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康宁光通信：低碳方向已定，光通信技术助数据中心“变绿”

2022/7/28 17:45:06 来源：

近期,我国多地进入“烧烤”模式。上海出现了连续9天的持续高温纪录,最高气温达40.9℃,追平了1873年以来的最高纪录。【1】不可否认的是,面对今年的高温天气,科学家们也一直在寻找应对的方法,许多国家正在努力想要在2050年前后实现完全的碳中和。因此,发展低碳经济,已经是刻不容缓的大事!

“力争到2025年基本实现本市存量数据中心能效碳效水效水平全面达到本市地方标准,集约高效、绿色低碳的数据中心高质量发展格局初步形成。”2022年5月7日,北京市发展和改革委员会、北京市经济和信息化局近日联合印发《北京市低效数据中心综合治理工作方案》【2】,为北京市存量低效数据中心的节能改造和治理工作提供了明确指导,助力实现数据中心绿色低碳发展。

数据中心低碳方向已定

低碳数据中心的治理改造已不是第一次被提起,国家早已多次出台相关政策,优化数据中心建设布局。

此前,国家发改委等多部委联合印发《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》【3】,提出到2025年,数据中心和5G基本形成绿色集约的一体化运行格局。数据中心运行电能利用效率和可再生能源利用率明显提升,全国新建大型、超大型数据中心平均电能利用效率降到1.3以下,国家枢纽节点进一步降到1.25以下,绿色低碳等级达到4A级以上。

国务院印发的《“十四五”数字经济发展规划》提出,按绿色、低碳、集约、高效原则,持续推进绿色数字中心建设,加快推进数据中心节能改造,持续提升数据中心可再生能源利用水平。

在中国 “双碳”目标已确立、数据中心行业能耗逐年增加的背景下,政府对数据中心的指标开始以控制能耗为主,主要包括电能利用效率(PUE)、结构比例、碳排放量这三个维度,其中PUE(总能耗比IT设备能耗,即为PUE值)是主要抓手,各地政府对PUE监管日益严格——2021年上海要求存量数据中心PUE不高于1.4,新建数据中心PUE限制在1.3以下;深圳要求PUE在1.4以下。山东、山西、广西、云南等省也纷纷将PUE等能效指标写入相关政策。

今年二月“东数西算”工程的正式全面启动,也给数据中心提出了更高的低碳发展要求。 “东数西算”通过构建数据中心、云计算、大数据一体化的新型算力网络体系,将东部算力需求有序引导到西部,优化数据中心建设布局,将大幅提升绿色能源使用比例,同时通过技术创新、以大换小、低碳发展等措施,持续优化数据中心能源使用效率。

数据中心是节能降耗的关键环节

数据中心是公认的高耗能行业。近年来,中国数据中心行业整体用电量以每年超过10%的速度递增,占全社会总耗电量比重逐年升高。2020年,数据中心行业耗电量更是突破2000亿千瓦,约占全社会用电量的2.71%【4】。

（资料来源：中国数据中心节能技术委员会）

从数据中心行业能耗构成来看,主要包括四部分:IT设备能耗、制冷系统能耗、供配电系统能耗、照明及其他能耗,其中传统数据中心的IT设备能耗占比最大。

（资料来源：公开资料整理）

同时,数据中心在自身发展过程中,需要不断解决三个方面的问题:随着数据中心规模不断扩大,供电系统功耗持续增加成为了限制数据中心快速发展的瓶颈;有效降低PUE,如何有效降低数据中心电力功耗,做到绿色可持续发展; 第三,解决不断提升数据中心的传输速率、提升用户体验和降低功耗、降低PUE的矛盾。

光通信技术助数据中心“变绿”

光通信技术具有绿色天赋,可以“带宽换算力”,提升分布式计算性能。除了能够不断增加数据中心之间互联带宽的规模,光通信技术对提升数据节点的算力水平可起到积极作用。一方面利用大容量、低时延特性,支撑广域分布的计算资源协同运行,进而释放算力设施的服务能力;另一方面,可提供低能耗高质量的算力资源,在专用计算业务场景中实现规模应用。

光通信的“天职”是接入+传送+交换=光层联网。与无线、铜缆、IP等技术相比,针对节能降碳需求,光通信技术本身具有绿色天然优势,主要体现在以下三个方面:

接入方面,基于PON的光接入系统能效水平较传统的接入方式可改善超过50%。PON凭借无源化特征具有显著的低能耗优势,已经在网络边缘宽带接入场景中得到了广泛应用。根据统计数据,中国FTTH/B接入渗透率在2018年已经达到80.1%,在宽带接入方面呈现出明显的“光进铜退”趋势。

传送方面,基于OTN/OXC的光传送网较IP骨干网也具有显著的能耗优势,从分组到OSU单元,助力数据传送高效节能。随着互联网流量和连接数量的增长,骨干网中IP路由器相关的能耗尤为突出。为了应对该挑战,光业务单元技术正在推动光传送网由面向管道服务模式向面向业务服务模式发展。相较于传统OTN技术,光业务网技术的带宽颗粒更小,可以到2M级别,且具有无损调整能力,未来将极大扩展网络的联接规模,并同时将业务连接的范围由骨干网扩展到网络边缘,减少IP路由器交换需求,从而降低传送网的能耗。

交换方面,光电路交换的能耗水平约为传统电分组交换的1%,可降低数据中心能耗水平。传统基于电的交换设备的能耗占到数据中心网络设备能耗的40%,且正随着交换速率的上升非线性地增长,未来将会对数据中心网络的能耗问题造成极大挑战。最新的光交换技术把交换重配置时延由毫秒级降到亚纳秒级,已经与电分组交换的性能非常接近,但1Gbps的交换功率仅为1-2mW。

此外,光网络还可以在其他方面为数据中心降碳。光网络可以和电力系统进行协同,在“东数西算”工程中,大容量高可靠的光纤网络使数据中心可以随着电力生产设施分布进行优化设置,提高清洁能源使用比例,实现信息传输和电力传输的置换,减少长途电力传输的损耗。光网络还可以与算力系统进行协同,提升数据中心的跨域协作能力,使闲置算力设施得到充分利用,间接实现ICT系统降碳。

康宁光通信技术助力打造绿色低碳的数据中心

康宁 EDGE 数据中心解决方案提供了4U光纤配线架,采用单芯连接器,达到576芯的业界最高密度,提高了通道线槽的利用率,促进空气流动,从而降低数据中心制冷成本。同时,整个网络物理层可以平滑向400G跃迁,并且能够做到光纤100% 的利用率,满足未来下一代数据中心更高带宽、更高速率的诉求。