年度参测数据中心PUE平均值

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从各类数据的表面来分析,数据中心无疑是“能耗大户”。从微观上看,一个超大型数据中心每年的耗电量近亿度;从宏观上看,全世界数据中心的耗电规模为205TWh[1],占全世界耗电规模的1%。据中国信息通信研究院(以下简称“中国信通院”)发布的《数据中心白皮书》统计,我国数据中心产业年增长30%以上,有人因此担心数据中心的能耗也会迅速扩增,而事实真的是如此吗?2020年初,世界顶级学术期刊《Science》刊登的论文《重新校准全球数据中心能耗估算》的数据却表明:全球数据中心的能耗增长其实在放缓。

一般观念里面对于耗电都是只讲“总数”不讲“边际”,数据中心耗电的“总数”看似庞大,其实从“边际”的角度来看,数据中心确实通过努力在逐渐摘掉“能耗大户”的帽子。《重新校准全球数据中心能耗估算》的研究表明:与2010年相比,2018年全球数据中心计算实例增加了550%,而同期全球数据中心的耗电量仅增加了6%。从每个计算实例来看,全球数据中心的能耗强度自2010年以来每年下降20%,能耗效率显著提升。

二、能耗增长放缓的原因

综合《重新校准全球数据中心能耗估算》和全球发展现状分析,数据中心能耗增长放缓的原因主要有三点:

一是得益于积极的政策引导。在全球各地区政策的引导下,数据中心从较小的传统数据中心向超大规模数据中心转变,有效降低PUE值。目前数据中心的规模正在从较小的传统数据中心向更大、更节能的超大规模数据中心转移,2010年全球传统小型数据中心规模占计算实例的79%,而到了2018年全球超大型数据中心规模占计算实例的89%。

二是得益于IT设备的技术与效率的不断提高。在2010-2018年期间,全球服务器效率以及虚拟化程度的提高相结合减少了每个计算实例所需的电量,使全球计算实例增加了6倍的同时服务器能耗仅增加25%;存储驱动器效率和密度的提高相结合使全球存储容量增加了25倍的同时存储能源的使用仅增加了3倍。

三是得益于制冷和供配电等基础设施技术的不断改进。这些基础设施的技术进步使得能源使用量大幅减少,有效降低PUE值。据估计,2018年全球数据中心的平均PUE为2010年的75%左右,得到有效改善。

三、能耗改善的实践

1. 政策方面政策引导数据中心走向大型化和集约化,有效降低能耗。国内数据中心在2013年以前存在着过热、盲目和重复建设问题,同时,全国大部分数据中心存在规模偏小、布局不合理、能效水平低等问题。从2013年开始,工信部陆续通过联合四部委印发《关于数据中心建设布局的指导意见》、滚动更新《全国数据中心应用发展指引》(中国信通院云计算与大数据研究所具体支撑)等方式引导数据中心合理建设和布局,多个省市通过陆续出台一系列政策引导规范数据中心的建设,我国数据中心的能效水平总体提升。

2013年以前,全国对外服务型数据中心平均PUE在2.5左右,而到2019年底,全国对外服务型数据中心平均PUE近1.6,实现质的飞跃。同时数据中心也朝着大型化、集约化的方向迈进,2013年以前全国大型以上数据中心的数量较少,而到了2019年,在对外服务型数据中心中,大型以上数据中心机架规模占比达到70%左右,这极大地促进了数据中心能耗效率的提升。

不仅PUE的平均水平在优化,我国数据中心的最佳PUE也在不断创新低。自2013年起,中国信通院云计算与大数据研究所已经测过众多数据中心的PUE,其中PUE表现良好的大部分为互联网和通信行业大型数据中心。很明显,随着时间的推移,参测数据中心PUE已经由1.4-1.5区间降低到1.2-1.3区间。

PUE值

年度参测数据中心PUE平均值

在国际上,以美国公共机构为例,美国政府从2010到2019十年时间内,通过美国联邦数据中心整合计划(FDCCI)、联邦政府信息技术采购改革法案(FITARA)、数据中心优化倡议(DCOI)等一系列政策措施,实现了数据中心数量减少7000个,减少约50%;近一半大型数据中心PUE从平均2.0以上优化至1.5甚至1.4以下;部分服务器利用率从5%提升到65%以上。

