從1958年提出的“南水北調”到1986 年設想的“西電東送”，再到 1998 年開(kāi)始醞釀的“西氣東輸”，中國通過(guò)探索和實(shí)踐分別實(shí)現了水、電、燃氣的南北調配、東西互濟，資源配置格局得以實(shí)現優(yōu)化。這種跨區域資源調度以實(shí)現最優(yōu)解的舉措并非先例，如今，“東數西算”工程盛大登場(chǎng)。這項工程遵循了資源調度邏輯，旨在優(yōu)化供求格局和資源配置，雖有相似，但它與之前的大型工程仍有著(zhù)明顯的不同。
最大的不同，就是來(lái)源于“東數西算”所調配的資源：算力。
從算力到算力網(wǎng)
當前，算力正在逐步成為一個(gè)新的衡量國家和地區經(jīng)濟發(fā)展的重要指標。在電氣時(shí)代，電力作為重要的基礎資源，是經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展的動(dòng)力保障，電力能否穩定、有效、快捷地獲取，在一定程度上決定了經(jīng)濟社會(huì )能否良好運行。隨著(zhù)人類(lèi)社會(huì )邁入數字經(jīng)濟時(shí)代，算力將扮演相似角色。
雖然目前受制于技術(shù)發(fā)展問(wèn)題，算力還沒(méi)有像電力那樣對工業(yè)革命產(chǎn)生顛覆性的影響，但從云計算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和人工智能所發(fā)揮的價(jià)值來(lái)看，算力能帶來(lái)的改變難以估量。如今的電力已經(jīng)成為經(jīng)濟社會(huì )良好運行的“標配”，算力則成為了各行各業(yè)高精尖發(fā)展的“頂配”。
類(lèi)比于電網(wǎng)為各類(lèi)電氣電子設備提供電力，算力網(wǎng)絡(luò )是為數據的計算提供計算力服務(wù)的網(wǎng)絡(luò )。原有的計算力資源通過(guò)算力網(wǎng)絡(luò )實(shí)現整合優(yōu)化，其可幫助原有各機構的算力資源實(shí)現共享、彈性按需調動(dòng)，節省大量分布式邊緣節點(diǎn)的資產(chǎn)投資和運維成本。
從實(shí)驗室里的超級計算機到單位里的服務(wù)器、辦公電腦，再到個(gè)人手里的手機平板，算力遍布于我們生活的各個(gè)角落，已然成為了當下重要的生產(chǎn)資料。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)正在走向成熟應用，產(chǎn)生的數據量越來(lái)越龐大，對計算資源及計算能力也提出了更高的要求。云計算在一段時(shí)間內曾充分滿(mǎn)足了物聯(lián)網(wǎng)終端設備的資源期待，但隨著(zhù)市場(chǎng)和技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)終端的數量飛速增長(cháng)，設備不斷產(chǎn)生實(shí)時(shí)數據，而受制于能源、土地等因素，建設在東部沿海等發(fā)達地區的云計算數據中心的增長(cháng)速度遠遠落后于數據處理需求的增速。幸運的是5G、全光網(wǎng)(網(wǎng)絡(luò )傳輸和交換過(guò)程全部通過(guò)光纖實(shí)現)、軟件定義網(wǎng)絡(luò )(Software Defined Network，SDN)等網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展讓網(wǎng)絡(luò )傳輸不再是限制算力分發(fā)的瓶頸，在新技術(shù)的支持下，算力網(wǎng)絡(luò )應運而生：將算力資源信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行分發(fā)，在算力資源提供方與算力消費方之間搭建一個(gè)交易平臺。也正是依賴(lài)于技術(shù)革新和算力網(wǎng)絡(luò )模式的形成，“東數西算”擁有了技術(shù)上實(shí)現的可能。
