下一代數(shù)據(jù)中心如何優(yōu)化能源使用，以提高可持續(xù)性

數(shù)據(jù)無處不在，我們都依賴它。因此，全球數(shù)據(jù)中心的容量繼續(xù)以指數(shù)級(jí)的速度增長(zhǎng)，這給電網(wǎng)帶來了壓力。對(duì)數(shù)據(jù)中心的全球能源消耗的各種估計(jì)從1%到2%不等。這一數(shù)字相當(dāng)于每年約900太瓦時(shí)，約占碳或溫室氣體(GHG)排放總量的0.3%。

這種級(jí)別的數(shù)據(jù)中心容量構(gòu)成了此時(shí)此地。想想數(shù)字化轉(zhuǎn)型的快速加速所推動(dòng)的近期增長(zhǎng)。幾乎每個(gè)行業(yè)——金融、零售、制造、醫(yī)療保健、教育、政府，都在迅速采用數(shù)字技術(shù)和面向客戶的數(shù)字體驗(yàn)，以建立或推動(dòng)、維持和發(fā)展其業(yè)務(wù)。眾所周知，數(shù)字技術(shù)與計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)密不可分，更不用說可以隨時(shí)隨地使用或訪問的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和應(yīng)用程序了。如果將移動(dòng)設(shè)備添加到上述數(shù)據(jù)中心的GHG的0.3%中，這個(gè)數(shù)字將增長(zhǎng)到全球GHG的近2%！

這場(chǎng)景聽起來像一個(gè)數(shù)據(jù)中心。事實(shí)上，一切都開始看起來像一個(gè)數(shù)據(jù)中心。有些人可能稱之為“邊緣計(jì)算”；有些人可能稱之為分布式網(wǎng)絡(luò)。不管稱呼是什么，事實(shí)是:下一代數(shù)據(jù)中心不再只是沒有窗戶的大建筑，以及一排排服務(wù)器和無數(shù)嗶嗶作響的藍(lán)光。因此，作為所有數(shù)據(jù)中心的“核心”(計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ))的“數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施”突然出現(xiàn)在很多地方，且占用的空間更小。不用說，這些環(huán)境消耗能源!且還很多。Gartner報(bào)告稱，到2025年，預(yù)計(jì)75%的企業(yè)數(shù)據(jù)將在邊緣環(huán)境中創(chuàng)建和處理。到2022年，全球在邊緣計(jì)算上的支出預(yù)計(jì)將達(dá)到1760億美元，比2021年增長(zhǎng)14.8%。根據(jù)國(guó)際數(shù)據(jù)公司的全球邊緣支出指南，企業(yè)和服務(wù)提供商在用于邊緣解決方案的硬件、軟件和服務(wù)上的支出預(yù)計(jì)將維持這種增長(zhǎng)速度到2025年，屆時(shí)支出將達(dá)到近2740億美元。

數(shù)據(jù)中心容量的增長(zhǎng)主要有兩個(gè)原因:

1、云和服務(wù)提供商：廣泛的數(shù)字化和云化，無處不在

當(dāng)今的數(shù)字化需要更多的計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)能力，所有這些都轉(zhuǎn)化為對(duì)更多能源的需求。從“超大規(guī)模云”和區(qū)域數(shù)據(jù)中心的配置，行業(yè)分析師預(yù)測(cè)，到2032年，年復(fù)合增長(zhǎng)率將在5%到10.5%之間。且這個(gè)市場(chǎng)應(yīng)該會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)和擴(kuò)張。

2、邊緣：需要更多的帶寬和速度!

“自動(dòng)駕駛時(shí)代”——汽車、當(dāng)日送貨無人機(jī)、電動(dòng)汽車(EV)充電網(wǎng)絡(luò)、智能電網(wǎng)、城市和建筑、工業(yè)4.0、制造業(yè)等，依賴于低延遲、高帶寬的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以支持關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用和消費(fèi)者驅(qū)動(dòng)的期望所要求的速度。5G的廣泛采用指日可待。這實(shí)際上是在增強(qiáng)當(dāng)前的容量需求？簡(jiǎn)單來說，本地化的計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)，結(jié)合更高效的網(wǎng)絡(luò)，將越來越多的設(shè)備和應(yīng)用程序“互連”起來——現(xiàn)在需要基于云的計(jì)算大腦。

從一個(gè)超高的層面來思考：如今的互聯(lián)網(wǎng)，建立在Al Gore和AOL時(shí)代，大致是為了連接人們而設(shè)計(jì)的。我們需要一條“自主時(shí)代”(包括元宇宙)的信息高速公路，連接機(jī)器和事物，而不是人。機(jī)器和其他東西的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人的數(shù)量。到2020年，世界人口約為80億，聯(lián)網(wǎng)設(shè)備約為200億臺(tái)，預(yù)計(jì)年增長(zhǎng)率為14-16%。