2. 技术方面数据中心供电架构逐步简化,提高用电效率。随着产业规模快速增长,高压直流(HVDC)逐渐成为数据中心供电系统的新选择, “HVDC+市电直供”相结合的模式,供电效率可提升到94%-95%,若采用HVDC离线模式,供电效率可提升至97%以上,目前HVDC已在大型互联网公司得到了广泛应用。由于HVDC的容量所限等原因,巴拿马电源横空出世,它颠覆了传统IDC供电架构,从中压10KV AC直转240V DC,减少转换次数缩短电流旅程,相比传统双U架构配电节省投资44%,IDC整体投资节省7%以上。

液冷逐渐成为数据中心制冷的新方向,更加节能。随着新兴技术的快速发展,特别是高性能计算设备和GPU服务器的使用,将使单机架用电规模朝着20kW-30kW甚至更高规模发展,而用电密度提升对数据中心制冷系统提出挑战。传统风冷已无法达到所需的散热能力,液冷逐渐成为数据中心制冷的新模式。液冷模式通过液体直接导向热源带走热量,散热效率更高、更加节能。国内以ODCC(开放数据中心委员会)为代表的行业平台积极推动了液冷的标准化进程,加速了数据中心液冷团体标准、行业标准的出台。

整机柜服务器支撑新技术新应用,有效降低能耗。天蝎整机柜服务器目前完成三代技术演进,实现了服务器供电、散热和系统管理层面标准化、资源池化,不仅可以实现性能的提升、总成本的降低,同时也降低了能耗。如整机柜ARM64服务器,对比同配置X86服务器,计算性能提升1-2倍,单节点能耗省40W;整机柜GPU服务器,通信带宽提升2-4倍,延时缩小1倍,比传统GPU服务器性能提升30%,能耗降低7%以上。

四、小结

由于计算能力和能源消耗的正比关系,数据中心的高能耗属性不会改变,但是我们可以通过政策引导和技术创新来实现数据中心的高能效和高质量发展,同时也需要关注数据中心对经济发展带来的显著促进作用。随着数据中心进入新基建的序列,数据中心的社会关注度骤升,相关政策密集研究和出台,我们也期待并尽力推动更多的数据中心技术创新。

[1] Recalibrating global data center energy-use estimates

国内各整车企业需要在坚持常态化防控措施的同时,抓住时机调整经营体制和产品布局,率先于其他国家走出困境并迎接需求复苏时刻。

在新冠肺炎疫情以欧美为中心加速蔓延的形势下,全球许多国家和地区纷纷出台和扩大了限制出行措施,这对各行各业的经济活动均产生了严重影响。从汽车业界来看,不仅限制出行措施和消费心理变化导致了新车需求降低,以防止感染扩大和调整库存为目的而关闭整车和零部件工厂的情况也此起彼伏。根据FOURIN推测,2020年世界汽车销量有可能同比减少20%降至7,000万辆,基本能够确定降幅将超过金融危机(2008年和2009年均减少5%)时的水平。

中国汽车工业咨询委员会主任安庆衡先生向我们分享了有关国内外汽车产业受疫情影响的现状和问题,并就今后业界关注的焦点课题进行了独家解析。安主任认为,国内各整车企业需要在坚持常态化防控措施的同时,抓住时机调整经营体制和产品布局,率先于其他国家走出困境并迎接复苏时刻。同时,零部件企业则需要以海外企业为参考,以“新四化”为契机寻找和布局优质资源,用好从传统内燃机向新能源领域发展转向的战略机会。此外,还应参考海外企业在发展混动和纯电动技术方面的做法,在明确零排放长远导向的同时,努力构建企业亦能在短期内保证盈利的可持续性经营体制。

随着我国正式宣布“两会”举办时间,国内疫情已经得到根本控制,预计“五一”之后各行各业将全面恢复往日活力。我国在疫情防控和复工复产方面走在了全球前列,但以美国为首的国外疫情发展形势仍然令人担忧。结合近期的汽车相关数据和各企业的经营动向,继上月之后,与大家分享一些感想。

一、 增强疫情后市场反弹信心,率先走出困境和迎接复苏

从机构统计的世界85国/地区的汽车销量来看,2019年同比减少3.8%降至9,099.3万辆。主要原因在于,除了中国同比减少200多万辆以外,印度减少近60万辆、美国和阿根廷等国也分别减少20多万辆。

