自2018年起，施耐德電氣已經(jīng)連續(xù)第7年在年初發(fā)布《看得見(jiàn)的未來(lái)—數(shù)據(jù)中心行業(yè)的新趨勢(shì)與新突破》系列洞察，開(kāi)創(chuàng)了行業(yè)趨勢(shì)前瞻解讀先河，并持續(xù)引領(lǐng)未來(lái)變革方向，為數(shù)據(jù)中心行業(yè)注入強(qiáng)勁發(fā)展動(dòng)力。

立足深刻的行業(yè)洞察和實(shí)踐，施耐德電氣致力于揭示新一年數(shù)據(jù)中心行業(yè)會(huì)發(fā)生哪些變化，這些變化和趨勢(shì)對(duì)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商的價(jià)值和意義，以及對(duì)這些行業(yè)變化的看法和價(jià)值主張。

以下是施耐德電氣全球數(shù)據(jù)中心科研中心對(duì)2024年發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)。

過(guò)去十年，云計(jì)算一直是推動(dòng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)與發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力，目的是為社會(huì)提供數(shù)字化轉(zhuǎn)型所需的通用算力。但是，AI的爆發(fā)帶來(lái)了巨大的算力需求，為了滿(mǎn)足AI大模型的訓(xùn)練和應(yīng)用推理，我們需要建設(shè)大量的智算中心。

施耐德電氣根據(jù)全球數(shù)據(jù)中心的用電量，GPU芯片和AI服務(wù)器未來(lái)的出貨量等數(shù)據(jù)，估算出全球智算中心目前的電力需求為4.5 GW，占數(shù)據(jù)中心總57 GW的8%，并預(yù)測(cè)到2028年它將以26%-36%的年復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，最終達(dá)到14.0 GW至18.7 GW，占總93 GW的15%-20%。這一增長(zhǎng)速度是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心年復(fù)合增長(zhǎng)率（4%-10%）的2到3倍。算力分布也會(huì)由現(xiàn)在的集中部署（集中vs.邊緣為95%:5%）向邊緣遷移（50%:50%），這意味著智算中心將引領(lǐng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)的潮流。根據(jù)工信部的規(guī)劃，我們國(guó)家智能算力的占比將在2025年達(dá)到35%，年均復(fù)合增長(zhǎng)率在30%以上。

機(jī)柜功率密度對(duì)數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)與造價(jià)具有較大的影響，包括供配電、制冷以及IT機(jī)房的布局等，一直都是數(shù)據(jù)中心比較關(guān)注的設(shè)計(jì)參數(shù)之一。

Uptime過(guò)去幾年的調(diào)研結(jié)果顯示，服務(wù)器機(jī)柜的功率密度正在穩(wěn)步但緩慢地攀升。機(jī)柜的平均功率密度通常低于6千瓦，大多數(shù)運(yùn)營(yíng)商沒(méi)有超過(guò)20千瓦的機(jī)柜。造成這一趨勢(shì)的原因包括摩爾定律使芯片的熱設(shè)計(jì)功耗維持在相對(duì)較低的水平（150瓦），同時(shí)高密服務(wù)器通常被分散部署在不同的機(jī)柜以降低對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的要求，但AI的爆發(fā)將改變這一趨勢(shì)。

風(fēng)冷一直都是數(shù)據(jù)中心IT機(jī)房冷卻的主流方式，如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，可支持十幾個(gè)千瓦甚至更高的機(jī)柜功率密度。但隨著對(duì)AI訓(xùn)練性能的不斷追求，開(kāi)發(fā)人員不斷提高芯片的熱設(shè)計(jì)功耗，對(duì)這些芯片進(jìn)行風(fēng)冷變得不切實(shí)際。雖然一些服務(wù)器供應(yīng)商通過(guò)重新設(shè)計(jì)芯片的散熱器、增加服務(wù)器風(fēng)量以及進(jìn)出風(fēng)溫差，以不斷突破風(fēng)冷技術(shù)的極限，配置40-50千瓦風(fēng)冷型的AI機(jī)柜，但這會(huì)使風(fēng)扇的功耗呈指數(shù)級(jí)增加。例如，AI服務(wù)器風(fēng)扇可以消耗高達(dá)25%的服務(wù)器功率，但傳統(tǒng)服務(wù)器的典型值只有8%。

對(duì)于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，不同工作負(fù)載同時(shí)達(dá)到峰值的概率極低。比如，典型的大型數(shù)據(jù)中心峰均比通常在1.5-2.0或更高。但在智算中心，由于AI訓(xùn)練負(fù)載缺乏變化（峰均比接近1.0），工作負(fù)載可以在峰值功率下，運(yùn)行數(shù)小時(shí)、數(shù)天甚至數(shù)周。其結(jié)果是增加了上游大型斷路器脫扣的可能性，以及宕機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，由于機(jī)柜功率密度的升高，需要采用更高額定電流值的斷路器、列頭柜、小母線(xiàn)等。而在電阻變小的同時(shí)，可以通過(guò)的故障電流也就更大，這意味著IT機(jī)房出現(xiàn)拉弧的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)升高，保證該區(qū)域工作人員的安全是必須解決的難題。