搭建全國一體化算力網(wǎng)絡(luò )
我國發(fā)展算力網(wǎng)絡(luò )，需要建立大規模的數據中心作為載體，但建立數據中心不僅需要土地資源，還需要消耗大量電力資源。從算力需求分布來(lái)看，東部地區算力需求旺盛而西部算力需求不足。但東部地區卻面臨能耗指標緊張、電力成本高等問(wèn)題，數據中心建設發(fā)展面臨瓶頸，樹(shù)挪死人挪活，西部地區資源充沛，不管是工業(yè)用地價(jià)格還是電價(jià)均具備成本優(yōu)勢，至于綠色電力，西部地區更是具備豐富的風(fēng)光電力資源。而啟動(dòng)“東數西算”，有利于破解算力資源“一二線(xiàn)緊張，三四線(xiàn)充足”的局面，推動(dòng)數據中心合理布局。
“東數西算”工程采取因地制宜模式，將后臺加工、離線(xiàn)分析、存儲備份等對網(wǎng)絡(luò )時(shí)延要求不高、訪(fǎng)問(wèn)不頻繁的溫冷數據調度至發(fā)電低碳、用電低成本的西部，從而優(yōu)化東部數據中心資源，以承接時(shí)延要求較高的熱數據計算。因而數據搬遷并不是簡(jiǎn)單地全盤(pán)打包帶走，它有著(zhù)更為豐富的內涵。京津冀、長(cháng)三角、粵港澳大灣區、成渝4個(gè)節點(diǎn)，服務(wù)于重大區域發(fā)展戰略實(shí)施的需求，將進(jìn)一步統籌好城市內部和周邊區域的數據中心布局。貴州、內蒙古、甘肅、寧夏4個(gè)節點(diǎn)，將打造成面向全國的非實(shí)時(shí)性算力保障基地，積極承接全國范圍的后臺加工、離線(xiàn)分析、存儲備份等非實(shí)時(shí)算力需求，并承擔本地實(shí)時(shí)性算力處理。
從供需關(guān)系的視角出發(fā)，“東數西算”工程需要推動(dòng)算力基礎設施分級分類(lèi)、梯度布局，引導非實(shí)時(shí)性溫冷數據西移，而實(shí)時(shí)性算力需求熱數據在東部地區實(shí)現綠色集約化布局，城區內部則作為算力“邊緣”端支撐金融、智慧電力等實(shí)時(shí)性要求極高的業(yè)務(wù)需求，讓需求與資源更好地匹配。
“東數西算”的說(shuō)法是為了便于各行各業(yè)形象地理解這項工程，但在文件中的正式表述是“建設全國一體化算力網(wǎng)絡(luò )國家樞紐節點(diǎn)”。因此，“東數西算”的最終目標，是建立全國一體化算力網(wǎng)絡(luò )。“東數西算”工程需要實(shí)現算力樞紐間直連互聯(lián)、構建算力網(wǎng)絡(luò )，為未來(lái)算力資源跨區域靈活調配提供通道基礎;打通跨行業(yè)、跨地區、跨層級的算力資源，從而形成算力服務(wù)資源池，讓算力成為電力一樣的公共資源。
相互交織的算力網(wǎng)與電力網(wǎng)
計算的本質(zhì)是把數據從無(wú)序變成有序，熵增過(guò)程一定需要能量的輸入，因此算力水平的提升會(huì )帶來(lái)用電水平的提升。隨著(zhù)數字經(jīng)濟的發(fā)展，算力增長(cháng)將成必然趨勢，而算力的高耗能屬性決定了其對電力的依賴(lài)，據不完全統計，2020年全球發(fā)電量中，約5%用于計算能力消耗，而這一數字到2030年將有可能提高到15%～25%，電力與算力天然具有密不可分的關(guān)系。
電力基礎設施與算力基礎設施同是“一行帶百業(yè)”，分別顯示出宏觀(guān)經(jīng)濟、數字經(jīng)濟發(fā)展的“陰晴雨雪”，二者的發(fā)展形態(tài)呈現極為相似的演進(jìn)路徑。
