揭开数据中心的神秘面纱
——探访阿里云张北数据中心
阿里云张北数据中心。阿里云供图
在大数据时代，如果把信息比作人体的血液，网络比作血管，那么数据中心就是心脏。
在新基建全面提速的背景下，数据中心作为促进5G、物联网、云计算等新一代信息技术发展的数据中枢，备受人们关注。
然而，出于安全性考虑，数据中心基本不对外开放，公众很难见到其真实面目。
数据中心是什么？如何运作？给生产生活带来哪些变化？近日，记者探访国内目前已投入运营的规模最大的云数据中心——阿里云张北数据中心，揭开其神秘面纱。
泡在“水”里的服务器
进入7月，虽然经历了几场大雨，河北省大多地区仍然闷热难耐，而到了张北县，坝上的风一阵阵迎面吹来，让人感到分外凉爽。阿里巴巴在华北部署的规模最大的云计算基础设施——阿里云张北数据中心，就坐落于此。
该中心于2015年6月开始建设，已建成16栋数据中心楼，投入运营的服务器规模30万台以上，加上正在建设的数据中心园区，未来服务器规模将达百万台级。
7月21日，经过严格安检程序，记者在这座“巨无霸”的数据机房见到了一排排整齐排列、外观如同冰柜一样的机柜。打开机柜外罩，只见布满密密麻麻红黄色线头的服务器，竟然浸泡在水一样的液体里，灯光不断闪烁，显然正在运作中。
“这可不是普通的水，而是我们引进的特殊的绝缘冷却液，可将服务器运算中产生的热量吸收进入外循环冷却，全程用于散热的能耗几乎为零。”阿里云基础设施数据中心总经理高山渊介绍，传统数据中心有近40%的能源消耗在散热制冷上，能源使用效率很低。张北数据中心是阿里云首个应用全浸没式液冷服务器的数据中心，与传统制冷系统相比，热传导效率要高百倍，节能效果超过70%。
液冷技术的优势不仅在于导热散热，还能够容纳更多IT设备，提高了计算能力。与传统数据中心比，液冷数据中心功耗密度达到60千瓦，将计算密度提升了10倍。同时，液冷机柜具有高密封性特点，使得电子元器件远离湿度、灰尘、振动的影响，提升了设备的稳定性、降低了故障发生率。液冷机房运行3年来，与同等规模的其他机房相比，故障发生率降低了54%。
目前，阿里巴巴已设计出一整套浸没式液冷数据中心技术规范，涵盖设计、施工、部署、运维等各个环节，并向全社会开放，打破了我国液冷服务器部署建设无标准可采用的空白。初步估算，如果全国的数据中心都采用液冷技术，一年可节电上千亿千瓦时。
在阿里云张北数据中心，像全浸没式液冷技术这样的“黑科技”数不胜数。采用自主研发的飞天操作系统，可以将单集群10万台服务器连接成一台“超级计算机”，发挥最大的计算效率，实时处理海量数据。自主研发的巴拿马电源，采用第三代半导体技术大幅度优化电源内部结构，省去传统低压配电环节，能够降低系统电力损耗，使全链路效率提高至98%。上岗的“天巡”智能机器人全天24小时巡检，拥有智能巡检、随工巡检、语音导览、安防管理功能，接替了运维人员30%以上的重复性工作，大幅提升管理效率。
将低碳进行到底
数据中心是耗能大户，耗电量约占到全国总耗电量的2%，做好节能降耗至关重要。
记者见到，阿里云张北数据中心采用新风制冷的机房外观好像“鸡舍”，冷空气经风机墙进入送风区域，经过服务器机柜后，进入封闭的热通道，再由侧面的百叶窗排至室外，部分空气返回到混风区，形成空气循环。
阿里巴巴当初为何将数据中心建在张北？张北独特的低温条件是重要加分项。张北地处坝上高寒区，属中温带大陆性季风气候，年均气温只有2.6℃，最低气温达零下40℃。
“这里的空调一年到头也就工作几天时间，剩下的日子就靠当地冷空气为数据机房降温。”高山渊说，他们的工程师将室外温度适宜、空气质量良好的自然风通过新风制冷技术输送至机房，直接为服务器降温，实现全年300余天自然冷却。
