透視東數西算 |“東數西算”應用場景詳解

近日，國家發展改革委等部門近日聯合印發檔案，同意在京津冀、長三角、粵港澳大灣區、成渝、內蒙古、貴州、甘肅、寧夏啟動建設國家算力樞紐節點，並規劃了10個國家資料中心叢集。至此，全國一體化大資料中心體系完成總體佈局設計，“東數西算”工程正式全面啟動。“東數西算”將如何開啟算力網路新篇章？通訊世界聚焦這一話題，廣邀業界專家發表觀點看法，我們一起透視“東數西算”。

從某種角度來說，瓦特（Watt）代表工業經濟，位元（Bit）代表數字經濟。從工業經濟邁向數字經濟，進而走向智慧經濟是社會發展的必然趨勢，而數字經濟的發展是以工業經濟為基礎的，數字經濟也將升級工業經濟的發展模式。兩者之間也存在資源的博弈，透過博弈不斷達到均衡最佳化。“東數西算”就是我國瓦特與位元均衡發展的典型創新成果。

位元與瓦特的關係

位元的發展以瓦特為基礎

數字經濟發展必然經歷三大階段：數字化、網際網路、數字孿生。以位元為生產力的數字經濟不會憑空而來，而需要以工業經濟為基礎。算力以電子工業技術為基礎，如果沒有半導體、積體電路設計、晶片設計與製造等技術，數字經濟就是空中樓閣，這從近些年我國在資訊通訊領域受到掣肘就可以看出端倪。

無論是物聯網裝置、通訊裝置、伺服器，還是計算機、移動終端，都需要以電子工業技術為基礎，雖然我國工業門類齊全，但是大而不強，數字經濟如要取得長足發展，還需要補齊工業經濟時代錯過的全球產業鏈分工的短板。資料中心領域中節能技術的發展也依賴工業技術的進步，比如隨著伺服器功耗密度增加，液冷技術將大大普及，而液冷技術需要不斷改進矽油材料的熱膨脹係數，這都依賴工業技術的創新與進步。

瓦特的升級以位元為技術基礎

以瓦特為生產力的工業經濟也經歷了三大發展階段：蒸汽機階段、電力階段、類比電路階段。數字計算機的出現和普及代表著數字經濟到來，數字化技術帶來的是精準測量、精準計算、精細化管理，有利於改善傳統工業經濟的粗放發展問題。資料顯示，到2030年，各行業受益於資訊和通訊技術減少的碳排放量將達121億噸，其中能源領域超過18億噸。國際能源署預測，採用數字化技術可在2016-2040年將年發電成本降低800億美元，相當於全球發電總成本的5%。不僅是電力行業，工業網際網路、物聯網、工業機器人等智慧製造技術對工業各門類的升級都起到了決定性的作用，工業供應鏈、資金鍊、資料鏈、生產鏈最終都將匯聚到工業企業“大腦”中進行自動計算決策。

“東數西算”是必然選擇

我國能源資源的分佈特點

我國90%的煤炭資源分佈在秦嶺-淮河以北地區；水能資源可開發量的93%分佈在西部和中南部地區；太陽能資源主要分佈在北緯22-35度一帶的中西部地區；風能資源，內蒙古和甘肅北部為我國次大風能資源區，東部沿海地區風能資源豐富，但是由於風速不穩定，可開發利用的資源不多，由此可見，我國中西部地區的能源資源潛力較大。

從自然冷源的分佈情況來看，年平均氣溫較低的為西南和東北地區，我國南部地區水資源豐富而北部地區水資源匱乏。以上這些特點決定了農業濟領域形成“南水北調”，工業經濟領域形成“西氣東輸”“西電東送”，而數字經濟領域則形成了“東數西算”。

我國算力需求的特點

進入2022年，中國算力總體規模達到170EFLOPS（每秒一萬七千億億次浮點運算），我國資料中心規模已達500萬標準機架，隨著數字技術向經濟社會各領域全面持續滲透，全社會對算力需求十分迫切，預計每年仍將以55%以上的速度快速增長，算力的需求與當地數字經濟的發展速度是強關聯的。中通服諮詢設計研究院編制的《中國數字經濟發展研究報告》DEEP指數顯示，數字經濟發展一線省市（如廣東、浙江、江蘇、上海和北京等）的DEEP 指數在180以上，第一梯隊的東部5省市憑藉中心構建基礎優勢，在數字經濟發展浪潮中響應迅速，起到了引領發展的作用，數字經濟整體發展情況良好，這些地區的算力需求也佔到了全國的70%以上。

