算力系列之四：各省算力规划建设梳理：绿色低碳高质量发展，部署算力建设AI产业研究

中泰证券研究所专业｜领先｜深度｜诚信 ｜证券研究报告｜ 绿色低碳高质量发展，部署算力建设 AI产业研究 算力系列之四：各省算力规划建设梳理 2024.1.28 分析师：苏仪 执业证书编号：S0740520060001Email：suyi@zts.com.cn 联系人：刘一哲 Email：liuyz03@zts.com.cn 1 摘要 为加强计算、网络、存储和应用协同创新，算力产业重大政策利好政策频出，助推未来我国算力高质量发展。六部委联合印发《算力基础设施高质量行动计划》，绘就算力基础设施高质量发展路径。根据《行动计划》： 计算力方面，2025年我国算力规模预计超过300EFLOPS，智能算力占比达到35%； 存储力方面，2025年存储总量将超过1800EB，先进存储容量占比达到30%以上； 运载力方面，2025年国家枢纽节点数据中心集群间基本实现不高于理论时延1.5倍的直连网络传输 未来，我国将持续优化算力设施建设布局，促进东西部地区算力高效互补和协同联动；推动算力结构多元配置，逐步提升智能算力占比，推动智能算力与通用算力协同，满足不同类型算力业务需求。 当前，各省均在部署算力规划建设。 风险提示：核心元器件生产/购买受制裁的风险；AI进展不及预期带来下游需求不及预期的风险；市场竞争加剧的风险；政策落地不及预期的风险；研究报告中使用的公开资料可能存在信息滞后或更新不及时的风险等。 2 目 CONTENTONTNTS 中泰所 ｜领先｜深度 1各省算力规划建设 为加强计算、网络、存储和应用协同创新，算力产业重大政策利好政策频出，助推未来我国算力高质量发展。 六部委联合印发《算力基础设施高质量行动计划》，绘就算力基础设施高质量发展路径。根据《行动计划》： •计算力方面，2025年我国算力规模预计超过300EFLOPS，智能算力占比达到35%； •存储力方面，2025年存储总量将超过1800EB，先进存储容量占比达到30%以上； •运载力方面，2025年国家枢纽节点数据中心集群间基本实现不高于理论时延1.5倍的直连网络传输； •未来，我国将持续优化算力设施建设布局，促进东西部地区算力高效互补和协同联动；推动算力结构多元配置，逐步提升智能算力占比，推动智能算力与通用算力协同，满足不同类型算力业务需求；加速边缘算力协同部署，推动“云边端”算力泛在化分布、协同发展，加快行业算力建设布局。 图表：中国通用算力(基于FP46计算)规模及预测，2020-2027图表：中国智能算力(基于FP16计算)规模及预测，2020-2027 117.3 101.2 86.10 71.8 47.7 54.5 59.3 39.6 140 120 100 80 60 40 20 通用算力（EFLOPS）增速 25% 20% 15% 10% 5% 1,200 1117.4 812.5 616.60 497.1 414.1 259.9 155.2 75 1,000 800 600 400 200 智能算力（EFLOPS）增速 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 0% 2027 00% 20202021202220232024202520262027 资料来源：IDC，中泰证券研究所 资料来源：IDC，中泰证券研究所4 随着越来越多以GPU为核心的智算中心落地，数据中心的能耗、散热问题日益凸显。以运行PUE为1.57的数据中心为例，IT设备能耗占比达63.7%，为数据中心最大，其次就是制冷系统能耗，占比可达27.9%。 •数据中心是新能耗大户，电力消耗巨大，节能减排迫在眉睫。2022年全年，全国数据中心耗电量达到2700亿千瓦时，占全社会用电量约3%，预计2025年数据中心耗电量将占全社会耗电量的5%以上。 •服务器技术演进带来能耗挑战。随着服务器从普通机架式向小型机、刀片式的转变，机柜能耗从2-4KW猛增至6-15KW，导致数据中心能耗居高不下。此外，传统数据中的服务器采用专用方式分配，资源的利用率一般在30%下，一部分处于空闲状态的服务器每时每刻都在浪费电能、侵蚀IDC利润空间。 •后摩尔定律时代下，随着数据中心的计算能力和功率密度的增加、芯片算力与功耗的大幅提升，数据中心的能耗和发热量不断攀升。目前主流系列处理器仅CPU功耗已高达350~400TDP/W，而GPU的功耗远远高于CPU，以英伟达H800为例，其功率密度可达700TDP/W。 全国数据中心耗电量 增速 5000 4000 4000 60% 50% 3000 2700 40% 2000 2166 2000 1000 30% 20% 10% 0 0% 2020202120222025E 图表：全国数据中心耗电量（单位：千瓦时） 资料来源：工信部，中泰证券研究所 图表：典型数据中心能耗构成 资料来源：UptimeInstitute，中泰证券研究所5 基于液冷服务器构建可持续发展数据中心，实现算力建设和能源消耗成本间的有效平衡。相较于传统的风冷技术，采用液冷解决方案可以直接为数据中心降低能耗，节约大量电费， 利用储能技术实现“削峰填谷”，降低数据中心电力消耗。即储能系统在电力波谷阶段存储电力，在高峰期进行利用。 采用节能设备降低能耗。采用低损耗型变压器，优先使用能效等级较高变压器以及节能高效高频式UPS、高压油机等。 加速数据中心创新技术发展，通过PUE优化、源网荷储一体化技术发展，打造可再生能源的“零碳数据中心”。通过蓄冷、高压直流、余热利用、蓄能电站等技术的应用和可再生能源利用，能够进一步降低数据中心能耗及碳排放。 PUE 1.5 1.25 1.09 对比风冷(%) / -16.67 -27.33 ITUE 1.111 1.056 1 对比风冷(%) / -5 -10 TUE 1.667 1.316 1.09 对比风冷(%) / -20.83 -34.6 图表：不同冷却技术能效对比 能效指标 风冷 板级液冷 全浸没液冷 图表：单机柜密度和冷却方式的对应关系 资料来源：中国液冷数据中心发展白皮书，赛迪顾问，中泰证券研究所 资料来源：论文《数据中心单相浸没液冷规模化应用关键技术研究》,中泰证券研究所 6 北京抢占数字新赛道，目前已形成1.2万P的总算力供给规模，赋能千行百业数字化转型。下一步将加速算力基础设施建设，打造京津冀算力廊道，形成以智能算力为主、通用算力和超级算力多元协同的首都地区算力供给体系。 •2024年，北京市计划初步建成公共智算供给体系，新增8000P左右公共智算本地供给能力；推动一廊四极城市算力中心建设，统筹北京及周边地区算力均衡。 •北京数字经济算力中心建设正当时，预计2024年完成基础设施建设，达产后实现多元异构的1000P智能算力供给。 •北京着眼大模型“智”高地，预计到2025年，基本形成要素齐全、技术领先、生态完备、可有力支撑北京数字经济高质量发展的通用人工智能大模型产业发展格局。 图表：北京市算力建设规划相关政策 部门政策文件算力建设规划重点内容 北京市人民政府 《北京市加快建设具有全球影响力的人工智能创新策源地实施方案 （2023-2025年）》 开展通用高算力训练芯片研发，加快提升人工智能算力供给的国产化率。 提升算力资源统筹供给能力，建设北京人工智能公共算力中心、北京数字经济算力中心。 在人工智能产业聚集区新建或改建升级一批人工智能商业化算力中心，加强国产芯片部署应用，推动自主可控软硬件算力生态建设。实施算力伙伴计划，整合公有云算力资源，向人工智能创新主体开放。推进跨区域算力协同，加强算力合作，建设统一的多云算力调度平台，提高环京地区算力一体化调度能力，优化提升环京算力网络。 北京市人民政府办公厅 《北京市促进通用人工智能创新发展的若干措施》 提升算力资源统筹供给能力。