2023数据中心可持续发展能力提升指南

数据中心可持续发展能力提升指南ODCC-2023-05002 1 [编号ODCC-2023-05002] 数据中心可持续发展能力提升指南 开放数据中心委员会2023-08发布 数据中心可持续发展能力提升指南ODCC-2023-05002 版权声明 ODCC（开放数据中心委员会）发布的各项成果，受《著作权法》保护，编制单位共同享有著作权。 转载、摘编或利用其它方式使用ODCC成果中的文字或者观点的，应注明来源：“开放数据中心委员会ODCC”。 对于未经著作权人书面同意而实施的剽窃、复制、修改、销售、改编、汇编和翻译出版等侵权行为，ODCC及有关单位将追究其法律责任，感谢各单位的配合与支持。 I 数据中心可持续发展能力提升指南ODCC-2023-05002 编写组 项目经理： 王少鹏中国信息通信研究院工作组长： 郭亮中国信息通信研究院 贡献专家： 郭亮中国信息通信研究院 李洁中国信息通信研究院 邱奔中国信息通信研究院 王宏羽中国信息通信研究院 张宁中国信息通信研究院 孙聪中国信息通信研究院 II 数据中心可持续发展能力提升指南ODCC-2023-05002 前言 数据中心是技术创新策源地和产业发展增长极，加强数据中心可持续发展能力建设是推动国家科技软实力升级，顺应全球产业趋势的重要途径。数据中心可持续发展能力作为产业高质量发展的关键动能和牵引策略，能够协同推动服务器、存储、网络、安全等多种类型的技术创新。同时，有效保障我国信息通信领域健康发展，为用户数据提供更好地安全防护，提升国家综合竞争力，推动数字经济高质量发展和数字社会可持续建设。 本指南聚焦数据中心可持续发展能力，对我国数据中心可持续发展能力现状、方案指南以及趋势建议进行分析，重点是从硬件和软件两个维度开展可持续发展能力研究，实现产业可持续发展目标，并进一步形成起创新驱动、模式先进、价值循环的数据中心可持续发展能力提升方案。 本指南认为，数据中心可持续发展能力提升的关键在于提升服务器芯片能力、释放全闪存储价值优势、补齐网络设备薄弱环节、增强网络安全硬件支撑、打造开源操作系统生态、完善异构算力适配机制、提升数据要素保护能力、构建数据新技术发展格局，并围绕系统能力、算力管理、产业生态、安全保障提出发展建议，指导政府及企业开展数据中心相关产业链投资和布局。 数据中心可持续发展相关产业、技术正处于高速发展阶段，我们的认识有待深化迭代，如有意见或建议请联系dceco@caict.ac.cn。 III 数据中心可持续发展能力提升指南ODCC-2023-05002 目录 版权声明I 编写组II 前言III 一、数据中心可持续发展能力产业现状1 （一）数据中心可持续发展能力概述1 （二）数据中心硬件可持续发展能力5 （三）数据中心软件可持续发展能力7 （四）数据中心可持续发展面临挑战8 二、数据中心可持续发展能力提升方案9 （一）夯实各类芯片技术基础，服务器全栈能力提升10 （二）释放全闪存储价值优势，存储新技术竞相涌现14 （三）深化薄弱环节应用创新，网络基础扎实发展稳20 （四）增强网络安全硬件支撑，高性能高可靠是关键22 （五）打造开源操作系统生态，覆盖多样化应用场景24 （六）提升开发框架适配能力，实现异构算力规范化25 （七）加快机密计算商用进程，数据要素实现高可靠25 （八）构建数据库发展新格局，推动新技术应用赋能26 三、数据中心可持续发展能力提升展望27 （一）发展模式加速转变，体系化布局逐步形成27 （二）软硬协同优势显现，计算性能指数级增长28 （三）开源模式创新引领，集聚性资源激发活力28 四、数据中心可持续发展能力提升建议30 IV 数据中心可持续发展能力提升指南ODCC-2023-05002 （一）规范系统建设能力，构建全方位评测机制30 （二）规范算力管理模式，提升一体化服务效能31 （三）健全产业服务生态，推动规范化研究应用31 （四）规范安全保障能力，形成系统性防护架构32 V 数据中心可持续发展能力提升指南ODCC-2023-05002 数据中心可持续发展能力提升指南 一、数据中心可持续发展能力产业现状 数据中心作为各个行业信息系统运行的物理载体，在技术生态优化和数字经济发展中扮演至关重要的角色。