低碳方向已定，光通信技術(shù)助數(shù)據(jù)中心“變綠”

  近期，我國(guó)多地進(jìn)入“燒烤”模式。上海出現(xiàn)了連續(xù)9天的持續(xù)高溫紀(jì)錄，最高氣溫達(dá)40.9℃，追平了1873年以來(lái)的最高紀(jì)錄。成都成了麻辣燙系熱。要說(shuō)誰(shuí)最熱?江浙有望得第一，“非洲獅在杭州熱成狗”、“杭州大樹熱得發(fā)火冒煙”等情況屢見不鮮，然而多地高溫天氣仍在持續(xù)發(fā)酵中。不可否認(rèn)的是，面對(duì)今年的高溫天氣，科學(xué)家們也一直在尋找應(yīng)對(duì)的方法，許多國(guó)家正在努力想要在2050年前后實(shí)現(xiàn)完全的碳中和。因此，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，已經(jīng)是刻不容緩的大事!

  “力爭(zhēng)到2025年基本實(shí)現(xiàn)本市存量數(shù)據(jù)中心能效碳效水效水平全面達(dá)到本市地方標(biāo)準(zhǔn)，集約高效、綠色低碳的數(shù)據(jù)中心高質(zhì)量發(fā)展格局初步形成?！?

  2022年5月7日，北京市發(fā)展和改革委員會(huì)、北京市經(jīng)濟(jì)和信息化局近日聯(lián)合印發(fā)《北京市低效數(shù)據(jù)中心綜合治理工作方案》，為北京市存量低效數(shù)據(jù)中心的節(jié)能改造和治理工作提供了明確指導(dǎo)，助力實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展。

  數(shù)據(jù)中心低碳方向已定

  低碳數(shù)據(jù)中心的治理改造已不是第一次被提起，國(guó)家早已多次出臺(tái)相關(guān)政策，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心建設(shè)布局。

  此前，國(guó)家發(fā)改委等多部委聯(lián)合印發(fā)《貫徹落實(shí)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)要求推動(dòng)數(shù)據(jù)中心和5G等新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展實(shí)施方案》，提出到2025年，數(shù)據(jù)中心和5G基本形成綠色集約的一體化運(yùn)行格局。數(shù)據(jù)中心運(yùn)行電能利用效率和可再生能源利用率明顯提升，全國(guó)新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心平均電能利用效率降到1.3以下，國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步降到1.25以下，綠色低碳等級(jí)達(dá)到4A級(jí)以上。

  國(guó)務(wù)院印發(fā)的《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》提出，按綠色、低碳、集約、高效原則，持續(xù)推進(jìn)綠色數(shù)字中心建設(shè)，加快推進(jìn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能改造，持續(xù)提升數(shù)據(jù)中心可再生能源利用水平。

  在中國(guó) “雙碳”目標(biāo)已確立、數(shù)據(jù)中心行業(yè)能耗逐年增加的背景下，政府對(duì)數(shù)據(jù)中心的指標(biāo)開始以控制能耗為主，主要包括電能利用效率(PUE)、結(jié)構(gòu)比例、碳排放量這三個(gè)維度，其中PUE(總能耗比IT設(shè)備能耗，即為PUE值)是主要抓手，各地政府對(duì)PUE監(jiān)管日益嚴(yán)格， 2021年上海要求存量數(shù)據(jù)中心PUE不高于1.4，新建數(shù)據(jù)中心PUE限制在1.3以下;深圳要求PUE在1.4以下。山東、山西、廣西、云南等省也紛紛將PUE等能效指標(biāo)寫入相關(guān)政策。

  今年2月“東數(shù)西算”工程的正式全面啟動(dòng)，也給數(shù)據(jù)中心提出了更高的低碳發(fā)展要求。 “東數(shù)西算”通過(guò)構(gòu)建數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)一體化的新型算力網(wǎng)絡(luò)體系，將東部算力需求有序引導(dǎo)到西部，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心建設(shè)布局，將大幅提升綠色能源使用比例，同時(shí)通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、以大換小、低碳發(fā)展等措施，持續(xù)優(yōu)化數(shù)據(jù)中心能源使用效率。

  數(shù)據(jù)中心是節(jié)能降耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

  數(shù)據(jù)中心是公認(rèn)的高耗能行業(yè)。近年來(lái)，中國(guó)數(shù)據(jù)中心行業(yè)整體用電量以每年超過(guò)10%的速度遞增，占全社會(huì)總耗電量比重逐年升高。2020年，數(shù)據(jù)中心行業(yè)耗電量更是突破2000億千瓦，約占全社會(huì)用電量的2.71%。

  從數(shù)據(jù)中心行業(yè)能耗構(gòu)成來(lái)看，主要包括四部分：IT設(shè)備能耗、制冷系統(tǒng)能耗、供配電系統(tǒng)能耗、照明及其他能耗，其中傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備能耗占比最大。

  同時(shí)，數(shù)據(jù)中心在自身發(fā)展過(guò)程中，需要不斷解決三個(gè)方面的問(wèn)題：隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷擴(kuò)大，供電系統(tǒng)功耗持續(xù)增加成為了限制數(shù)據(jù)中心快速發(fā)展的瓶頸;有效降低PUE，如何有效降低數(shù)據(jù)中心電力功耗，做到綠色可持續(xù)發(fā)展; 第三，解決不斷提升數(shù)據(jù)中心的傳輸速率、提升用戶體驗(yàn)和降低功耗、降低PUE的矛盾。