实施算力伙伴计划,与云厂商加强合作,提供多元化优质普惠算力。加快北京人工智能公共算力中心、北京数字经济算力中心等项目建设,形成规模化先进算力供给能力。实现异构算力环境统一管理、统一运营,提高环京地区算力一体化调度能力。 北京市经济和信息化局、市科委、中关村管委会、市发展改革委 《北京市通用人工智能产业创新伙伴计划》 2025年，基本形成要素齐全、技术领先、生态完备、可有力支撑数字经济高质量发展的通用人工智能产业发展格局。 提升中长期算力供给能力，加快建设海淀区北京人工智能公共算力、朝阳区北京数字经济算力中心等重点项目，尽快形成算力供给，完善本市算力供给体系，满足未来5-10年本市人工智能企业对算力的规模化需求。 未来，天津智算中心将大力发展人工智能产业，重点打造“四个生态平台”，即公共算力服务平台、应用创新孵化平台、产业聚合发展平台、科研创新和人才培养平台，向企业、高校、科研机构提供普惠公共算力、一揽子扶植政策、全周期技术支持及产业化生态和市场资源，实现政、产、学、研、金、服、用一体式打通，为天津市高质量发展注入强劲动力。 天开智算将在津建设200P智算中心。计划2024年内完成存算一体智算服务器的整机研发,形成具有自主知识产权的组网方案，填补目前国内自主知识产权的智算服务器整机的市场空白。 图表：天津市算力建设规划相关政策 部门政策文件算力建设规划重点内容 天津市人民政府办公厅《天津市智慧城市建设“十四五”规划》 完善算力支撑体系。依托国家超级计算天津中心产业优势，构建超算资源算力供给体系，提供多层次智能算力服务，开展基础软硬件应用适配和示范推广工作。建设全国一体化大数据中心体系京津冀枢纽节点，，建设超大规模人工智能计算与赋能平台，实现数据中心从数据存储型向计算型转变，打造国际数据港。 到2025年，智慧天津实现数字基础支撑、生产生活方式、城市运行态势、产业发展模式、试点创新应用的全面优化创新。 天津市通信管理局《关于做好算力网络建设发展工作的指 导意见》 从算力、存力、运力三方面统筹部署，制定了做好算力设施建设发展工作、构建数据存力体系、筑强算力网络运力体系、提升算力网络赋能应用水平、促进绿色低碳算力网络发展、加强算力网络安全防护水平六项重点任务，明确了加强组织保障、密切工作协同、完善监管机制、强化人才培育四项保障措施。通过持续优化行业算力供给结构、提升网络承载能级，赋能天津市数字经济高质量发展。 天津市委网信办、天津市发展改革委、天津市工业和信息化局 《天津市一体化大数据中心建设规划 （2021—2025年）》 以数据中心科学布局、绿色发展、集约建设为切入点，以算力资源灵活调度、优化配置、供需对接为着力点，以数据赋能、应用创新、生态繁荣为落脚点，以数据要素流通融合、有效共享为主攻方向，以安全可靠为保障，强化数据中心和数据资源的顶层统筹和要素流通，打造全市一体化大数据中心协同创新体系，助推全市数字化发展。《规划》鼓励和引导数据中心规模化、集约化、绿色化、智能化发展，提高能源综合利用效率和有效算力水平，提出到2025年，全市大型、超大型数据中心运行电能利用效率（PUE）降到1.3以下，形成全市数据中心布局合理、绿色发展的格局。 上海不断夯实底座，算力生态持续进阶。到2024年，上海市数据中心算力供给呈现以超算算力与智算算力等高性能算力为主的多元算力协同体系，总算力超过15EFLOPS，高性能算力占比达到35%，人均可用智能算力超过220GFLOPS/人。到2025年，上海市数据中心标准机架总规模将达到28万架，算力超过18000PFLOPS（FP32）；新建数据中心绿色算力占比超过10%。 中国电信在上海点亮"大规模算力集群暨人工智能公共算力服务平台"。2024年上半年，中国电信将在上海规划建设到达15000卡，总算力超4500P，是首个支持单池万卡的国产超大规模算力液冷集群。