《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》中提出要建设高速泛在、天地一体、集成互联、安全高效的信息基础设施，增强数据感知、传输、存储和运算能力。工信部《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》提出要坚持产业基础高级化和产业链现代化，加强新型数据中心核心技术研发，推动产业链协同创新，育龙头、筑基础、强集群，促进产业发展水平和服务能力不断提升。数据中心可持续发展能力提升能够有效夯实产业根基，构建起先进性强、成熟度高的技术生态，龙头企业围绕核心处理器打造计算产业生态、存储供应链条、网络互联架构，由相关合作伙伴提供上层应用生态和服务，推动数字经济高质量发展。 （一）数据中心可持续发展能力概述 1987年世界环境与发展委员会（WCED）发表的《我们共同的未来》报告，其被公认为是建立可持续发展概念的起点。这一报告提出可持续发展是指既能满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展，即关注“现有发展情况是什么”和“未来发展能否维持或增强现有能力”两个方面。数据中心可持续发展能力借鉴了环境领域可持续发展关注未来发展的理念，但又与 1 数据中心可持续发展能力提升指南ODCC-2023-05002 传统可持续发展概念有所区别，主要是从产业可持续发展角度出发，对数据中心关键技术、产业生态、供应链等要素的可持续发展能力进行研究，为数据中心长期发展提供支撑和保障，基于此，本文所述的数据中心可持续发展能力是指数据中心计算类设备、存储类设备、网络类设备、安全类设备以及相应基础软件具备技术连续性、供应保障性、技术先进性和使用兼容性。 数据中心由设施资源、硬件资源和软件资源组成，基础设施具备较强的可持续发展能力，而软硬件能力存在较大的提升空间。设施资源包括楼宇平台层的安保、消防、照明装置等，基础设施层的供配电、制冷系统、机柜等。由于安保、消防、照明等装置部件已经具备强劲的可持续发展能力，供配电、制冷系统、管理系统等基础设施的可持续能力呈现上升趋势，全面可持续已成为必然趋势，因此本文不再赘述。硬件资源主要指硬件平台层的服务器、存储器及网络设备，可持续发展能力取得阶段性成果，但处理器、存储器、内存等关键技术研制能力和关键器件供给水平亟待提升。软件资源包括软件平台层的操作系统、应用程序等，以及应用平台层的数据系统，技术对产业的支撑效应持续扩大，算力适配、安全防护、技术创新成为软件可持续能力提升的关键所在。数据中心五层架构如图1所示。 2 数据中心可持续发展能力提升指南ODCC-2023-05002 图片来源：中国信息通信研究院 图1数据中心五层架构 数据中心规模呈平稳增长态势，我国数据中心机架规模持续扩大，市场收入加快增长。中国信息通信研究院（以下简称“中国信通院”）发布的《数据中心白皮书（2022年）》数据显示，2021年 全球数据中心市场规模超过679亿美元，较2020年增长9.8%，预 计2022年将达到746亿美元，全球数据中心呈现稳中向好发展。我国数据中心建设依托政策指引、需求驱动和主体参与，步入高增长时期。我国数据中心机架规模快速扩大，市场收入持续增长，截至2021年底，我国在用数据中心机架规模达到520万架，近五年年均复合增速超过30%，2021年，我国数据中心行业市场收入达到1500亿元左右，近三年年均复合增长率达到30.69%。 我国数据中心应用范围持续拓展，对于硬件设备和软件生态的 可持续发展能力提出更高要求。