從1958年提出的“南水北調(diào)”到1986 年設(shè)想的“西電東送”，再到 1998 年開始醞釀的“西氣東輸”，中國通過探索和實踐分別實現(xiàn)了水、電、燃?xì)獾哪媳闭{(diào)配、東西互濟，資源配置格局得以實現(xiàn)優(yōu)化。這種跨區(qū)域資源調(diào)度以實現(xiàn)最優(yōu)解的舉措并非先例，如今，“東數(shù)西算”工程盛大登場。這項工程遵循了資源調(diào)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明顯的不同。
最大的不同，就是來源于“東數(shù)西算”所調(diào)配的資源：算力。
從算力到算力網(wǎng)
當(dāng)前，算力正在逐步成為一個新的衡量國家和地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重要指標(biāo)。在電氣時代，電力作為重要的基礎(chǔ)資源，是經(jīng)濟社會發(fā)展的動力保障，電力能否穩(wěn)定、有效、快捷地獲取，在一定程度上決定了經(jīng)濟社會能否良好運行。隨著人類社會邁入數(shù)字經(jīng)濟時代，算力將扮演相似角色。
雖然目前受制于技術(shù)發(fā)展問題，算力還沒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)揮的價值來看，算力能帶來的改變難以估量。如今的電力已經(jīng)成為經(jīng)濟社會良好運行的“標(biāo)配”，算力則成為了各行各業(yè)高精尖發(fā)展的“頂配”。
類比于電網(wǎng)為各類電氣電子設(shè)備提供電力，算力網(wǎng)絡(luò)是為數(shù)據(jù)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算力網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)整合優(yōu)化，其可幫助原有各機構(gòu)的算力資源實現(xiàn)共享、彈性按需調(diào)動，節(jié)省大量分布式邊緣節(jié)點的資產(chǎn)投資和運維成本。
從實驗室里的超級計算機到單位里的服務(wù)器、辦公電腦，再到個人手里的手機平板，算力遍布于我們生活的各個角落，已然成為了當(dāng)下重要的生產(chǎn)資料。隨著技術(shù)的進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)正在走向成熟應(yīng)用，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量越來越龐大，對計算資源及計算能力也提出了更高的要求。云計算在一段時間內(nèi)曾充分滿足了物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的資源期待，但隨著市場和技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)終端的數(shù)量飛速增長，設(shè)備不斷產(chǎn)生實時數(shù)據(jù)，而受制于能源、土地等因素，建設(shè)在東部沿海等發(fā)達(dá)地區(qū)的云計算數(shù)據(jù)中心的增長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于數(shù)據(jù)處理需求的增速。幸運的是5G、全光網(wǎng)(網(wǎng)絡(luò)傳輸和交換過程全部通過光纖實現(xiàn))、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(yīng)運而生：將算力資源信息通過網(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交易平臺。也正是依賴于技術(shù)革新和算力網(wǎng)絡(luò)模式的形成，“東數(shù)西算”擁有了技術(shù)上實現(xiàn)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(guī)模的數(shù)據(jù)中心作為載體，但建立數(shù)據(jù)中心不僅需要土地資源，還需要消耗大量電力資源。從算力需求分布來看，東部地區(qū)算力需求旺盛而西部算力需求不足。但東部地區(qū)卻面臨能耗指標(biāo)緊張、電力成本高等問題，數(shù)據(jù)中心建設(shè)發(fā)展面臨瓶頸，樹挪死人挪活，西部地區(qū)資源充沛，不管是工業(yè)用地價格還是電價均具備成本優(yōu)勢，至于綠色電力，西部地區(qū)更是具備豐富的風(fēng)光電力資源。而啟動“東數(shù)西算”，有利于破解算力資源“一二線緊張，三四線充足”的局面，推動數(shù)據(jù)中心合理布局。