讓我們更深入地了解對(duì)更多帶寬和速度的需求。這是投資的一大推動(dòng)力。從網(wǎng)絡(luò)(光纖、5G)到超大規(guī)模再到區(qū)域數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，甚至還有更多的互連。所有這些都將需要更多的能源，進(jìn)而推動(dòng)“重新思考”邊緣、網(wǎng)絡(luò)邊緣、微邊緣和互聯(lián)數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的需求。

滿足飛速增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)中心容量的能源需求

迫在眉睫的問題是:“在解決業(yè)務(wù)連續(xù)性和正常運(yùn)行時(shí)間的同時(shí)，如何解決對(duì)更多能源的需求?”大約10年前，數(shù)據(jù)中心被認(rèn)為是“耗能大戶”，而我們正在努力克服這一特征。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，我們不能倒退。

通常，為了保護(hù)不間斷電源(UPS)和運(yùn)行時(shí)間有限的電池電源之外的業(yè)務(wù)連續(xù)性和正常運(yùn)行時(shí)間，柴油發(fā)電機(jī)在大多數(shù)數(shù)據(jù)中心都發(fā)揮了作用。轉(zhuǎn)向基于非化石燃料為基礎(chǔ)的解決方案，不僅是可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急，也是企業(yè)的責(zé)任。具有諷刺意味的是，數(shù)字化是平衡產(chǎn)能需求和能源使用的關(guān)鍵。其核心是以下五個(gè)方面:

1、基于電力的“prosumer”模式。數(shù)據(jù)中心所有者可以使用更多的綠色能源來生產(chǎn)和消費(fèi)電力。事實(shí)上，正是數(shù)字化通過智能電表和互聯(lián)配電架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了這種雙向的能源靈活性。數(shù)字化微電網(wǎng)是prosumer模式的另一種選擇。

2、“綠色制氫”過程。傳統(tǒng)上，我們一直在開發(fā)生產(chǎn)氫的解決方案，采用完善的熱電和電解工藝，消耗化石燃料的電力，將水分解為氫氣和氧氣。然而，綠色制氫利用直接太陽能水分解技術(shù)，利用可持續(xù)的光能將水分解為氫氣和氧氣，以及依靠微生物(如細(xì)菌和微藻)通過陽光或有機(jī)物生產(chǎn)氫氣的生物過程。在這些下一代綠色氫氣的案例中，不會(huì)從公用事業(yè)抽取電力（或化石燃料）來生產(chǎn)氫氣。

3、采用電池技術(shù)創(chuàng)新。新的化學(xué)和電池類型在這一領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)(BESS)正在開發(fā)和調(diào)整/縮放，以供公用事業(yè)使用。

4、可再生能源，如光伏(PV)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，也在增加電力生產(chǎn)/可用性。當(dāng)這些系統(tǒng)產(chǎn)生的電力超過設(shè)施所需時(shí)，電力可以重新投入電網(wǎng)(prosumer)。

5、微電網(wǎng)：一種可以管理多種不同能源的系統(tǒng)，如公用事業(yè)、太陽能、風(fēng)能、BESS甚至發(fā)電機(jī)，是這種在降低排放的同時(shí)保持彈性的替代形式的根源。數(shù)字能源管理、電網(wǎng)和微電網(wǎng)軟件是將所有這些可再生能源聯(lián)合起來并加以協(xié)調(diào)的“弦”。這條道路已經(jīng)被證明是電力+數(shù)字=可持續(xù)發(fā)展的公式。如果以數(shù)字化方式進(jìn)行協(xié)調(diào)，電力來源可以在任何給定時(shí)間滿足需求，從而提高電力生產(chǎn)效率，進(jìn)而減少能源浪費(fèi)。

隨著新一代數(shù)據(jù)中心格局的生根發(fā)芽，什么正在浮出水面?是軟件定義的解決方案。向各種規(guī)模的更多數(shù)據(jù)中心的轉(zhuǎn)變、以及能源需求和生產(chǎn)需求的不斷增加，正在促進(jìn)許多這些遠(yuǎn)程和無人值守的數(shù)據(jù)中心/關(guān)鍵任務(wù)環(huán)境的設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的轉(zhuǎn)變。確實(shí)，將硬接線組件擰入墻壁的日子已經(jīng)一去不復(fù)返了。

因此，下一代數(shù)據(jù)中心是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和為遠(yuǎn)程管理而調(diào)優(yōu)的軟件定義設(shè)施的集合。數(shù)據(jù)智能和分析成為中心舞臺(tái)，使操作、故障排除、維修和維護(hù)更加高效和靈活。所有這些都需要更多的計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)?？吹窖h(huán)了嗎?“數(shù)字化”再一次成為了驅(qū)動(dòng)因素，為更可持續(xù)的數(shù)據(jù)中心鋪平了道路——無論是在綠色能源使用方面，還是在優(yōu)化成本和風(fēng)險(xiǎn)帶來的業(yè)務(wù)增長(zhǎng)方面。

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