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(kāi)始醞釀的“西氣東輸”，中國(guó)通過(guò)探索和實(shí)踐分別實(shí)現(xiàn)了水、電、燃?xì)獾哪媳闭{(diào)配、東西互濟(jì)，資源配置格局得以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。這種跨區(qū)域資源調(diào)度以實(shí)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(chǎng)。這項(xiàng)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(lái)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(gè)新的衡量國(guó)家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要指標(biāo)。在電氣時(shí)代，電力作為重要的基礎(chǔ)資源，是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的動(dòng)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(jì)社會(huì)能否良好運(yùn)行。隨著人類社會(huì)邁入數(shù)字經(jīng)濟(jì)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(duì)工業(yè)革命產(chǎn)生顛覆性的影響，但從云計(jì)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(jì)社會(huì)良好運(yùn)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(jì)算提供計(jì)算力服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。原有的計(jì)算力資源通過(guò)算力網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)整合優(yōu)化，其可幫助原有各機(jī)構(gòu)的算力資源實(shí)現(xiàn)共享、彈性按需調(diào)動(dòng)，節(jié)省大量分布式邊緣節(jié)點(diǎn)的資產(chǎn)投資和運(yùn)維成本。
從實(shí)驗(yàn)室里的超級(jí)計(jì)算機(jī)到單位里的服務(wù)器、辦公電腦，再到個(gè)人手里的手機(jī)平板，算力遍布于我們生活的各個(gè)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(lái)越龐大，對(duì)計(jì)算資源及計(jì)算能力也提出了更高的要求。云計(jì)算在一段時(shí)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(chǎng)和技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)終端的數(shù)量飛速增長(zhǎng)，設(shè)備不斷產(chǎn)生實(shí)時(shí)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(jì)算數(shù)據(jù)中心的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于數(shù)據(jù)處理需求的增速。幸運(yùn)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(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(yùn)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(fèi)方之間搭建一個(gè)交易平臺(tái)。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(shí)現(xiàn)的可能。
搭建全國(guó)一體化算力網(wǎng)絡(luò)
我國(guó)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(lái)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(wèn)題，數(shù)據(jù)中心建設(shè)發(fā)展面臨瓶頸，樹(shù)挪死人挪活，西部地區(qū)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(shì)，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(dòng)“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(dòng)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(tái)加工、離線分析、存儲(chǔ)備份等對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延要求不高、訪問(wèn)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(shí)延要求較高的熱數(shù)據(jù)計(jì)算。因而數(shù)據(jù)搬遷并不是簡(jiǎn)單地全盤打包帶走，它有著更為豐富的內(nèi)涵。京津冀、長(zhǎng)三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝4個(gè)節(jié)點(diǎn)，服務(wù)于重大區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)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(gè)節(jié)點(diǎn)，將打造成面向全國(guó)的非實(shí)時(shí)性算力保障基地，積極承接全國(guó)范圍的后臺(tái)加工、離線分析、存儲(chǔ)備份等非實(shí)時(shí)算力需求，并承擔(dān)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(shù)西算”工程需要推動(dòng)算力基礎(chǔ)設(shè)施分級(jí)分類、梯度布局，引導(dǎo)非實(shí)時(shí)性溫冷數(shù)據(jù)西移，而實(shí)時(shí)性算力需求熱數(shù)據(jù)在東部地區(qū)實(shí)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(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(shù)西算”的說(shuō)法是為了便于各行各業(yè)形象地理解這項(xiàng)工程，但在文件中的正式表述是“建設(shè)全國(guó)一體化算力網(wǎng)絡(luò)國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)”。因此，“東數(shù)西算”的最終目標(biāo)，是建立全國(guó)一體化算力網(wǎng)絡(luò)。“東數(shù)西算”工程需要實(shí)現(xiàn)算力樞紐間直連互聯(lián)、構(gòu)建算力網(wǎng)絡(luò)，為未來(lái)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(jí)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(jì)算的本質(zhì)是把數(shù)據(jù)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。隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，算力增長(zhǎng)將成必然趨勢(shì)，而算力的高耗能屬性決定了其對(duì)電力的依賴，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2020年全球發(fā)電量中，約5%用于計(jì)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(jì)、數(shù)字經(jīng)濟(jì)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(duì)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(shì)下的新型網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，通過(guò)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(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(gòu)等業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)起來(lái)，形成一個(gè)體系架構(gòu)，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(gòu)買和用戶需求匹配的算力，也包括將相應(yīng)計(jì)算結(jié)果及時(shí)反饋的網(wǎng)絡(luò)資源，這些環(huán)節(jié)的可靠運(yùn)行，高效穩(wěn)定的算力交易平臺(tái)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(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)、為經(jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)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(duì)數(shù)據(jù)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(guī)劃、運(yùn)行機(jī)制上相互融合、協(xié)同發(fā)展。