“東數(shù)西算”工程采取因地制宜模式，將后臺加工、離線分析、存儲備份等對網(wǎng)絡(luò)時延要求不高、訪問不頻繁的溫冷數(shù)據(jù)調(diào)度至發(fā)電低碳、用電低成本的西部，從而優(yōu)化東部數(shù)據(jù)中心資源，以承接時延要求較高的熱數(shù)據(jù)計算。因而數(shù)據(jù)搬遷并不是簡單地全盤打包帶走，它有著更為豐富的內(nèi)涵。京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝4個節(jié)點，服務(wù)于重大區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略實施的需求，將進(jìn)一步統(tǒng)籌好城市內(nèi)部和周邊區(qū)域的數(shù)據(jù)中心布局。貴州、內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏4個節(jié)點，將打造成面向全國的非實時性算力保障基地，積極承接全國范圍的后臺加工、離線分析、存儲備份等非實時算力需求，并承擔(dān)本地實時性算力處理。
從供需關(guān)系的視角出發(fā)，“東數(shù)西算”工程需要推動算力基礎(chǔ)設(shè)施分級分類、梯度布局，引導(dǎo)非實時性溫冷數(shù)據(jù)西移，而實時性算力需求熱數(shù)據(jù)在東部地區(qū)實現(xiàn)綠色集約化布局，城區(qū)內(nèi)部則作為算力“邊緣”端支撐金融、智慧電力等實時性要求極高的業(yè)務(wù)需求，讓需求與資源更好地匹配。
“東數(shù)西算”的說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(shè)全國一體化算力網(wǎng)絡(luò)國家樞紐節(jié)點”。因此，“東數(shù)西算”的最終目標(biāo)，是建立全國一體化算力網(wǎng)絡(luò)。“東數(shù)西算”工程需要實現(xiàn)算力樞紐間直連互聯(lián)、構(gòu)建算力網(wǎng)絡(luò)，為未來算力資源跨區(qū)域靈活調(diào)配提供通道基礎(chǔ);打通跨行業(yè)、跨地區(qū)、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(shù)據(jù)從無序變成有序，熵增過程一定需要能量的輸入，因此算力水平的提升會帶來用電水平的提升。隨著數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展，算力增長將成必然趨勢，而算力的高耗能屬性決定了其對電力的依賴，據(jù)不完全統(tǒng)計，2020年全球發(fā)電量中，約5%用于計算能力消耗，而這一數(shù)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(chǔ)設(shè)施與算力基礎(chǔ)設(shè)施同是“一行帶百業(yè)”，分別顯示出宏觀經(jīng)濟、數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的“陰晴雨雪”，二者的發(fā)展形態(tài)呈現(xiàn)極為相似的演進(jìn)路徑。
企業(yè)的單體數(shù)據(jù)中心以自建自用為主，缺乏布局規(guī)劃與建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，類似于早期企業(yè)的“自備電廠”或是UPS電源。數(shù)據(jù)中心集群依靠其集約型設(shè)施的規(guī)模效應(yīng)，能夠向更多的對象提供算力服務(wù)，滿足部分缺乏自建算力設(shè)施能力的需求主體，類似于“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)，通過數(shù)據(jù)中心集群間的網(wǎng)絡(luò)直聯(lián)形成算力資源統(tǒng)籌調(diào)配的管道，類似于“電網(wǎng)”。
在搭建好算力網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施之后，算力網(wǎng)絡(luò)同樣需要經(jīng)歷和電網(wǎng)類似的發(fā)展與變化。畢竟算力網(wǎng)絡(luò)并不是簡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，形成一個體系架構(gòu)，才能解決供需匹配和算力交易兩個層面的問題。在供需匹配上，需要實時將用戶的需求與算力資源和網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行匹配以滿足不同用戶的需求。而在算力交易層面，涉及的又不僅僅是購買和用戶需求匹配的算力，也包括將相應(yīng)計算結(jié)果及時反饋的網(wǎng)絡(luò)資源，這些環(huán)節(jié)的可靠運行，高效穩(wěn)定的算力交易平臺必不可少。
算力網(wǎng)絡(luò)與電網(wǎng)有著相似的發(fā)展路徑，也有著相同的愿景：實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)、為經(jīng)濟社會穩(wěn)定發(fā)展提供動力與支撐，正是這相同的愿景，讓兩者的未來交織在了一起。因此對數(shù)據(jù)中心電能利用效率的更高要求，將推動未來算力、電力在規(guī)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)會數(shù)據(jù)中心委員會常務(wù)副理事長、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(shè)、運行的兩套網(wǎng)絡(luò)，都是各自發(fā)展的，但在實際發(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)來說，電網(wǎng)是穩(wěn)定的基礎(chǔ)。