數(shù)據(jù)中心智算化升級改造白皮書

數(shù)據(jù)中心智算化升級改造白皮書（2024）前言礎(chǔ)設(shè)施層級提質(zhì)增效，使數(shù)據(jù)中心向智能化、高效化、綠色化方向轉(zhuǎn)型升級。AI方向快速演進(jìn)。北京電子數(shù)智科技有限責(zé)任公司（）通過打造具AIAIAIAI算化改造方面評價準(zhǔn)則缺失的空白。綠色、安全的未來演進(jìn)。目錄第一章背景與政策 1數(shù)據(jù)中心智算化演進(jìn) 1智算中心發(fā)展趨勢 4第二章現(xiàn)狀與挑戰(zhàn) 7數(shù)據(jù)中心現(xiàn)狀分析 7AI發(fā)展帶來的挑戰(zhàn) 10第三章預(yù)評估與分析 15現(xiàn)有資源評估 15需求與業(yè)務(wù)分析 16技術(shù)可行性評估 16成本與效益分析 17風(fēng)險評估與應(yīng)對策略 18第四章技術(shù)策略與方案 194.1空間優(yōu)化 194.2保障提升 204.3AI賦能 234.4可持續(xù)發(fā)展 24第五章測試評價體系 26測評指標(biāo)體系 26測評方法與工具 28第六章結(jié)語 362023122023125“工程數(shù)據(jù)中心智算化演進(jìn)背景與政策分析”2017”2020420222”2023106+202535%成。上海側(cè)重統(tǒng)籌資源以AI2024（2024-2027年（2024-2027當(dāng)前數(shù)據(jù)中心的算力算效現(xiàn)狀正經(jīng)歷著從傳統(tǒng)模式向AIDC數(shù)據(jù)中心智算化機(jī)遇AI的要求。AIAIGPUTPUAIAIAI《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》等政策文件，明確提出要加強(qiáng)AI基礎(chǔ)設(shè)中心正逐步轉(zhuǎn)型為AIDC，即專注于AI僅擁有更強(qiáng)大的算力，還集成了AIAIAI不僅為AI智算中心發(fā)展趨勢AIAI）GPU、TPU集成度，改善計算架構(gòu)，以滿足AI智能化運(yùn)維與安全：智能化運(yùn)維技術(shù)的引入，如AI“十四五第二章 現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)數(shù)據(jù)中心現(xiàn)狀分析55.5%年，我國開啟“東數(shù)西算”工程，涉及京津8102023智能算力規(guī)模達(dá)到70EFLOPS“”干線光纜規(guī)劃已超過18040T20ms覆蓋全國主要城市。IT26%，該層級主要特征為算力需求集IDC建要特征是土地、能源、氣候等條件良好，異地算力支撐能力較強(qiáng)。20242023”650（2030PUE20252025之前平均PUEPUE1.320301500AI發(fā)展帶來的挑戰(zhàn)隨著人工智能對數(shù)據(jù)中心智算能力的要求不斷提升，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心也在諸多方面迎來挑戰(zhàn)。機(jī)柜功耗高密度挑戰(zhàn)GPUGPU10GPU或NPU5kW～10kW4～6kW20～40kW40～120kWIT負(fù)載動態(tài)沖擊挑戰(zhàn)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心上線運(yùn)行以后，負(fù)載相對比較平穩(wěn)，很少有極端情況負(fù)載波峰或谷底出現(xiàn)，而智算業(yè)務(wù)的負(fù)載運(yùn)行特點是不斷進(jìn)行訓(xùn)練任務(wù)來進(jìn)行高速運(yùn)算，當(dāng)開始訓(xùn)練任務(wù)時，負(fù)載將會迅速上升到比較高的功耗值，甚至?xí)_(dá)到負(fù)載的極限值，而等到這次訓(xùn)練任務(wù)結(jié)束以后，它的負(fù)載又會迅速下降，降到最低值。因此，智算業(yè)務(wù)的負(fù)載波動情況非常大，呈現(xiàn)出新的動態(tài)負(fù)載特性，其主要表現(xiàn)為周期性、大幅度、并發(fā)性、瞬時沖擊等，這種特性對于智算中心的配電和制冷都是一個很大的挑戰(zhàn)。等。大幅度：智算負(fù)載功耗波動幅度可能超過額定功耗的80%，即智算中心的負(fù)載功耗可能從1080100。400μs～50ms150%POD算法。