康寧光通信：低碳方向已定，光通信技術助數據中心“變綠”

2022年07月28日 17:29:32 來源：中文科技資訊

　　近期,我國多地進入“燒烤”模式。上海出現了連續9天的持續高溫紀錄,最高氣溫達40.9℃,追平了1873年以來的最高紀錄�！�1】不可否認的是,面對今年的高溫天氣,科學家們也一直在尋找應對的方法,許多國家正在努力想要在2050年前后實現完全的碳中和。因此,發展低碳經濟,已經是刻不容緩的大事!

　　“力爭到2025年基本實現本市存量數據中心能效碳效水效水平全面達到本市地方標準,集約高效、綠色低碳的數據中心高質量發展格局初步形成。”2022年5月7日,北京市發展和改革委員會、北京市經濟和信息化局近日聯合印發《北京市低效數據中心綜合治理工作方案》【2】,為北京市存量低效數據中心的節能改造和治理工作提供了明確指導,助力實現數據中心綠色低碳發展。

　　數據中心低碳方向已定

　　低碳數據中心的治理改造已不是第一次被提起,國家早已多次出臺相關政策,優化數據中心建設布局。

　　此前,國家發改委等多部委聯合印發《貫徹落實碳達峰碳中和目標要求推動數據中心和5G等新型基礎設施綠色高質量發展實施方案》【3】,提出到2025年,數據中心和5G基本形成綠色集約的一體化運行格局。數據中心運行電能利用效率和可再生能源利用率明顯提升,全國新建大型、超大型數據中心平均電能利用效率降到1.3以下,國家樞紐節點進一步降到1.25以下,綠色低碳等級達到4A級以上。

　　國務院印發的《“十四五”數字經濟發展規劃》提出,按綠色、低碳、集約、高效原則,持續推進綠色數字中心建設,加快推進數據中心節能改造,持續提升數據中心可再生能源利用水平。

　　在中國 “雙碳”目標已確立、數據中心行業能耗逐年增加的背景下,政府對數據中心的指標開始以控制能耗為主,主要包括電能利用效率(PUE)、結構比例、碳排放量這三個維度,其中PUE(總能耗比IT設備能耗,即為PUE值)是主要抓手,各地政府對PUE監管日益嚴格——2021年上海要求存量數據中心PUE不高于1.4,新建數據中心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等能效指標寫入相關政策。

　　今年二月“東數西算”工程的正式全面啟動,也給數據中心提出了更高的低碳發展要求。 “東數西算”通過構建數據中心、云計算、大數據一體化的新型算力網絡體系,將東部算力需求有序引導到西部,優化數據中心建設布局,將大幅提升綠色能源使用比例,同時通過技術創新、以大換小、低碳發展等措施,持續優化數據中心能源使用效率。

　　數據中心是節能降耗的關鍵環節

　　數據中心是公認的高耗能行業。近年來,中國數據中心行業整體用電量以每年超過10%的速度遞增,占全社會總耗電量比重逐年升高。2020年,數據中心行業耗電量更是突破2000億千瓦,約占全社會用電量的2.71%【4】。

　　( 資料來源：中國數據中心節能技術委員會 )

　　從數據中心行業能耗構成來看,主要包括四部分:IT設備能耗、制冷系統能耗、供配電系統能耗、照明及其他能耗,其中傳統數據中心的IT設備能耗占比最大。

　　( 資料來源：公開資料整理 )

　　同時,數據中心在自身發展過程中,需要不斷解決三個方面的問題:隨著數據中心規模不斷擴大,供電系統功耗持續增加成為了限制數據中心快速發展的瓶頸;有效降低PUE,如何有效降低數據中心電力功耗,做到綠色可持續發展; 第三,解決不斷提升數據中心的傳輸速率、提升用戶體驗和降低功耗、降低PUE的矛盾。

　　光通信技術助數據中心“變綠”

　　光通信技術具有綠色天賦,可以“帶寬換算力”,提升分布式計算性能。除了能夠不斷增加數據中心之間互聯帶寬的規模,光通信技術對提升數據節點的算力水平可起到積極作用。一方面利用大容量、低時延特性,支撐廣域分布的計算資源協同運行,進而釋放算力設施的服務能力;另一方面,可提供低能耗高質量的算力資源,在專用計算業務場景中實現規模應用。

　　光通信的“天職”是接入+傳送+交換=光層聯網。與無線、銅纜、IP等技術相比,針對節能降碳需求,光通信技術本身具有綠色天然優勢,主要體現在以下三個方面:

　　接入方面,基于PON的光接入系統能效水平較傳統的接入方式可改善超過50%。PON憑借無源化特征具有顯著的低能耗優勢,已經在網絡邊緣寬帶接入場景中得到了廣泛應用。根據統計數據,中國FTTH/B接入滲透率在2018年已經達到80.1%,在寬帶接入方面呈現出明顯的“光進銅退”趨勢。

　　傳送方面,基于OTN/OXC的光傳送網較IP骨干網也具有顯著的能耗優勢,從分組到OSU單元,助力數據傳送高效節能。隨著互聯網流量和連接數量的增長,骨干網中IP路由器相關的能耗尤為突出。為了應對該挑戰,光業務單元技術正在推動光傳送網由面向管道服務模式向面向業務服務模式發展。相較于傳統OTN技術,光業務網技術的帶寬顆粒更小,可以到2M級別,且具有無損調整能力,未來將極大擴展網絡的聯接規模,并同時將業務連接的范圍由骨干網擴展到網絡邊緣,減少IP路由器交換需求,從而降低傳送網的能耗。

　　交換方面,光電路交換的能耗水平約為傳統電分組交換的1%,可降低數據中心能耗水平。傳統基于電的交換設備的能耗占到數據中心網絡設備能耗的40%,且正隨著交換速率的上升非線性地增長,未來將會對數據中心網絡的能耗問題造成極大挑戰。最新的光交換技術把交換重配置時延由毫秒級降到亞納秒級,已經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,光網絡還可以在其他方面為數據中心降碳。光網絡可以和電力系統進行協同,在“東數西算”工程中,大容量高可靠的光纖網絡使數據中心可以隨著電力生產設施分布進行優化設置,提高清潔能源使用比例,實現信息傳輸和電力傳輸的置換,減少長途電力傳輸的損耗。光網絡還可以與算力系統進行協同,提升數據中心的跨域協作能力,使閑置算力設施得到充分利用,間接實現ICT系統降碳。

　　康寧光通信技術助力打造綠色低碳的數據中心

　　康寧 EDGE 數據中心解決方案提供了4U光纖配線架,采用單芯連接器,達到576芯的業界最高密度,提高了通道線槽的利用率,促進空氣流動,從而降低數據中心制冷成本。同時,整個網絡物理層可以平滑向400G躍遷,并且能夠做到光纖100% 的利用率,滿足未來下一代數據中心更高帶寬、更高速率的訴求。