东数西算:产业、能源与地区发展的观点◆文/刘孟俊(中华经济研究院第一研究所所长)《交流杂志111年6月号第183期(历史资料)》
- 更新日期:112-07-13
「东数西算」工程是中国大陆继「西气东输、西电东送、南水北调」等全国性资源、能源跨区域调配工程后的另一国家级战略工程。研判将对加快推进数位基础设施建设、落实碳达峰碳中和要求、统筹东西部协调发展等产生深远意义。「东数西算」中「数」指的是数据,随著人们生活、工作、娱乐线上场景的不断扩展,由此产生大量的数据。随著5G、人工智慧、云计算等快速发展,传统的存储功能已经不能满足用户需求,数据存储器不但能存,更要会计算,这个存储器叫做「算力中心」,强调「运算能力」。
「东数西算」建构全国一体化大数据中心体系
2020年12月23日,中国大陆发布《关于加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见》,明确整体建设思路、体系构成、基本要求、发展方向。在《指导意见》基础上,2021年5月24日再次联合发布《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》建设全国一体化算力网路国家枢纽节点,发展数据中心集群,引导数据中心集约化、规模化、绿色化发展,后续将根据发展需要适时增加节点。
目前「东数西算」工程将透过「贵州、内蒙古、甘肃、宁夏」、「京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝」等8地启动建设国家算力枢纽节点,规划10个国家数据中心集群。国家枢纽节点的任务将引导东部数据中心集约化发展以及西部数据中心跨越式发展,引导和发展东部数据中心向西部电力资源丰富地区及距离适当的一线城市周边地区集聚,形成建构数据中心、云端运算、大数据一体化的新型算力网路体系。
新型数据中心是指以支持经济社会数位转型、智慧升级、融合创新为导向,以5G、工业互联网、云端计算、人工智慧等应用需求为牵引,汇聚多个中继数据资源、运用绿色低碳技术、具备安全可靠能力、提供高效算力服务、赋能各行业应用的新型基础设施。项目建设主体为数据中心相关行业核心企业,支持发展大型、超大型数据中心,建设内容聚焦建设绿色低碳数据中心,以及提高网路服务品质、算力调度和安全保障能力提升等。
忧数据失衡 平衡产业、能源与区域发展
从中国大陆现有数据中心分布来看,人口密集和经济优势地区,例如京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝双城经济圈等能源相对短缺地区,机架数量占比超过60%。相对的,西部地区、经济弱势地区反而能源富集,其机架数量仅占比约10%。按未来5年自然需求和复合成长率测算,若政策不加以引导,东西部数据中心布局将进一步失衡。
2021年中国大陆全国数据中心能源消耗达2,166亿千瓦时,较2020年增加44%,占全社会用电量的2.6%;二氧化碳排放量约1.35亿吨,较2020年增加3,915万吨,占全国二氧化碳排放量的1.14%。中国电子技术标准化研究院《绿色数据中心白皮书2020》指出,近年来中国大陆数据中心能效水平不断提高,超大型数据中心平均电能利用率(PUE)为1.46。数据中心能耗总量的成长速度明显高于世界平均水平,主因是数据中心建设规模成长速度较快。
数据中心作为算力基础设施,电力负载和能源消耗高,从数据中心运营成本(OPEX)来看,电力和折旧成本占总运营支出的比重达70%以上,而电力成本占比高达57%,主要电力消耗来自资讯科技设备(50%)、冷却系统(35%)、配电、照明和其他消耗。
进一步而言,市场规模和需求持续成长,相关能耗比重将不断上升。按《「十四五」数字经济发展规划》的要求,2025年数位经济核心产业对GDP的贡献率要从2020年7.8%上升至10%,数位经济要进入全面扩展期。数位经济发展离不开数据中心的建设,但这也为节能、碳减排带来巨大压力。中国大陆生态环境部预计,2025年国内数据中心机架规模将达到759万架,较2021年成长40%;能源消耗总量较2021年增加62%,约占全社会用电量4%;碳排放占全国的比重接近2%。
建构一体化算力供给体系