低碳高效挑戰(zhàn)由于算力需求導(dǎo)致單機(jī)柜功耗的大幅提升，必將帶來能源與資源更多的消耗，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心向智算中心演化的進(jìn)程中，如何實現(xiàn)算力與算效雙提升、性能與綠色雙目標(biāo)將成為數(shù)據(jù)中心高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在數(shù)據(jù)中心向智算中心演化的過程中，為滿足低碳高效發(fā)展，可能涉及周邊環(huán)境與資源的評估、建筑的合理布局、結(jié)構(gòu)設(shè)計、電氣鏈路架構(gòu)設(shè)計、制冷系統(tǒng)設(shè)計、新能源/儲能系統(tǒng)應(yīng)用評估以及智能化能源與資源管理等諸多環(huán)節(jié)，而每一環(huán)節(jié)都是對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的挑戰(zhàn)。對于城市周邊的獨(dú)立數(shù)據(jù)中心和異地算力支撐的園區(qū)級數(shù)據(jù)中心在實現(xiàn)智算化能力的同時，保證合理利用資源、實現(xiàn)低碳高效發(fā)展將成為其新的挑戰(zhàn)。投資與運(yùn)維成本挑戰(zhàn)數(shù)據(jù)中心算力化改造涉及的成本可劃分為兩大類：資本支出（CapitalExpenditure,CapEx）和運(yùn)營支出（OperationalExpenditure,OpEx。資本支出主要關(guān)乎數(shù)據(jù)中心物理基礎(chǔ)設(shè)施的升級，如服務(wù)器、第三章 預(yù)評估與分析數(shù)據(jù)中心智算化改造預(yù)評估是確保改造項目順利實施并達(dá)到預(yù)期現(xiàn)有資源評估下方面：策略。需求與業(yè)務(wù)分析能要求。技術(shù)可行性評估成本與效益分析分：用等。RO風(fēng)險評估與應(yīng)對策略市場風(fēng)險：分析市場需求變化、競爭加劇等可能帶來的市場風(fēng)險。技術(shù)風(fēng)險：再次審視技術(shù)風(fēng)險，確保已制定有效的應(yīng)對策略。求。第四章 技術(shù)策略與方案AI空間優(yōu)化空間供需優(yōu)化荷載能力升級保障提升系統(tǒng)支撐動力保障的方式“+”“PDU+電纜單相PDU單機(jī)柜功耗（12～40）kW：可采用列頭柜+電纜/智能母線+三相PDU+定制化配電模塊的方案。環(huán)境保障式。對于低功率密度（單機(jī)柜＜10kW）項目，多為傳統(tǒng)低功耗段服務(wù)器，對于空調(diào)形式無特殊限制，但需結(jié)合具體空間形式進(jìn)行適配。（10kW1020kW（101kW（10~25）kW（效能優(yōu)化偏低的情況，可結(jié)合改造方案和CFD地板下送風(fēng)和行間級空調(diào)送風(fēng)、彌散式送風(fēng)等。實施過程中進(jìn)行CFD為了減少冷熱氣流的混合，結(jié)合現(xiàn)場空間條件，可對冷/熱通道進(jìn)CFDAI賦能快速響應(yīng)尋優(yōu)調(diào)適AI引入AI利用AI利用AI可持續(xù)發(fā)展新能源利用儲能系統(tǒng)利用IT間斷電源UPS第五章 測試評價體系測評指標(biāo)體系構(gòu)建全面而精準(zhǔn)的測評指標(biāo)體系是評估智算化升級改造效果的關(guān)PUE性能指標(biāo)（C按公式（1）所示：CECPPC（FLPS/） 1）式中：CP—數(shù)據(jù)中心總算力，F(xiàn)LOPS；PC—數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備總功率，W。（PITIT11IT（2）PUEIT設(shè)備能耗

（2）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)算力成本變化率CR：指通過改造帶來算力成本與改造前算力按公式（3）所示：

CRCCbeforeCafter100%Cbefore

（3）式中：Cbefore—改造前數(shù)據(jù)中心算力成本，元/FLOPS；Cafter—改造后數(shù)據(jù)中心算力成本，元/FLOPS。RI式（4）所示：

ROIOP100%TI

（4）OPTI—數(shù)據(jù)中心智算化升級改造總投資，萬元。環(huán)境指標(biāo)C式（5）計算：

CM

iikgC2） 5）式中：Ci—消耗各類能源的碳排放系數(shù)；Ei—各類能源消耗總量。清潔電能比（CPR：指數(shù)據(jù)中心年度清潔能源產(chǎn)生電力（潔程度，可按公式（6）計算：CPR=Ec100%Et式中：Ec—Et—數(shù)據(jù)中心總用電量，kWh。測評方法與工具

（6）屬性或計算的方法選擇仿真模擬、現(xiàn)場監(jiān)測/測試、實驗室基準(zhǔn)測試等仿真模擬仿真模擬技術(shù)在評估數(shù)據(jù)中心智算化升級