中國資訊通訊研究院《中國算力發展指數白皮書》釋出的資料顯示，中國算力資源中每投入1元帶來的經濟收益是3~4元，資料中心的投資帶來較高的經濟外部性、利潤溢位效應，但是當前有些地區迫於“碳達峰”“碳中和”的能耗管控壓力，將大於1萬千瓦時的資料中心納入高耗能管控限制其發展，雖然在某種程度上限制了數字經濟的發展，但也是無奈之舉。東部地區實施“碳達峰”的壓力遠遠高於西部地區。

“東數西算”政策演進階段

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建設綠色資料中心階段

我國資料中心的年用電量已佔到全社會用電的2%，巨大的能耗佔比促使主管部門意識到資料中心的統一佈局問題，工業和資訊化部在2013年初就釋出了《關於資料中心建設佈局的指導意見》，提出了資料中心建設和佈局的“資源環境優先”原則；2013—2015年，三大電信運營商、大型網際網路公司均已聯合在貴州、內蒙、甘肅、寧夏等佈局了大型資料中心產業園區，這些園區目前承接了一半以上的中國算力工程。

“東數西算”並不是犧牲西部資源保障東部經濟，而是透過資料算力能耗的佈局最佳化，由西部承接東部產業，東部沿海經濟帶動西部地區數字經濟跨越式發展；西部地區產業為東部地區提供算力服務時培育了當地的IT人才隊伍、數字化產業化服務，並藉助便利的算力設施創造新的產業形態，最佳化本地就業結構、產業結構。

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建設一體化大資料中心階段

2021年5月，國家發展改革委、中央網信辦、工業和資訊化部、國家能源局聯合印發了《全國一體化大資料中心協同創新體系算力樞紐實施方案》（發改高技〔2021〕709號），提出佈局建設全國一體化算力網路國家樞紐節點。2021年7月，工信部印發《新型資料中心發展三年行動計劃（2021-2023年）》，進一步細化了資料中心規模階梯佈局、節能技術與PUE標準、產業鏈佈局等具體要求。

“東數西算”工程全面實施階段

2022年2月中旬，國家發展改革委等部門聯合覆函，同意在京津冀、長三角、粵港澳大灣區、成渝、內蒙古、貴州、甘肅、寧夏啟動建設國家算力樞紐節點，並規劃了10個國家資料中心叢集，即“東數西算”工程。“東數西算”旨在透過構建資料中心、雲計算、大資料一體化的新型算力網路體系，將東部算力需求有序引導到西部，最佳化資料中心建設佈局，促進東西部協同聯動。簡單地說，就是讓西部的算力資源更充分地支撐東部資料的運算，更好為數字化發展賦能。

“東數西算”需要破解的三大瓶頸問題

東西部傳輸時延問題

東部對算力的需求不僅包括計算本身，還有算力的反饋速度問題，其中對時延要求不高的業務可以使用“東數西算”工程，而對時延要求在5ms以內的計算服務則不適宜採用“東數西算”，尤其是對時延要求較高的金融大宗交易、大型線上遊戲、生產線操作等，基礎算力應配合“端-邊-雲”形成邊緣計算、本地雲計算、西部基礎算力相融合的算力網路。隨著我國全光網、一干傳輸網升級規劃建設，這些問題有望迎刃而解。

資料中心算力網路技術問題

當前資料中心的算力網路並不是將國家級算力網路的儲存、網路、計算三者融合設計，某市曾經出現了“核酸檢測預約伺服器宕機事件”，原因是網路防火牆不支援大規模的訪問量申請，導致誤判為網路攻擊而拒絕服務。因此，未來大型資料中心算力網路還要基於全國算力網路的規劃開展設計，資源要能實現彈性選擇、控制與轉發分離，但控制面是當前資料中心網路發展的瓶頸，資料中心算力網路技術還需要進行重點研發突破。

