数据中心5A揭秘——绿色低碳的坚持

你知道什么是“5A”数据中心吗？

数据中心绿色等级认证是由中国信通院、工信部、ODCC（开放数据中心委员会）和知名机构TGGC（绿色网格）等，联合推出的面向数据中心的综合评估认证，从能源效率、节能技术、绿色管理、绿色创新等维度对数据中心进行综合评估，并将数据中心分为“1A”至“5A”五个等级，“5A”是最高等级，全面地体现数据中心的绿色水平。

据知名机构Uptime调研结果显示，2020年全球数据中心年均PUE值为1.59，而2020年万国数据全国50+数据中心的年均PUE值为1.34。

截至2021年5月，ODCC&TGGC在全国共评测颁发9座“运行类5A”数据中心，万国数据获得5座；在这9座“5A”数据中心里，有4座采用了市场主流的水系统和末端空调设计，其中万国数据有3座，且年均PUE值均低于1.28。

以下是万国数据的这5座“5A”数据中心的测评亮点汇总：

注：SZ5：深圳5号；BJ3：北京3号；ZB2：张北2号；ZB3：张北3号；NT1：南通1号；

万国数据“5A”数据中心运营实况

下表是万国数据首次对外披露的“5A”数据中心CLF和自然冷时长真实运营数据：

上表中的ZB2/ZB3为非水系统架构，地处高纬度、高海拔的气象特殊区域，最关键要务在于妥善应对大风、全天温差大、春秋低湿沙尘、夏季高湿、冬季极寒等严峻环境挑战，探索行之有效的新风/混风/回风模式切换策略，以满足机房内温湿度和空气质量需求。在此基础上，鉴于《数据中心能效限定值及能效等级》强制性国家标准（报批稿）即将出台，宜做好将其提升为第一批满足国标1级指标的准备。

说明：

数据中心能效等级分为3级，1级表示能效最高。各能效等级数据中心电能比数值不大于下表中的规定。

在数据中心制冷新技术势必快速发展的十四五期间，一方面，我们内部在不断创新的同时，积极跟进按需部署和研究反馈，助力新技术产品软硬件设计的快速迭代，以适应长期可靠运营需要，助力理论效率数据尽快变为真实运营数据（为何非水系统总是计算低、实际高，正向偏差大？而水系统总是计算高、实际低，负向偏差大？）。另一方面，目前主流水系统运营效率的潜力亟需继续挖掘。基于上表中SZ5/BJ3/NT1水系统数据中心的运营数据，及内部运营历史数据显示，我们认为：当下水系统运营效率的潜力远未被开发殆尽，主要需业界需求侧、设计侧和运营侧共同努力。

• 设计侧：基于冷冻水(15℃及以上)，关键在于暖通首末端高效主流变频设备、电系统架构在线应急电源设备优选型、末端模块化、冷却系统多塔并联及主流BA等设计。

• 运营侧：对原厂BA的安全&效率进行逻辑定制、精装打磨，并升级为BA+、执行GB50174-2017 运营环境基准以内(对IT自身散热能耗提升无影响）、自然冷源充分利用、制冷首末端设备均载运行，持续保持在高效运行区间，实现三个高效循环：冷冻循环、冷却循环、风循环。其中，冷却循环相对更具挑战性，风循环则需确保末端送风、回风和密封，且传感器位置数据准确良好治理下，能为运营温湿度稳定及能效调优奠定基础；在合适负荷区间(不考虑执行负荷配套应急电源离线ECO情况)，不引入AI的前提下，水系统所具备的真正运营潜力：“0335”（京津冀,廊坊 PUE≤1.20、长三角 PUE≤1.23、成渝 PUE≤1.23、珠三角 PUE≤1.25）

数据中心制冷“智能驾驶”等级

从2016年开始，我们一直积极探索数据中心运营效率如何最大化，专门开发工具，动态积累效率数据，并形成初代DCU级效率数字化管理系统，目前已进化至全局能源效率自监管系统。

首篇PiloTalk文章中提到了数据中心的智能驾驶分级，基于专业第三方运营商SLA运营可靠性至上的原则，我们进一步提出数据中心基础设施智能化效率的L0~L5技术路线 (以目前主流制冷系统为例)：

L0级

冷源&末端空调：均为人工调优运行，其中冷源为手动或BA半自动。

L1级

冷源BA：非全时（全年8760小时）全自动，机械制冷时段全自控调优，自然冷/预冷/机械冷模式由人工切换；

末端空调：全人工调优运行。

L2级

冷源BA+：模式切换和冷却子系统全时全自动；

末端空调：全人工调优运行。

L3级

冷源BA+：全时全自动；

末端空调：AI覆盖全自动；

配套暖通自排障风控系统。

L4级

冷源&末端空调：全时AI自动，AI风水联动全系统调优运行；

配套暖通自排障风控系统。

L5级

全设施：全时AI自动调优运行；

配套自排障风控系统。

“双碳”理念和举措

“碳达峰”、“碳中和”已首次写入《政府工作报告》中，万国数据将贯彻落实国家号召，不断探索和实践行之有效的绿色低碳之路，成就更多的“5A”，低碳减排的理念和举措可以归结为以下4点：