从各集团来看,大众和丰田实现增长,戴姆勒和宝马超过上年,但其余均出现下滑。大众、丰田、雷诺/日产/三菱联盟、通用、现代的前五名次未变,但前两位与其余之间的差距有所扩大。值得关注的一点是,标致雪铁龙和菲亚特克莱斯勒将在2021年完成合并手续。若把这两个集团的2019年销量相加,规模将超过以782万辆排名第4位的昔日霸主通用。

PUE值

原来预计全球汽车市场在2020年有望重回增长轨道,但新冠疫情防控措施已对全球经济活动产生较大影响。对于汽车需求的影响自进入2020年以后逐月加重,同年3月美国出现37.9%、欧洲出现51.8%、中国出现43.3%、印度出现61.1%的同比降幅。当前还无法预测疫情结束时间,限制经济活动的时间将会延长,全球汽车需求的降幅很有可能超过2008年全球金融危机之后的情况。

这次疫情过后,与当年的金融危机后相比、中国的汽车市场增长可能不会那么快,而且各国所能提供的政策扶持余地看来也比当时要小。有些厂商从新冠爆发之前的经营状况就不太好,这次异常事态很可能诱发新的行业重组。不过,结合过去的经历和现实走向来看,市场需求必定能够迎来恢复时刻。

现阶段,我国政府已出台一系列刺激消费政策,各厂商在将疫情损失降至最低的同时,还需要抓住时机调整经营体制和产品布局,率先于其他国家走出困境并迎接需求复苏时刻。

二、 零部件企业需以欧美为参考,逐步向新四化领域调整方向

新型肺炎疫情冲击下,中国作为全球最大的汽车零部件供应链基地,对全球汽车工业的重要性进一步显现。但是,中国汽车零部件产业链在核心配件环节和共性技术领域的短板也被不断放大。中国自主汽车零部件龙头企业应牢牢把握全球汽车零部件供应链体系重构的产业机遇,以欧美为参考,在关键核心零部件领域和卡脖子技术领域积极调整发展方向,探索整合重组模式,努力实现并购和合作,形成自动变速器、电驱动系统等多家具有足够规模、具有全国乃至全球竞争力的先进企业,以应对海外供应链的断裂风险。

从全球汽车零部件制造商的动向来看,伴随“新四化”带来的汽车行业变革机遇,这两年出现的大型并购和合作的案例不断增多。这也造成了部分大型零部件集团的规模有降有升。

大陆在将动力总成部门以Vitesco的名称分割之后,营收降至330亿欧元左右,规模后退至与现代摩比斯持平的水平。另外,马瑞利在与康奈可合并之后,营收达到170亿美元左右,能与矢崎总业和安道拓并列。日立汽车系统在与本田系3家厂商(京滨、昭和、日信工业)合并之后,预计排名也将上升。2020年以后,采埃孚收购威伯科,营收将扩大到430亿美元,但仍不及博世和电装。博格华纳这些年发展很快,若收购德尔福科技,营收将超过150亿美元,将与住友电工、马勒等比肩。

PUE值

大陆将动力总成独立为Vitesco,有利于集中动力总成领域的优势和增强电驱动领域竞争力。马瑞利和康奈可合并,将就照明装置和仪表盘等电子电气领域形成规模效应。本田系3家厂商依托各自在动力总成、转向和制动系统方面的优势,再加上日立汽车系统的IoT技术,将能获得数字化领域的先发优势。采埃孚收购威伯科旨在获得商用车制动解决方案,以此完善其自动驾驶技术。博格华纳收购德尔福科技,双方将在节能减排和电驱动领域形成合力。

这些2019年以后新出现的并购动向,除了以提供电动汽车零部件一揽子方案为目标而完善技术的案例,还有尝试改变以内燃机为中心的事业体制的案例。这些并购合作的目的,都是尽可能把业务重心逐步向“新四化”相关领域过渡,在弥补自身业务短板的同时,力图培育具备增长潜质的关键技术,抢占市场发展先机。预计今后全球范围内的这种趋势仍将持续。

不过,大多数“新四化”相关技术必须依赖极大的投资,要想在短期内收回投资较难。在2020年不断蔓延的新冠肺炎疫情导致汽车行业遭受巨大影响下,很难保证持续开展前沿开发的充足资源,各制造商如何行动确保收益和推进技术开发有待关注。

