差距较大[ 数据来源:中国信通院,2021年ICT深度观察]。据国联证券等金融机构预测,“东数西算”工程将每年拉动4000亿元投资,对相关产业拉动作用将达到1:8。未来,随着数字技术向经济社会各领域的渗透,全社会对算力需求增加,在“东数西算”工程推动下,西部(重庆)数据中心集群将结合发展定位,延伸数据中心产业链,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。

(四)产业链供给能力分析

1.产业链上游分析

算力产业链上游主要包括芯片/器件、服务器、交换机、路由器、操作系统、数据库、中间件等芯片、器件、软件、设备。近年来,重庆市数字产业发展良好,功率半导体、硅基光电、智能传感器等领域发展迅速,但在服务器、数据库、操作系统等关键领域发展基础薄弱。需尽快围绕数据中心对服务器、存储设备等资源需求,推动计算机设备制造、集成电路制造等数据中心关联产业集聚,支持企业研发整机柜服务器、可信服务器、云边服务器、液冷服务器、定制化服务器等产品,拓展新型服务器产业。

2.产业链中游分析

算力产业链中游涵盖算网基础设施、平台服务、数字化能力等。现阶段,重庆市在算力网络与平台方面已集聚AI设备、网络计算等环节,但IDC服务、算力安全、调度安排等环节发展不足。建议适度发展传统IDC业务,构建以IDC业务带动数字产业化发展、加速产业数字化转型的发展模式。扩大绿色能源对数据中心的供给,优先保障起步区建设,为数据中心集群提供绿色、低碳、高效的供暖制冷服务。加强数据中心行业骨干企业招商引资,鼓励支持发展大型、超大型数据中心。

3.产业链下游分析

算力产业链下游是面向数字化转型的各垂直行业的政务、工业、教育等行业应用等。重庆市算力产业链下游应用市场空间广阔,具有较好的产业基础。建议积极建立与东部发达地区市场需求对接机制,积极发展面向电子商务、智慧医疗、智慧教育、数字文娱、门户网站、网络视频等应用的中时延业务以及面向数据存储、数据备份、异地灾备、人工智能模型训练、虚拟现实/增强现实(VR/AR)渲染等业务的高时延业务,打造“东数中算”新模式,扩大业务覆盖范围。

图2 算力产业链图谱

西部(重庆)数据中心集群发展建议

(一)强化数据中心发展的引导和管理

围绕数据中心规模、能耗、网络时延等指标开展存量数据中心精细化管理,引导数据中心向三大起步区集聚,加大新建数据中心加大智能、超算算力布局,加快高水平数据中心建设。大力发展绿色数据中心,加快节能低碳技术的应用,加强在IT设备、机架布局、制冷和散热系统、供配电系统以及可再生能源利用系统等方面的绿色设计和改造,积极采用液冷、分布式供电、模块化机房以及虚拟化、云化IT资源等技术方案,降低数据中心能耗水平。

(二)构建与算力相匹配的高速网络体系

优化改进互联网骨干直联点布局,增加省际直联城市,推动建设新型互联网交换中心,提高西部(重庆)数据中心集群对外连接能力,降低集群到周边城市群的网络时延,满足超大型数据中心多机房互联、互联网接入等需求。积极融入国家“东数西算”格局,推动与其他数据中心集群结对联动,加快直联网络建设,推进区间网络链路优化,促进各枢纽节点协同发展。推动不同电信运营商间、运营商和互联网企业间的数据中心互联互通建设,降低互通时延,优化数据中心跨网、跨省市、跨企业数据互换,支撑高频实时交互的业务需求。深化中新国际数据通道建设,加速打造面向“一带一路”国家和地区的国际数据通道,促进远程医疗、远程教育、智慧旅游、智慧物流、超高清视频传输、跨境电商等领域的广泛合作。

(三)加速释放数据中心发展潜力

促进数据流通,加快政务数据共享、公共数据开放、公共数据与社会数据融合化发展,完善数据资源采集、处理、确权、应用等环节制度法规和机制化运营流程,加快健全数据流通机制和数据治理、保护能力,建立数据调度、监督检查、数据溯源等机制,提升数据监管能力。围绕本地企业数字化转型需求,依托数据中心构建以5G、物联网、云计算、人工智能等应用需求为牵引的算力支撑体系,不断强化区域数字化转型公共服务能力。围绕互联网(音视频、VR直播等)、企业信息服务、商品流通等主流业务场景,加快自动驾驶、城市服务、数字政府、数字金融等新应用场景打造,深化行业数据应用。

(四)推进产业链上下游协同发展

围绕新型数据中心供配电、制冷、IT和网络设备、智能化系统等关键环节,锻强补弱,推动数据中心上游设备制造业和下游数据要素流通。加大对数据处理龙头企业、社会化数据服务机构引培,聚焦数据清洗、脱敏、脱密、聚合、分析等环节,加速数据服务产业发展。充分利用网、云、数、智、边等多层次算力资源,围绕云网融合、隐私计算、人工智能、区块链、网络安全、密码应用等方向,围绕SD-WAN、云原生、低代码等技术开展的云、网、边、端等服务企业,培育壮大算力产业,打造数字经济发展新引擎,推动建设西部算力产业创新高地。

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