確定性網路問題

低時延、低抖動是確定性網路的特徵，而IP承載網是“盡力而為”的路由解析、轉發機制，IP技術演進分為3個階段：IP/ETH時代、IP/MPLS時代、SRv6時代。SRv6新型網路技術（SR指Segment Routing技術，v6指原生IPv6，SRv6就是IPv6+Segment Routing）已經具備了商業化的基礎，未來還需要繼續破解資料包頻寬佔用問題，確定性網路的提出將推動資料中心走向電信級服務保障級別。

“東數西算”的應用場景

儲存與災備算力

儲存與災備雖然嚴格意義上不是實時算力服務，但也是“東數西算”的重要業務場景。資料災難備份，是指為防止出現操作失誤或系統故障導致資料丟失，而將全系統或部分資料集合，從應用主機的硬碟或陣列複製到其他儲存介質的過程。按照外部環境對資料中心裝置破壞的分類來看，可以分為IT系統問題、網路安全技術問題、資訊保安管理問題、災害類事件問題，前三者為人為的破壞，最後者是不可抗力導致，對於東部地區來說以前三者為主。

資料災備按照等級可以分為三級：資料級（資料同步）、應用級（應用接管）、業務級（非IT因素）。對於東部地區來說，資料級佔比最大，我國“十四五”時期災備市場總體規模在1500億元左右，資料總量平均以每年30%左右的速度增長，其中需要提供災備的資料在50%以上。異地災備為東部地區的資料恢復提供了較好的保障。醫院的醫療影像和診斷記錄、電子圖書檔案、人事檔案、重要場所的監控資料等需要長期儲存，都可以納入“西算”場景範疇。

基礎算力

基礎算力佔算力規模的70%左右，基於我國移動網際網路的快速發展，網路購物、移動影片、移動支付等應用呈爆發式增長，網際網路行業算力應用佔比達到47。1%左右；智慧城市、數字政府、政務雲、影片監控的廣泛部署，使得政府算力佔比達到13。9%；未來類似影象渲染、影片渲染等後臺製作場景，以及大資料探勘、數字孿生模擬模擬等離線分析場景會非常廣泛，對算力要求也將更高。

伺服器的更換週期一般為5~6年，企業建設私有云的成本較高，如果採用公有云服務則可以大大降低運營成本，而云服務供應商將資料計算服務放在西部機房則又可以大大降低雲服務成本，兩者疊加將帶來較大的規模經濟效益。

智慧算力

智慧算力要求伺服器對資料的吞吐量較大，隨著智慧城市的深入推進，攝像頭影片通道的人工智慧處理包括提供百萬路級的影片接入、雲端智慧計算能力、邊緣智慧計算能力。智慧算力要求GPU等算力晶片支援機器視覺演算法，而對於車聯網、無人駕駛、智慧網聯汽車等智慧算力需要提供時延低於1ms的邊緣計算服務，邊緣計算不適用於“東數西算”，對於實時性不強的影象計算服務則可以採用。另外，其他資料推理、強化學習訓練等也可以放在西部資料中心進行計算。

超算算力

眾所周知，我國新型基礎設施建設包含三大方向：資訊基礎設施、資訊融合基礎設施和創新基礎設施，當前的創新基礎設施已與過去大不相同，需要處理的資料量非常龐大，必須要以超算算力為基礎，比如在氣象分析預測領域，超算可以大大提高網格的空間解析度和播報頻率。其他應用場景還有高海拔宇宙線觀測、空氣動力學、車輛碰撞測試模擬實驗、藥品實驗資料分析，超算中心就像是一座大型的算力共享實驗室。

總之，我國在建設數字經濟的同時，也在夯實智慧經濟的三大底座——資料、算力、演算法。算力基礎網路的建設需要與工業經濟融合發展，在能源供應、伺服器節能、積體電路方面還需要依賴工業經濟的資源佈局和技術創新；算力基礎設施的升級將進一步促進工業科技的發展，而“東數西算”則是兩者融合發展的典型創新案例。

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作者：中通服諮詢設計研究院有限公司 唐懷坤

責編/版式：範範

稽核：申晴

監製：劉啟誠

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