只有具備了穩(wěn)定的能源供給體系，數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施等數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施才能穩(wěn)定運行。對于電網(wǎng)來說，數(shù)據(jù)中心等數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施能耗的不斷攀升，給很多地區(qū)的供電都造成了壓力。算力網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)階形態(tài)可以通過協(xié)調(diào)分配不同地區(qū)的數(shù)據(jù)中心的算力，減少核心地區(qū)對電力的需求，這對電網(wǎng)的均衡和穩(wěn)定有著積極的意義。”
數(shù)據(jù)中心集群不僅是電網(wǎng)大用戶，更是新型負(fù)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(shù)據(jù)中心本身具有較大的能源需求，同時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(wěn)定性，而數(shù)據(jù)中心的儲能體系可以很好地解決這一問題，綠電先進(jìn)入儲能設(shè)施，出來后就是穩(wěn)定的電力了。
從與電網(wǎng)的互動角度看，數(shù)據(jù)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(shè)施，具備了與電網(wǎng)協(xié)作的可能。簡單來說，數(shù)據(jù)中心可以在用電低谷期存儲、消納包括綠電在內(nèi)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，很多地區(qū)的儲能型數(shù)據(jù)中心，不僅僅是本地的算力節(jié)點，也能成為本地的能源節(jié)點。”
在算力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中，綠色低碳的目標(biāo)貫穿始終，不論是引入芯片封裝優(yōu)化、處理器動態(tài)功耗調(diào)節(jié)、服務(wù)器液冷、數(shù)據(jù)中心節(jié)能等技術(shù)方案，還是從芯片、設(shè)備到數(shù)據(jù)中心進(jìn)行端到端的系統(tǒng)級能效優(yōu)化，有效降低數(shù)據(jù)中心PUE，都是為了實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，推動經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。中國信息通信研究院發(fā)布的《數(shù)據(jù)中心白皮書(2022年)》中提及了未來光伏、風(fēng)電、儲能、鋰電池等綠色電力和供配電節(jié)能技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心發(fā)展過程中也將不斷深入，數(shù)據(jù)中心綠色低碳技術(shù)研發(fā)和應(yīng)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(biāo)與電網(wǎng)特別是新型電力系統(tǒng)的特征是一脈相承的，新型電力系統(tǒng)的特點是清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動，而算力網(wǎng)絡(luò)也需要建設(shè)一張安全可控、清潔低碳、靈活高效、智能開放的網(wǎng)。”電網(wǎng)與算力網(wǎng)上的主要企業(yè)也有著許多合作機會，比如數(shù)據(jù)中心企業(yè)與電力企業(yè)可以共同探索“數(shù)據(jù)中心+新能源+儲能”模式，既能助力西部地區(qū)新能源消納，也可以提高數(shù)據(jù)中心電力供應(yīng)的穩(wěn)定性，有效降低數(shù)據(jù)中心用電成本。數(shù)據(jù)中心不僅可以發(fā)展為負(fù)荷可變、可調(diào)的復(fù)合體，滿足電力系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)需求，還可以在未來為新型電力系統(tǒng)運行提供算力支持。
現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施體系的重要一環(huán)
如何在節(jié)能減排的約束框架下建設(shè)數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施,即“東數(shù)西算”和數(shù)字產(chǎn)業(yè)當(dāng)前最急需解答的課題?！度珖惑w化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實施方案》中強調(diào)“加強數(shù)據(jù)中心統(tǒng)籌規(guī)劃和規(guī)范管理，開展數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心合理布局、有序發(fā)展。”