随着多样化算力需求的不断涌现， 3 数据中心可持续发展能力提升指南ODCC-2023-05002 数据中心被应用于制造、交通、教育、航空航天、金融、传媒等更多行业，以及VR/AR、超高清视频、车联网、联网无人机、智慧电力、智能工厂、智能安防等实时性要求高、算力需求多的场景和业务，构建具备可持续发展能力的数据中心产业生态迫在眉睫。当前，我国服务器、存储、网络等设备厂商的竞争力和影响力正在稳步提升，数据中心相关设备使用率逐年增长，数据中心整体对外服务能力不断增强，但随着我国数字化转型的纵深发展，现有数据中心服务能力将越来越难以适配新的算力应用场景，为了实现对新兴算力应用场景的长效支撑，需要进一步加强L2、L3软硬件层的能力升级，提升CPU、芯片、内存、存储器、Flash等关键硬件的性能。完善软件生态，增强操作系统、AI开发框架、机密计算、数据库等核心基础软件研发应用能力，健全产业生态架构。 图片来源：中国信息通信研究院 图2数据中心可持续发展能力架构 4 数据中心可持续发展能力提升指南ODCC-2023-05002 （二）数据中心硬件可持续发展能力 本报告中的“数据中心硬件”重点关注计算类设备、存储类设备和网络类设备，包括服务器、集中式存储、分布式存储、数据保护、超融合存储、以太网交换机、路由器等，分析产业发展、技术能力、供应情况等方面，确定硬件可持续发展整体情况。 我国数据中心IT硬件设备发展成效显著，服务器、存储和网络 设备创新进程加快。 我国服务器厂商的市场影响力和产品创造力都在逐步提高，技术创新不断加快，节能减碳持续推进。IDC《2020年上半年度中国服务器市场跟踪报告》显示，2020年上半年，中国服务器市场出货量149.89万台，同比增长8.6%；中国服务器市场排名前五的厂商依次均为浪潮、新华三、华为、戴尔和联想，市场份额占比依次为39.5%，15.2%，13.3%，7.1%，6.3%。IDC《中国加速计算市场 （2021年下半年）跟踪报告》显示，2021年全年，中国AI服务器市场规模达350.3亿元，同比增长68.6%，浪潮信息、宁畅、新华三、华为、安擎位居前五，占据了82.6%的市场份额。我国服务器上游部件持续突破，加快节能降碳技术创新。我国CPU、闪存、SSD等服务器上游领域发展较快，产品种类和数量不断丰富，指令集和体系架构覆盖X86、ARM、MIPS、Alpha多种平台，形成多元化计算生态。服务器作为IT运营过程中的核心设备，碳足迹核算与管理对数据中心温室气体排放控制至关重要，中国信通院云大所牵头，联 5 数据中心可持续发展能力提升指南ODCC-2023-05002 合中国标准化研究院资环分院、华为、浪潮等多家单位起草并发布 《ODCC-2021-01007数据中心服务器碳核算指南》。 集中式存储、分布式存储、数据保护、超融合存储四大存储产品实现从技术到产业的全面提升，为可持续发展奠定资源储备。存储是IT设施的基础，IT设施和用户产生的海量数据都需要存储在存储设备中。我国存储市场增长潜力巨大。IDC预测，2022上半年，全球超融合存储市场较去年同期增长12.2%，其中中国超融合存储系统同比增长13.1%。2022年到2026年，中国软件定义市场的复合年增长率将达到11.7%，2026年市场容量接近40.9亿美元，其中对象存储细分市场年复合增长率达到12.9%，块存储子市场规模在2026年将接近13.7亿美元。存储厂商已基本掌握存储系统的软硬件核心技术和关键器件，产品形态、技术创新、商业模式、应用市场加快迭代，产品形态从内置磁盘向分布式存储演进，多元应用推动存储形态不断变化。 以太网交换机、路由器、高速光模块及光纤等已具备基础可持续发展能力，我国厂商积极推动技术创新。IDC数据显示，2021年数据中心交换机中国市场Cisco、Arista、Junper、HP等国外厂商以太交换机厂商市场份额占比仅约10%；2021年我国中高端路由器市场Cisco、Nokia、Arista、Junper等国外厂商份额占比仅约5%。在以太网交换机和路由器方面，我国头部厂商市场地位稳固，已具备基础可持续发展能力，涌现华为、锐捷、中兴、迈普、紫光、风云等整机技术创新厂商，网