企業(yè)的單體數據中心以自建自用為主，缺乏布局規劃與建設標準，類(lèi)似于早期企業(yè)的“自備電廠(chǎng)”或是UPS電源。數據中心集群依靠其集約型設施的規模效應，能夠向更多的對象提供算力服務(wù)，滿(mǎn)足部分缺乏自建算力設施能力的需求主體，類(lèi)似于“電源基地”。算力網(wǎng)絡(luò )則是云網(wǎng)融合、算網(wǎng)融合趨勢下的新型網(wǎng)絡(luò )形態(tài)，通過(guò)數據中心集群間的網(wǎng)絡(luò )直聯(lián)形成算力資源統籌調配的管道，類(lèi)似于“電網(wǎng)”。
在搭建好算力網(wǎng)絡(luò )基礎設施之后，算力網(wǎng)絡(luò )同樣需要經(jīng)歷和電網(wǎng)類(lèi)似的發(fā)展與變化。畢竟算力網(wǎng)絡(luò )并不是簡(jiǎn)單地將算力直接在網(wǎng)絡(luò )中分發(fā)，它還需要與算力交易、網(wǎng)絡(luò )訂購等業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)起來(lái)，形成一個(gè)體系架構，才能解決供需匹配和算力交易兩個(gè)層面的問(wèn)題。在供需匹配上，需要實(shí)時(shí)將用戶(hù)的需求與算力資源和網(wǎng)絡(luò )資源進(jìn)行匹配以滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需求。而在算力交易層面，涉及的又不僅僅是購買(mǎi)和用戶(hù)需求匹配的算力，也包括將相應計算結果及時(shí)反饋的網(wǎng)絡(luò )資源，這些環(huán)節的可靠運行，高效穩定的算力交易平臺必不可少。
算力網(wǎng)絡(luò )與電網(wǎng)有著(zhù)相似的發(fā)展路徑，也有著(zhù)相同的愿景：實(shí)現“雙碳”目標、為經(jīng)濟社會(huì )穩定發(fā)展提供動(dòng)力與支撐，正是這相同的愿景，讓兩者的未來(lái)交織在了一起。因此對數據中心電能利用效率的更高要求，將推動(dòng)未來(lái)算力、電力在規劃、運行機制上相互融合、協(xié)同發(fā)展。中國通信工業(yè)協(xié)會(huì )數據中心委員會(huì )常務(wù)副理事長(cháng)、中國IDC圈創(chuàng )始人 CEO黃超告訴本刊記者：“雖然目前電網(wǎng)和算力網(wǎng)絡(luò )是相互獨立建設、運行的兩套網(wǎng)絡(luò )，都是各自發(fā)展的，但在實(shí)際發(fā)展中算力網(wǎng)絡(luò )與電網(wǎng)相輔相成。
對于算力網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)，電網(wǎng)是穩定的基礎。只有具備了穩定的能源供給體系，數據中心、網(wǎng)絡(luò )設施等數字基礎設施才能穩定運行。對于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，數據中心等數字基礎設施能耗的不斷攀升，給很多地區的供電都造成了壓力。算力網(wǎng)絡(luò )的進(jìn)階形態(tài)可以通過(guò)協(xié)調分配不同地區的數據中心的算力，減少核心地區對電力的需求，這對電網(wǎng)的均衡和穩定有著(zhù)積極的意義。”
數據中心集群不僅是電網(wǎng)大用戶(hù)，更是新型負荷主體，將有效提升可再生能源基地資源消納水平。黃超向記者解釋道：“數據中心本身具有較大的能源需求，同時(shí)也有儲能備用的要求。綠電消納的難題之一就是綠電的不穩定性，而數據中心的儲能體系可以很好地解決這一問(wèn)題，綠電先進(jìn)入儲能設施，出來(lái)后就是穩定的電力了。