对于国内零部件厂商来说,需要把握海外大型优势零部件企业的战略走向和产品布局,在紧跟国际走势的同时,努力补齐“新四化”领域的产品短板。同时,还需以先进技术为导向,抓住大型厂商并购重组的时机,适当引进一些海外优势资源,并尝试拓展包括研发领域的合资合作可能性。

结合当前全球形势来看,可能电动汽车的普及要比预期要晚,短期内零部件领域的主力仍将是内燃机车零部件。这也是以传统零部件为收益来源的零部件厂商的优势,也就是说我们还有机会。

没有规模,没有足够的研发能力,没有足够强的竞争力,中国汽车零部件企业就不足以支撑中国自主整车企业发展。

三、 借鉴海外企业发展经验,兼顾长远目标和短期收益

从日本汽车制造商的近期经营动向来看他们在继续围绕擅长的HEV领域加强新一代动力总成技术研发的同时,坚持“两条腿”走路,不断扩大针对纯电动车(EV)领域的研发投资。

就混动技术领域,日本厂商并没有停止导入和发展混合动力技术。丰田已在2019年将安装平行轴电机的新一代双电机混动系统(THS)扩大应用至B细分车型。本田继推出1~3电机式混合动力系统之后,2019年也新开发出了面向B细分车型的双电机系统(i-MMD),2020年以后将把旗下的HEV集中至i-MMD。日产则将不断改良串联混合动力系统e-POWER用发动机,就PHEV领域则有可能采用三菱的技术。

针对EV领域,日本厂商仍在坚持针对纯电动车(EV)领域的研发投资。丰田继2019年打造了EV专属平台e-TNGA之后,还将与大发、铃木、斯巴鲁共同企划和开发EV。本田已开始推广应用EV专属平台,将以2020年上市的Honda e为开端扩充EV产品阵容。日产则开发了下一代EV专属PF,计划2020年以后投放基于该平台新开发的SUV版EV。

欧美汽车制造商也已开始大规模部署耗时多年开发而来的EV和PHEV。不过,各厂商采取的措施也略有不同。大众集团以EV为中心,继2019年底开始生产MEB平台的首款车型ID.3之后,2020年还将为Škoda和SEAT品牌推出MEB车型。而混动方面,已为其主力车型新款第八代高尔夫推出了改良版PHEV和48V MHEV车型。

戴姆勒、宝马和福特则将重心放在混动领域,尤其是PHEV和MHEV。戴姆勒计划到2020年为其100余款车型(含衍生车/换代车型)推出P0型或P2型MHEV版本。宝马将继续大规模开展PHEV,继2019年4月更新了向采埃孚采购混动8速AT的协议之后,2019年秋又开始推出48V MHEV车型。

通用明确表示将跳过混合动力汽车,旨在实现高端车型向EV的转换。福特则增加了安装双电机的HEV/PHEV车型数量,2019年还追加了48V MHEV。就EV开发领域,福特还与大众合作,有望于2023年推出福特版MEB车型。

结合上述海外整车厂商动向推测,在纯电动汽车正式普及之前,预计短期内包括HEV、PHEV、MHEV在内的混合动力汽车销量仍将增加。

当前,日本企业在持续强化HEV研发的同时,已经开始拓展PHEV和EV产品。与此同时,欧美企业也在不断增加48V轻混车型(MHEV)和PHEV车型。从支撑上述产品的关键零部件来看,驱动电机、逆变器、变速器/减速器等用于混动车型的关键共性技术,主导权仍然掌握在欧美日大型一级供应商手中。民族系企业除了自主开展混动系统研发和生产的比亚迪之外,其余企业在开发混动系统时,均需从大型外资供应商手中采购机电一体化系统。

对于民族系企业来说,在以纯电优势为突破口的同时,仍需要掌握HEV/PHEV等其他领域的发展动态。建议国内企业持续关注欧美和日本企业在发展电动动力总成方面的做法,在保持电池等领域的传统优势的同时着力发展有自主知识产权的电动动力总成领域核心技术。

国内汽车生产企业已率先走出疫情困境拥有在华基地的特斯拉等海外企业很可能率先获得发展。对于国内汽车制造商来说,着眼于今后的可持续性发展和迎接需求复苏在将电动汽车设定为节能减排主要方向的同时,还需要以海外企业的发展经验为参考深耕和不断拓展主力产品阵容,打好未来持续发展的根基。
       责任编辑:pj

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