截至2022年年初，國內(nèi)已建成的數(shù)據(jù)中心為500萬標(biāo)準(zhǔn)機架，整體算力達(dá)到130EFlops(每秒百億億次浮點運算)，并將以20%以上的速度持續(xù)增長。僅從數(shù)字上看，算力規(guī)模的增長非常樂觀，但是總量的增長并不能掩蓋分布的不均衡，北京、廣東、上海的算力規(guī)模位列前三，浙江、廣東、江蘇等東部省份的算力增速超過60%。算力需求大戶也主要集中在東部沿海一線城市和準(zhǔn)一線城市?，F(xiàn)階段看似需求與供給十分匹配，但東部沿海、一線城市和準(zhǔn)一線城市的各類資源有限，能夠分配給數(shù)據(jù)中心的能源、土地、網(wǎng)絡(luò)等資源都會在不遠(yuǎn)的將來見頂，如若不能未雨綢繆，那國內(nèi)缺乏總體布局的算力結(jié)構(gòu)勢必會損害中國數(shù)字經(jīng)濟的整體效率。
扭轉(zhuǎn)和改變這種需求不均衡導(dǎo)致的低效狀況，無疑是一個循序漸進(jìn)的系統(tǒng)性工程，“東數(shù)西算”本質(zhì)上是一項長期規(guī)劃。既然和南水北調(diào)相提并論，“東數(shù)西算”工程的基建屬性不言而喻，如同傳統(tǒng)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(tǒng)籌調(diào)配一樣，將大型和超大型數(shù)據(jù)中心布局到可再生能源等資源相對豐富的西部地區(qū)，統(tǒng)籌調(diào)度東西部數(shù)據(jù)中心算力需求與供給，以實現(xiàn)全國算力、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)、能源的協(xié)同聯(lián)動。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(zhí)著于眼前的一年兩年會帶來多大量級的投資規(guī)模和怎樣的產(chǎn)業(yè)發(fā)展機遇。
2008年，為應(yīng)對全球金融危機，國家推進(jìn)大量基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，依靠高鐵、高速、機場等設(shè)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(shè)過程中，出現(xiàn)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年中國社會物流總額達(dá)335.2萬億元，日均業(yè)務(wù)量超過2.66億件，日均服務(wù)用戶超過5億人次;而國內(nèi)物流也為國內(nèi)電商的蓬勃發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)，2011~2018年全國電商交易規(guī)模增速始終保持在10%以上。
長遠(yuǎn)看來，“東數(shù)西算”工程將是一個更大時間尺度的整體性系統(tǒng)化工程，期間還有很多的現(xiàn)實問題需要解決，如果過度在意短期的產(chǎn)業(yè)紅利，反而容易撿了芝麻丟了西瓜。隨著“東數(shù)西算”實現(xiàn)國內(nèi)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和算力布局的統(tǒng)籌優(yōu)化，未來全國統(tǒng)一的算力網(wǎng)絡(luò)將推動產(chǎn)業(yè)數(shù)字化和數(shù)字產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)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(shù)字經(jīng)濟，在當(dāng)下成為世界各國應(yīng)對新冠肺炎疫情沖擊、加快經(jīng)濟社會轉(zhuǎn)型的重要選擇。世界各國加快新型基礎(chǔ)設(shè)施布局，以5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)為代表的新型信息基礎(chǔ)設(shè)施逐步成為全球經(jīng)濟增長的新動能。2020年中國數(shù)字經(jīng)濟規(guī)模達(dá)到39.2萬億元，占GDP比重達(dá)38.6%，保持9.7%的高位增長速度，更是穩(wěn)定經(jīng)濟增長的關(guān)鍵動力。算力網(wǎng)絡(luò)與電網(wǎng)是現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施體系的重要組成部分，這兩張大網(wǎng)連接著未來數(shù)字經(jīng)濟的各個環(huán)節(jié)，它們相互交織，共同構(gòu)成數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展新的支撐。一代人有一代人的長征，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。
