1U服务器（数据中心耗电）

导言我说，数据中心让信息触手可及他说，数据中心太耗电我说，数据中心让学习变得简单他说，数据中心太耗电我说，数据中心让生活丰富多彩他说，数据中心太耗电我说，你怎么知道数据中心太耗电他说，听说作为深耕行业多年的老兵，我来说道说道。一 行业预估1 耗电量众所周知电量=功率*时间，数据中心作为IT设备的承载场所，其运行取决于IT设备提供服务的重要程度，一旦断电，除了会带来经济问题，还有可能对社会产生巨大的影响。当前，大中型数据中心都是有双路市电+后备柴发作为保障的，IT设备的运行时不间断的。1台服务器平均运行功率300W（1U服务器），那么全年的耗电就是0.3*8760=2628kWh（1kWh=1度电）。根据统计局数据，2020年居民生活电力消费总量为10637.2 亿千瓦时（亿kWh），按我国人口核算人均约为760kWh，每台服务器每年大约为3.5个居民的全年耗电量。据媒体报道，某些互联网大厂的服务器数量就超过了百万台，而全国在用的服务器数以亿计，所以数据中心内仅IT设备就产生巨大的能耗，数据中心的总能耗不单单来自于IT设备，为IT设备提供支撑的电力，制冷等也会消耗电力，数据中心行业通常用PUE来进行非IT耗能的衡量。PUE=总能耗/IT设备的能耗，根据国家发布的最新政策，大型数据中心的PUE要限制在1.3以下，但是当前行业平均的PUE还维持在1.5以上的水平，甚至某些老旧的小型数据中心还会超过2。在新基建的利好推动下，截至2019年底，中国在用数据中心机架总体规模达315万架，同比增长39.38%；规划在建设数据中心机架数量达364万架，超过在用数据中心数量。图1 全国数据中心机架数量资料来源：中国信通院可以预见随着IDC（互联网数据中心）的大量建设，IDC将面临日益增长的资源和电力需求。关于数据中心的能耗，在行业统计中也有不同的声音，以下按照从高到底的维度进行了梳理：1、高耗能维度：根据IDC圈的统计，从2011年到2016年，数据中心耗电量以每年10%速度快速增长，2019年数据中心总耗电量超过1748千瓦时，占全社会用电总量约为2.4%。预计到2025年，占比将达到 4%。（2019年全社会用电量为7.25万亿千瓦时）图2 数据中心耗电量统计数据来源：IDC圈，国信证券根据绿色和平与华北电力大学联合发布的《点亮绿色云端：中国数据中心能耗与可再生能源使用潜力研究》报告，2018年中国数据中心总用电量为1,608.89亿千瓦时，占中国全社会用电量的2.35%，预估未来5年年化增长率为10.6%，按此计算2019年预估为1770亿千瓦时。与上述IDC圈的数据基本一致。2、中耗能维度：2019年，全国数据中心行业耗电总量约为600亿-700亿千瓦时左右，约占全国全社会用电量的0.8%～1%。随着信息化时代的深入，初步估计2030年中国数据中心的总能源消耗量预计将在2019年基础上翻一番，达到社会总用电量的1.5%到2%左右。（数据来源：中国电子学会 .《中国绿色数据中心发展报告（2020）》）。中耗能数据只有不到高耗能数据的50%。3、低耗能维度：根据信通院统计的数据，2019年全国数据中心耗电量只有258.66亿千瓦时，低耗能数据只有不到中耗能数据的50%。图3 信通院数据中心耗电量统计图3中的数据2020年比2019年增长了62%，2019年-2020年是疫情期间，增长幅度不应该达到这样的水平。三种维度的耗电量估算差距巨大，到底哪个维度才能更贴近的反映数据中心的能耗呢？让我们来一探究竟。2 机柜数量既然电量=功率*时间，那么计算数据中心的能耗一定要从机柜数量和单机柜功率下手。根据工信部《全国数据中心应用发展指引2020》统计，截至2019年底，中国在用数据中心机架总体规模达315万架，与第一部分信通院引用的数据一致；根据科智咨询统计的数据，全国2019年在用机架数265.8万个，其中北京为14.1万，占比为5.3%；而根据ODCC的统计，2019年北京的在用机架数为25万个左右，ODCC统计数据为科智咨询的1.79倍。根据中国电子学会《中国绿色数据中心发展报告（2020）》，2019年中国已拥有各类大中小微型数据中心约7.4万个，机架总规模约227万架。根据行业的经验，数据中心单机柜功率一般为4kW（低密），8kW（中密），12kW以上（高密），2018年以来逐渐以中密机房规划和建设居多，通常为6-8kW，2018年之前低密机房占绝大多数。二 数据测算本文计算的出发点是通过机柜数量、单机柜功率及上架率预估全国数据中心的耗电量，从而计算出区间值，来衡量数据中心的能耗水平。根据前文机柜数量大致为227万-315万之间，当然这其中的统计标准可能会有差别，如227万台机柜可能是按6kW统计的，而315万台机柜也许是按4kW统计的。下面结合上海市经信委发布的数据：据上海市经信委提供的统计数据显示，上海2019年投运的IDC共计107个，总用电为33.8亿kWh，折合标准煤97.34万吨；总机架数15.5万个，折合标准6kW机架为10万架，IT设备负荷使用率中位数为39%。截至目前，全市100多个数据中心的用电量约占全市全年用电总量的1.6%。而行业研究机构的数据将近30万架，如图4所示，两者之间有较大的GAP。图4 上海2019年在用机架数数据来源：ODCC官网根据上海经信委的数据，上海机柜总功率为6kW*10万=60万kW=600MW。所以总机架数15.5万个大致是按照4kW机柜来统计的。如果按照所有机柜都上电使用的情况下计算如下：说明：根据信通院的数据，2019年，全国超大型数据中心运行PUE为1.46，大型数据中心为1.55，上表中数据按照上限1.55来预估。用电能耗占数据中心全部使用的比例为33.8/81.5=41.5%，与IT设备负荷使用率中位数39%基本接近。考虑到上海作为长三角的核心，经济发达，数据中心使用率相对较高的，全国平均数据中心使用率会远低于40%，以下计算仍基于40%计算。单机柜功率分为4kW和6kW。即便是按照315万台机柜全部是6kW计算，年最大的耗电量也只有1026亿kWh，远低于前文中的高耗能维度，315万台4kW机柜的全年耗电量为684亿kWh，与中耗能维度基本一致。而如果全国的上架率按照30%甚至更少计算，可以看到315万台机柜的耗电量在510-640之间，三 结论通过以上的分析，全国2019年数据中心总耗电大约400~600亿kWh，占2019年全社会用电量的0.55~0.8%。占比为上海数据中心耗电量比例的一半以下，基本合理，所以数据中心行业并没有耗电猛于虎。之所以行业预估会有如此高的数据，一方面为了凸显本行业的蓬勃发展，另一方面可能也是吸引投资关注的需要，但是自从“双碳”战略出来之后，如此高的耗能数据也对行业发展产生了巨大的影响，很多区域对于数据中心的态度也开始从热转冷，核心区域甚至已经很难看到新批数据中心的身影。本文旨在表明虽然数据中心是个全年持续需要能源的行业，但是其需求量也是与经济社会的发展相匹配，并不是无源之水，没有信息化需求，没有互联网、移动互联网的爆发式增长，机柜只是冷冰冰的一堆铁皮，除了占据微薄的用地之外，并不会平白无故的耗能。