從與電網(wǎng)的互動(dòng)角度看，數據中心一方面具有儲能的能力，另一方面也有完備的輸電、供電設施，具備了與電網(wǎng)協(xié)作的可能。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，數據中心可以在用電低谷期存儲、消納包括綠電在內的剩余電力。在用電高峰期，反向供電，幫助電網(wǎng)提供更多的電力。在未來(lái)，很多地區的儲能型數據中心，不僅僅是本地的算力節點(diǎn)，也能成為本地的能源節點(diǎn)。”
在算力網(wǎng)絡(luò )發(fā)展過(guò)程中，綠色低碳的目標貫穿始終，不論是引入芯片封裝優(yōu)化、處理器動(dòng)態(tài)功耗調節、服務(wù)器液冷、數據中心節能等技術(shù)方案，還是從芯片、設備到數據中心進(jìn)行端到端的系統級能效優(yōu)化，有效降低數據中心PUE，都是為了實(shí)現“雙碳”目標，推動(dòng)經(jīng)濟社會(huì )可持續發(fā)展。中國信息通信研究院發(fā)布的《數據中心白皮書(shū)(2022年)》中提及了未來(lái)光伏、風(fēng)電、儲能、鋰電池等綠色電力和供配電節能技術(shù)研發(fā)與應用在數據中心發(fā)展過(guò)程中也將不斷深入，數據中心綠色低碳技術(shù)研發(fā)和應用都將進(jìn)一步發(fā)展。在這條發(fā)展前路上，少不了與電網(wǎng)的有機協(xié)同。
國家電網(wǎng)有限公司有關(guān)人士告訴本刊記者：“算力網(wǎng)的發(fā)展目標與電網(wǎng)特別是新型電力系統的特征是一脈相承的，新型電力系統的特點(diǎn)是清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開(kāi)放互動(dòng)，而算力網(wǎng)絡(luò )也需要建設一張安全可控、清潔低碳、靈活高效、智能開(kāi)放的網(wǎng)。”電網(wǎng)與算力網(wǎng)上的主要企業(yè)也有著(zhù)許多合作機會(huì )，比如數據中心企業(yè)與電力企業(yè)可以共同探索“數據中心+新能源+儲能”模式，既能助力西部地區新能源消納，也可以提高數據中心電力供應的穩定性，有效降低數據中心用電成本。數據中心不僅可以發(fā)展為負荷可變、可調的復合體，滿(mǎn)足電力系統靈活性調節需求，還可以在未來(lái)為新型電力系統運行提供算力支持。
現代化基礎設施體系的重要一環(huán)
如何在節能減排的約束框架下建設數字化基礎設施,即“東數西算”和數字產(chǎn)業(yè)當前最急需解答的課題?！度珖惑w化大數據中心協(xié)同創(chuàng )新體系算力樞紐實(shí)施方案》中強調“加強數據中心統籌規劃和規范管理，開(kāi)展數據中心、網(wǎng)絡(luò )、土地、用能、水、電等方面的政策協(xié)同，促進(jìn)全國范圍數據中心合理布局、有序發(fā)展。”
截至2022年年初，國內已建成的數據中心為500萬(wàn)標準機架，整體算力達到130EFlops(每秒百億億次浮點(diǎn)運算)，并將以20%以上的速度持續增長(cháng)。僅從數字上看，算力規模的增長(cháng)非常樂(lè )觀(guān)，但是總量的增長(cháng)并不能掩蓋分布的不均衡，北京、廣東、上海的算力規模位列前三，浙江、廣東、江蘇等東部省份的算力增速超過(guò)60%。算力需求大戶(hù)也主要集中在東部沿海一線(xiàn)城市和準一線(xiàn)城市?，F階段看似需求與供給十分匹配，但東部沿海、一線(xiàn)城市和準一線(xiàn)城市的各類(lèi)資源有限，能夠分配給數據中心的能源、土地、網(wǎng)絡(luò )等資源都會(huì )在不遠的將來(lái)見(jiàn)頂，如若不能未雨綢繆，那國內缺乏總體布局的算力結構勢必會(huì )損害中國數字經(jīng)濟的整體效率。