中国大陆「东数西算」工程布局上,京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝等国家枢纽节点,符合新型数据中心的发展条件,发挥市场、技术、人才、资金等优势。相对的,贵州、内蒙古、甘肃、宁夏等国家枢纽节点,发挥气候、能源、环境等优势,发展高可靠、高能效、低碳数据中心集群。至于节点以外地区,建设服务该地区业务需求的数据中心,加强对数据中心绿色化、集约化管理,打造具地方特色、服务本地、规模适度的算力服务。同时,加强与邻近国家枢纽节点的网路联通。
Bloomberg及中商产业研究院数据显示,数据中心投资项目比重分布,包括:(1).资讯科技(IT)设备占50%左右,其中伺服器占69%,网路设备占11%,安全设备占9%,存储设备占6%,光模块等占5%;(2).土建工程占25%左右,其中柴油发电组占23%,电力用户站占20%,不断电系统占18%,配电柜、冷水机组分别占8%,空调占7%左右;(3).其余15%为动力环境、10%为系统集成等。
「东数西算」工程优化东西部互联网路和枢纽节点间直连网路,发展高密度、高能效、低碳数据中心集群,提升数据供给品质,优化东西部互联网路和枢纽节点间直连网路,扩展算力成长空间,协调大规模算力部署与土地、用能、水、电等资源可持续发展。透过云网协同、多云管理等技术构建低成本的一体化算力供给体系,重点提升算力服务品质和利用效率,打造全国性算力保障基地。
东数西算可能效果与风险
一、中国大陆区域协调发展战略对应「共同富裕」。「东数西算」工程随著中国大陆持续完善数据要素市场化配置,数位经济在其区域经济发展的比重将不断成长,而算力作为经济发展的核心动力,其分布特点或将成为影响地方治理改革的重要因素。若中国大陆各大数据中心集群顺利建置,应可形成以数据要素流动为纽带的东西部协调发展新格局。西部经济弱势地区可借由数位治理服务,吸引各地数位经济相关企业投资,进而缩小东西部数位治理能力差距,以及全国各地的数位化发展进程差异。
二、加速中西部地区数位经济产业链高端发展。研判「十四五」规划期间,8大枢纽节点及10大集群周边地区将聚焦电脑、通讯、光电器件等设备制造以及基础软体、绿色能源制造等产业,建立起新的产业链,加强数据中心上游设备制造业和下游数据要素流通、数据创新型应用和新型消费产业等集聚发展,特别是带动西部地区整体经济发展,增加就业。根据测算「十四五」期间中国大陆每年将新增4千亿人民币以上相关投资。
三、降低数据中心用电负载压力。中国大陆「东数西算」工程疏解中国大陆东部大城市数据中心电力需求向西部疏解,符合中国大陆电力能源分配现状。在对现有数据中心进行整顿改革、加速技术创新升级的同时,透过布局优化等手段,尽量将数据中心布局在气候适宜、绿色能源充沛等条件好的地区,降低碳排放。
纵使「东数西算」工程对中国大陆有其重要战略地位,但仍存在某些隐忧。首先,「东数西算」工程各数据中心集群建设采分期边建设、边交付与边上架的模式,关键是需掌握后续投资金额巨大,若上架速度偏慢,加上期间可能有需求端难达预期水准,恐有短期停建的风险。
其次,「东数西算」工程作为数据中心为供给侧改革的重要作为,不排除会压缩其它区域的数据中心供给,研判东部核心区域的数据中心资源将愈发具有稀缺性。
其三,「东数西算」工程统一规划的国家级枢纽节点及数据中心集群,研判政府、国企以及三大中国大陆电信运营商将主导投资,突出「国退民进」的现象。预期可替本土科技业者开发国内市场,并强化本地业者在数据中心相关产业链的竞争力,可能加剧在陆外企的市场压力。
其四,由于大型、超大型数据中心运行需要很多高性能晶片,包括计算晶片、存储晶片、伺服器晶片和介面晶片。然高性能计算晶片是中国大陆晶片国产化发展难点,目前仍在起步阶段。
短期内仰赖台湾半导体先进制程
总体来看,中国大陆「东数西算」工程并非将数据中心产业链全部西移,而是要透过国家数据中心集群建设,推动中国大陆东西部地区算力需求与土地、能源的互补配置。同时,透过算力枢纽和数据中心集群建设,扩大上下游产业链有效投资,助力经济促成稳成长。
数据中心是数位经济的重要基础设施,中国大陆对数据中心产业链的监管方向是推广节能技术、提升资源利用率、推动老旧小散向规模化集群及智慧化转型升级,具体举措包括明确提出对数据中心电力使用效率、上架率、网路服务品质等规定。
虽然大型数位基础建设能够刺激市场,但业内人士也强调,目前人工智慧、高效能运算还有通讯设备,多使用5奈米及7奈米制程生产,这是我国半导体龙头「台积电」强项,研判短期内中国大陆仍须仰赖台湾的先进制程。