中國(guó)通信工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)中心委員會(huì)常務(wù)副理事長(zhǎng)、中國(guó)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(dú)立建設(shè)、運(yùn)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(duì)于算力網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，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(yùn)行。對(duì)于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，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(guò)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(duì)電力的需求，這對(duì)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(shí)也有儲(chǔ)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(chǔ)能體系可以很好地解決這一問(wèn)題，綠電先進(jìn)入儲(chǔ)能設(shè)施，出來(lái)后就是穩(wěn)定的電力了。
從與電網(wǎng)的互動(dòng)角度看，數(shù)據(jù)中心一方面具有儲(chǔ)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(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)中心可以在用電低谷期存儲(chǔ)、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(lái)，很多地區(qū)的儲(chǔ)能型數(shù)據(jù)中心，不僅僅是本地的算力節(jié)點(diǎn)，也能成為本地的能源節(jié)點(diǎn)。”
在算力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過(guò)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(dòng)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(jí)能效優(yōu)化，有效降低數(shù)據(jù)中心PUE，都是為了實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。中國(guó)信息通信研究院發(fā)布的《數(shù)據(jù)中心白皮書(shū)(2022年)》中提及了未來(lái)光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)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(guò)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(jī)協(xié)同。
國(guó)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(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(shè)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)也有著許多合作機(jī)會(huì)，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(chǔ)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(lái)為新型電力系統(tǒng)運(yùn)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?guó)一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實(shí)施方案》中強(qiáng)調(diào)“加強(qiáng)數(shù)據(jù)中心統(tǒng)籌規(guī)劃和規(guī)范管理，開(kāi)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(guó)范圍數(shù)據(jù)中心合理布局、有序發(fā)展。”
截至2022年年初，國(guó)內(nèi)已建成的數(shù)據(jù)中心為500萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架，整體算力達(dá)到130EFlops(每秒百億億次浮點(diǎn)運(yùn)算)，并將以20%以上的速度持續(xù)增長(zhǎng)。僅從數(shù)字上看，算力規(guī)模的增長(zhǎng)非常樂(lè)觀，但是總量的增長(zhǎng)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(guò)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(huì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)見(jiàn)頂，如若不能未雨綢繆，那國(guó)內(nèi)缺乏總體布局的算力結(jié)構(gòu)勢(shì)必會(huì)損害中國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)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(wú)疑是一個(gè)循序漸進(jìn)的系統(tǒng)性工程，“東數(shù)西算”本質(zhì)上是一項(xiàng)長(zhǎng)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(guó)家級(jí)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(duì)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(shí)現(xiàn)全國(guó)算力、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)、能源的協(xié)同聯(lián)動(dòng)。正因如此，我們看待全國(guó)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(huì)帶來(lái)多大量級(jí)的投資規(guī)模和怎樣的產(chǎn)業(yè)發(fā)展機(jī)遇。
2008年，為應(yīng)對(duì)全球金融危機(jī)，國(guó)家推進(jìn)大量基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，依靠高鐵、高速、機(jī)場(chǎng)等設(shè)施搭建了一張遍布全國(guó)各地的交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。在這張運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)過(guò)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(guó)社會(huì)物流總額達(dá)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)用戶超過(guò)5億人次;而國(guó)內(nèi)物流也為國(guó)內(nèi)電商的蓬勃發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，2011~2018年全國(guó)電商交易規(guī)模增速始終保持在10%以上。
長(zhǎng)遠(yuǎn)看來(lái)，“東數(shù)西算”工程將是一個(gè)更大時(shí)間尺度的整體性系統(tǒng)化工程，期間還有很多的現(xiàn)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“東數(shù)西算”實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和算力布局的統(tǒng)籌優(yōu)化，未來(lái)全國(guó)統(tǒng)一的算力網(wǎng)絡(luò)將推動(dòng)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(guó)全體系化產(chǎn)業(yè)升級(jí)。
與算力網(wǎng)絡(luò)和電網(wǎng)息息相關(guān)的數(shù)字經(jīng)濟(jì)，在當(dāng)下成為世界各國(guó)應(yīng)對(duì)新冠肺炎疫情沖擊、加快經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型的重要選擇。世界各國(guó)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(jì)增長(zhǎng)的新動(dòng)能。2020年中國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模達(dá)到39.2萬(wàn)億元，占GDP比重達(dá)38.6%，保持9.7%的高位增長(zhǎng)速度，更是穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的關(guān)鍵動(dòng)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(lái)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，它們相互交織，共同構(gòu)成數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展新的支撐。一代人有一代人的長(zhǎng)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(jì)騰飛打下的堅(jiān)強(qiáng)基石。