扭轉和改變這種需求不均衡導致的低效狀況，無(wú)疑是一個(gè)循序漸進(jìn)的系統性工程，“東數西算”本質(zhì)上是一項長(cháng)期規劃。既然和南水北調相提并論，“東數西算”工程的基建屬性不言而喻，如同傳統基建“西電東送”“西氣東輸”等國家級重大工程作為骨干通道支撐電力、天然氣等資源跨域流通與統籌調配一樣，將大型和超大型數據中心布局到可再生能源等資源相對豐富的西部地區，統籌調度東西部數據中心算力需求與供給，以實(shí)現全國算力、網(wǎng)絡(luò )、數據、能源的協(xié)同聯(lián)動(dòng)。正因如此，我們看待全國一體化算力網(wǎng)絡(luò )的視角就不能執著(zhù)于眼前的一年兩年會(huì )帶來(lái)多大量級的投資規模和怎樣的產(chǎn)業(yè)發(fā)展機遇。
2008年，為應對全球金融危機，國家推進(jìn)大量基礎設施建設，依靠高鐵、高速、機場(chǎng)等設施搭建了一張遍布全國各地的交通運輸網(wǎng)絡(luò )。在這張運輸網(wǎng)絡(luò )的建設過(guò)程中，出現了各種各樣的雜音，甚至有人提出了“高鐵那么快有什么用”的質(zhì)疑。但正是依靠這張網(wǎng)，2021年中國社會(huì )物流總額達335.2萬(wàn)億元，日均業(yè)務(wù)量超過(guò)2.66億件，日均服務(wù)用戶(hù)超過(guò)5億人次;而國內物流也為國內電商的蓬勃發(fā)展奠定了堅實(shí)基礎，2011~2018年全國電商交易規模增速始終保持在10%以上。
長(cháng)遠看來(lái)，“東數西算”工程將是一個(gè)更大時(shí)間尺度的整體性系統化工程，期間還有很多的現實(shí)問(wèn)題需要解決，如果過(guò)度在意短期的產(chǎn)業(yè)紅利，反而容易撿了芝麻丟了西瓜。隨著(zhù)“東數西算”實(shí)現國內經(jīng)濟結構和算力布局的統籌優(yōu)化，未來(lái)全國統一的算力網(wǎng)絡(luò )將推動(dòng)產(chǎn)業(yè)數字化和數字產(chǎn)業(yè)化的轉型，催生出新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式，進(jìn)而推進(jìn)中國全體系化產(chǎn)業(yè)升級。
與算力網(wǎng)絡(luò )和電網(wǎng)息息相關(guān)的數字經(jīng)濟，在當下成為世界各國應對新冠肺炎疫情沖擊、加快經(jīng)濟社會(huì )轉型的重要選擇。世界各國加快新型基礎設施布局，以5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、衛星互聯(lián)網(wǎng)為代表的新型信息基礎設施逐步成為全球經(jīng)濟增長(cháng)的新動(dòng)能。2020年中國數字經(jīng)濟規模達到39.2萬(wàn)億元，占GDP比重達38.6%，保持9.7%的高位增長(cháng)速度，更是穩定經(jīng)濟增長(cháng)的關(guān)鍵動(dòng)力。算力網(wǎng)絡(luò )與電網(wǎng)是現代化基礎設施體系的重要組成部分，這兩張大網(wǎng)連接著(zhù)未來(lái)數字經(jīng)濟的各個(gè)環(huán)節，它們相互交織，共同構成數字經(jīng)濟發(fā)展新的支撐。一代人有一代人的長(cháng)征，織好這兩張網(wǎng)就是我們?yōu)橄乱淮渭夹g(shù)革命與經(jīng)濟騰飛打下的堅強基石。