  光通信技術(shù)助力網(wǎng)絡(luò)“變綠”

  光通信技術(shù)具有綠色天賦，可以“帶寬換算力”，提升分布式計(jì)算性能。除了能夠不斷增加數(shù)據(jù)中心之間互聯(lián)帶寬的規(guī)模，光通信技術(shù)對(duì)提升數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的算力水平可起到積極作用。一方面利用大容量、低時(shí)延特性，支撐廣域分布的計(jì)算資源協(xié)同運(yùn)行，進(jìn)而釋放算力設(shè)施的服務(wù)能力;另一方面，可提供低能耗高質(zhì)量的算力資源，在專用計(jì)算業(yè)務(wù)場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用。

  光通信的“天職”是接入+傳送+交換=光層聯(lián)網(wǎng)。與無(wú)線、銅纜、IP等技術(shù)相比，針對(duì)節(jié)能降碳需求，光通信技術(shù)本身具有綠色天然優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

  接入方面，基于PON的光接入系統(tǒng)能效水平較傳統(tǒng)的接入方式可改善超過(guò)50%。PON憑借無(wú)源化特征具有顯著的低能耗優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)邊緣寬帶接入場(chǎng)景中得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，中國(guó)FTTH/B接入滲透率在2018年已經(jīng)達(dá)到80.1%，在寬帶接入方面呈現(xiàn)出明顯的“光進(jìn)銅退”趨勢(shì)。

  傳送方面，基于OTN/OXC的光傳送網(wǎng)較IP骨干網(wǎng)也具有顯著的能耗優(yōu)勢(shì)，從分組到OSU單元，助力數(shù)據(jù)傳送高效節(jié)能。隨著互聯(lián)網(wǎng)流量和連接數(shù)量的增長(zhǎng)，骨干網(wǎng)中IP路由器相關(guān)的能耗尤為突出。為了應(yīng)對(duì)該挑戰(zhàn)，光業(yè)務(wù)單元技術(shù)正在推動(dòng)光傳送網(wǎng)由面向管道服務(wù)模式向面向業(yè)務(wù)服務(wù)模式發(fā)展。相較于傳統(tǒng)OTN技術(shù)，光業(yè)務(wù)網(wǎng)技術(shù)的帶寬顆粒更小，可以到2M級(jí)別，且具有無(wú)損調(diào)整能力，未來(lái)將極大擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接規(guī)模，并同時(shí)將業(yè)務(wù)連接的范圍由骨干網(wǎng)擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)邊緣，減少IP路由器交換需求，從而降低傳送網(wǎng)的能耗。

  交換方面，光電路交換的能耗水平約為傳統(tǒng)電分組交換的1%，可降低數(shù)據(jù)中心能耗水平。傳統(tǒng)基于電的交換設(shè)備的能耗占到數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能耗的40%，且正隨著交換速率的上升非線性地增長(zhǎng)，未來(lái)將會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的能耗問(wèn)題造成極大挑戰(zhàn)。最新的光交換技術(shù)把交換重配置時(shí)延由毫秒級(jí)降到亞納秒級(jí)，已經(jīng)與電分組交換的性能非常接近，但1Gbps的交換功率僅為1-2mW。

  此外，光網(wǎng)絡(luò)還可以在其他方面為數(shù)據(jù)中心降碳。光網(wǎng)絡(luò)可以和電力系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同，在“東數(shù)西算”工程中，大容量高可靠的光纖網(wǎng)絡(luò)使數(shù)據(jù)中心可以隨著電力生產(chǎn)設(shè)施分布進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，提高清潔能源使用比例，實(shí)現(xiàn)信息傳輸和電力傳輸?shù)闹脫Q，減少長(zhǎng)途電力傳輸?shù)膿p耗。光網(wǎng)絡(luò)還可以與算力系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同，提升數(shù)據(jù)中心的跨域協(xié)作能力，使閑置算力設(shè)施得到充分利用，間接實(shí)現(xiàn)ICT系統(tǒng)降碳。

  康寧光通信技術(shù)助力打造綠色低碳的數(shù)據(jù)中心

  康寧 EDGE 數(shù)據(jù)中心解決方案提供了4U光纖配線架，采用單芯連接器，達(dá)到576芯，提高了通道線槽的利用率，促進(jìn)空氣流動(dòng)，從而降低數(shù)據(jù)中心制冷成本。同時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)物理層可以平滑向400G躍遷，并且能夠做到光纖100% 的利用率，滿足未來(lái)下一代數(shù)據(jù)中心更高帶寬、更高速率的訴求。

  康寧的預(yù)端接方案，通過(guò)在工廠中做好端接，提供質(zhì)量保證、兼容性、應(yīng)用環(huán)境穩(wěn)定性，成本投入低，對(duì)數(shù)據(jù)中心安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要。康寧為數(shù)據(jù)中心推出的抗彎曲光纖產(chǎn)品，能夠有效避免由于鏈路安裝環(huán)境復(fù)雜等情況造成損耗增加的風(fēng)險(xiǎn)，有力地保證了數(shù)據(jù)中心的綠色和節(jié)能。

  康寧的RocketRibbon超高密度光纜和創(chuàng)新性的光纜接頭盒及硬件能夠在最具挑戰(zhàn)的環(huán)境中滿足持續(xù)增長(zhǎng)的帶寬需求，對(duì)比市場(chǎng)上同類解決方案，可減少安裝時(shí)間高達(dá)50%。