张北的风能、光照资源非常丰富，风电装机容量排名全国县级第二，年均可利用光照则超过1600小时，约占全年的36%，为阿里云张北数据中心提供了源源不断的优质绿色能源。
2018年起，阿里云张北数据中心加入张家口市“政府 电网 发电企业 用户侧”四方协作机制风电交易。这一交易模式打破了传统电力单一化交易渠道，降低了可再生能源电力使用成本，推动了清洁电力的大规模本地消纳。截至今年5月，张北数据中心的绿色能源使用率超过了50%，共交易绿电约4.5亿千瓦时，累计减排二氧化碳近40万吨。
此外，阿里云张北数据中心还应用了一系列节能技术，将部分机房热风回收至柴发配电室及部分设备间用于采暖，同时将空调回水作为供暖换热的驱动动力，减小冬季的供暖能耗；通过废水回收系统降低生产污水的硬度、电导率等指标，回收并重新利用至生产系统，减少水资源的消耗。
PUE是衡量数据中心电力能源利用率的国际通用指标，越接近1表明能效水平越高。有数据显示，国内大多数据中心的PUE大于2.2。通过低碳技术的创新应用，张北数据中心的全年PUE低于1.2，最低可以达到1.09，达到行业领先水平，每年可节约标煤8万吨。
在国家提出“碳达峰、碳中和”的宏伟目标后，绿色低碳将成为数据中心发展的重要关键词。近日，工信部印发了《新型数据中心发展三年行动计划（2021—2023年）》，计划用3年时间，基本形成布局合理、技术先进、绿色低碳、算力规模与数字经济增长相适应的新型数据中心发展格局。
“云数据中心本身就是一种绿色技术，通过聚集计算资源、转移工作负载，云的资源利用率是企业自建机房的5至10倍。”阿里云相关负责人介绍，今年5月，阿里云发布了零碳云计划，通过输出数字减碳能力、支持绿色技术创新，在张北数据中心等探索更加绿色低碳的数据中心集群化发展道路。
发挥数字赋能作用
数据中心在自身发展的同时，也发挥数字赋能作用，给各行各业带来了改变。
作为阿里云对外服务的核心地域节点，张北数据中心承载了淘宝、天猫、高德、优酷等主要应用，也为中小企业提供了包括弹性计算、数据库、云存储、人工智能等方面的技术和服务。
也就是说，当人们在家浏览网页、观看视频、网上购物，相关数据的存储、交换、计算，有可能就在阿里云张北数据中心进行。
距离2022年北京冬奥会的时间越来越近了，承载着北京冬奥云数据中心任务的阿里云张北数据中心，正在积极备战。
据了解，阿里云张北数据中心将为2022年北京冬奥会量身打造全方位的创新技术平台，提供计算机视觉、机器学习、大数据等技术服务，从数字化运营、数字化体验、数字化竞技、数字化传播四个方面打造“云上奥运”。
数据中心的稳定运行，离不开电力稳定。近期，一些地区暴雨造成供电中断，考验着数据中心的防灾扛灾能力。
在阿里云张北数据中心，每幢数据中心楼均配备了大功率的柴油发电机，用作备用电源。他们还规划了周边200公里范围之内运油路线，与当地加油站签订供应协议，应对极端天气可能出现的柴油运输难题。
“数据中心最首要的是数据安全。”阿里云一名技术人员说，他们在规划建设时就建立了多备份机制，张北数据中心有问题了，可以把业务切到其他的数据中心，不影响网站服务和客户使用。
高山渊透露，在数字化转型的浪潮下，阿里云张北数据中心将持续发力，通过引入大数据、人工智能等技术，为电力能源、钢铁、交通、制造等企业提供稳定高效的云平台支持。
在张北，以阿里云张北数据中心为代表，数据中心集群建设如火如荼。到今年年底，张北云基地数据中心规模至少达到50万台服务器，相关产业规模突破400亿元。（河北日报记者贡宪云）
关注河北新闻网，了解河北最新新闻。
,