一、跟踪准入《国家绿色数据中心先进适用技术产品目录》年度目录，因地因客户制宜按需落地于自有数据中心。

二、据《数据中心能效限定值及能效等级》强制性国家标准（报批稿）所述，自有新开发数据中心规划设计，在适当的地理条件下满足1级或2级指标。

三、逐步提升可再生能源使用比例。截至2020年，万国数据使用可再生能源比例已超20%。

四、内在“5A”运营软实力。经过不断实践，我们总结出支撑数据中心不断获得绿色5A评级的内部“5A”运营软实力：

• A级治理结构：可靠性和效率兼备，适应规模化、多地域的治理结构。
• BA+（极致的BA系统）：原厂BA基础上定制精装的安全效率运行逻辑，拓展制冷自控能力边界。
• AI：AI全时/全制冷架构自适应，支撑”自动驾驶”、”辅助驾驶”、”介入驾驶”全模式。
• Auto Troubleshoot（自动排障）：为长治久安的运营而生，为AI的风控而生，为能效水平的优劣评价而生。
• Action（行动力）：运营一旦Action（行动），Cut（停止）即成为幻想。

A级治理结构：

万国数据即将突破70+自有数据中心，如此规模化、多地域、快速交付下的运营SLA如何长治久安？运营效率如何追求卓越且成果巩固传承？如此规模化的资源，为我所管还是为我所用？需要运营者去冲破一个又一个的困局，我们深信三层运营治理架构能够破局而出。

GOCC/ROCC/DCU三层运营架构：

DCU（Data Center Unit）：数据中心单元，围绕强操作、强应急，强故障快速恢复、强调优、强客户服务打造。

ROCC（Regional Operation Command Center）：区域运营指挥中心，围绕强调度、强监护、强效率运行策略及目标制定跟踪打造。

GOCC（Global Operation Control Center）：全球运营管控中心，围绕强运营可靠性和效率风控打造。

BA+（极致的BA系统）：

从2018年以来，我们一直探索实践BA+，来应对上面提到的冷却循环挑战，BA+基于BA基础实现2大关键功能：

模式间切换全自动：冷源全时全自动运行，自然冷/预冷/机械冷之间安全平滑切换过程全自动，无需人工干预，实现将自然冷时间利用到接近极致水平，是我们孜孜以求的目标。

冷塔出水温度与环境湿球温度动态自适应：解决冷塔出水温度无法满足全时动态贴近湿球温度运行、冷塔频率无法全时精准低频控制等问题。最低成本解决此问题的最佳实践，来自与新加坡STT资深专家们的交流，在此，我们要对STT两位资深专家TC、SK赐教时的知无不言、言无不尽，表达由衷的感谢。

AI：

自2019年以来，我们引入AI技术，助力多地域、大规模数据中心运营实现少人化，甚至无人化。在智能化效率进化技术路线上，冷源能耗绝非末端可比，为何选择AI先不覆盖首端冷源？一方面是因为部署AI时，软硬件变更会大动干戈；另一方面，据内部运营数据库中的年均冷源CLF显示，效率逻辑经过上佳塑造的BA+，其实际表现在利用自然冷区域的冷源CLF值已低至0.06~0.11，即便是超一流AI成功上线，能挖掘的空间也是相当有限。

那为何选择AI先覆盖末端空调？如末端原因接近或超越温度SLA时，应急态人介入全过程涉及发现、诊断、通报、指挥、现场应急操作恢复等步骤，相比AI的灵敏反应，自动对末端应急操作相去甚远，甚至多数末端突发情况AI都能抑制得风平浪静。

基于末端温升的重要性，且其为各运营者需频繁面对的实际场景，我们认为AI设计思路是末端风测算法，无论是日常态，还是介入态，均以持续稳定维持环境SLA为第一要务，AI在末端调优与温度抑制上，对于第三方专业运营商更具业务应用价值，首端冷源侧交由定制精心打造的BA+，更符合第三方运营可靠性永远至上的追求。

对于已投产运营中心宜先部署AI覆盖末端，如具备条件再继续追求首端冷源部署AI的极致效果，最终实现AI风水全系统联动优化。

末端实控效果：人工 VS AI

Auto Troubleshoot（自动排障）：

数据中心水系统涉及风水循环等子系统、及主机、泵、塔、空调、加除湿、蓄冷罐等各类设备装置，各子系统和设备装置又需配套各自所需的表、计、器、阀等，如此一个供需连配的系统性工程，在运行安全上，人一旦应急判断/处置不及时、不准确、不周全，造成末端业务影响范围及程度可能难以估量。此外，运行效率不佳、如何快速动态评估也是需直面的现实问题。如何破多地域、大规模水系统运营长治久安的局，效率不佳、迟缓改进的局，实践后的答案是自研自排障系统，实现安全和效率实时自诊断、自定位、自匹配，呈现精准解决举措。引入AI后很不放心怎么办？尽管评估AI算法内置的可验证安全机制是必经程序，但基于AI的成熟度目前未经实际长期验证，我们认为设计自动制约机制仍不可少，将自排障和AI进行联动，内外兼修的动态风控机制，让AI部署运行更稳健、更经得起历史检验。

Action（行动力）：

数据中心业务一旦Action，Cut即成为幻想，数据中心的SLA保障应是我们永远秉持的初心。我们将以终为始，恪尽职守，为客户提供行业领先、稳定安全、创新高效的高质量服务，为数字时代提供坚实的算力根基。

数据中心的安全可靠、绿色低碳和可持续发展，需要我们为未来而备、为未来而战。

  结语  

万国数据从发展初期就秉持“长期主义”理念，利用创新技术实现节能减耗，在数据中心全生命周期管理过程中不断探索低碳实践，我们力求进一步降低碳足迹，最终推动全行业绿色发展，助力国家实现2030年前“碳达峰”、2060年前“碳中和”的伟大愿景！