冷板式液冷和浸沒(méi)式液冷是數(shù)據(jù)中心液冷的兩種主流方式。究竟選擇哪種液冷方式以及如何實(shí)現(xiàn)快速部署一直都是行業(yè)熱議的話(huà)題。

隨著越來(lái)越多AI服務(wù)器采用冷板式液冷，冷板式液冷也更容易與傳統(tǒng)的風(fēng)冷系統(tǒng)兼容，受到很多數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商的青睞。但是服務(wù)器廠(chǎng)家液冷的設(shè)計(jì)方式多種多樣，快速接頭、盲插和Manifold的兼容性存在諸多問(wèn)題，IT與基礎(chǔ)設(shè)施的責(zé)任邊界也模糊不清，這大大限制了液冷在數(shù)據(jù)中心的接受度和推廣。

相較于冷板式液冷，采用碳氟化合物流體的浸沒(méi)式液冷不僅價(jià)格相對(duì)較高，而且很多碳氟化合物屬于對(duì)環(huán)境有害的人工合成類(lèi)化學(xué)物質(zhì)，面臨越來(lái)越多的行業(yè)監(jiān)管與政策壓力。因此，浸沒(méi)式液冷除了采用油類(lèi)冷卻液，可用的碳氟化合物流體將越來(lái)越少。

水資源短缺正在成為許多地區(qū)的嚴(yán)重問(wèn)題，了解和減少數(shù)據(jù)中心的水資源消耗變得越來(lái)越重要。此前，數(shù)據(jù)中心水資源消耗未被重視的一個(gè)重要原因是用水成本相對(duì)用電通常是微不足道的，甚至很多數(shù)據(jù)中心通過(guò)消耗更多的水來(lái)提高能效。但是，數(shù)據(jù)中心的用水已經(jīng)引起了很多當(dāng)?shù)卣年P(guān)注，尤其在水資源匱乏的地區(qū)，政府正在出臺(tái)各項(xiàng)政策來(lái)限制和優(yōu)化數(shù)據(jù)中心的用水。這其中包括將WUE作為數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)指標(biāo)，采用水電雙控政策。因此，減少用水量將成為許多數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商未來(lái)關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域。

在智算中心，隨著機(jī)柜功率密度的提升以及AI機(jī)柜的集群化部署，IT機(jī)房的配電面臨額定容量偏小的挑戰(zhàn)。比如，過(guò)去一個(gè)300 kW的配電模塊可以支持幾十臺(tái)甚至是上百臺(tái)機(jī)柜。而如今，同樣配電模塊的電量甚至無(wú)法支持一個(gè)最低配置的NVIDIA DGX SuperPOD AI集群（單排358 kW的10個(gè)機(jī)柜，每機(jī)柜36 kW）。配電模塊規(guī)格太小，使用多個(gè)配電模塊不僅浪費(fèi)IT空間，也變得不切實(shí)際。與單個(gè)大容量配電模塊相比，多個(gè)配電模塊還會(huì)增加成本?；貧w配電的本質(zhì)，提高配電容量的主要手段就是增大電流。

數(shù)據(jù)中心通過(guò)提供AI算力推動(dòng)人類(lèi)社會(huì)向著自動(dòng)化、數(shù)字化和電氣化等更加可持續(xù)的方向演進(jìn)，賦能交通、制造和發(fā)電領(lǐng)域減少對(duì)環(huán)境的影響。反過(guò)來(lái)，AI也可以賦能數(shù)據(jù)中心能源的優(yōu)化，來(lái)減少其自身對(duì)環(huán)境的影響。

比如，AI和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)可以用于數(shù)據(jù)中心冷源系統(tǒng)和空調(diào)末端的控制，通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心氣流分布，并基于數(shù)據(jù)中心IT負(fù)載的變化，實(shí)時(shí)匹配合適的冷量輸出。通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)末端精密空調(diào)及風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方式，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)地按需制冷，以減少熱點(diǎn)并且降低機(jī)房的能源消耗與運(yùn)維成本。

在數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中，追求IT機(jī)房面積占比的最大化，即盡可能減少輔助設(shè)備間的占地面積，一直都是數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的主要訴求之一。對(duì)于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，IT機(jī)房的面積與配電室的面積之比通常為1.5:1左右。隨著AI驅(qū)動(dòng)IT機(jī)柜的高密化，越來(lái)越多的IT機(jī)房采用液冷方式，液冷IT機(jī)房的面積與配電室的面積之比將發(fā)生逆轉(zhuǎn)，在0.6:1左右。這時(shí)，配電室的占地面積將引起數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)人員的更多關(guān)注，優(yōu)化配電室的占地面積也必將成為行業(yè)的一個(gè)發(fā)展方向。

UPS系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心電能質(zhì)量治理和不間斷供電方面一直發(fā)揮著重要的作用。隨著數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商面臨著提高可持續(xù)性和財(cái)務(wù)績(jī)效，同時(shí)保持或增強(qiáng)供配電系統(tǒng)的可靠性和彈性的壓力，新的能源存儲(chǔ)和發(fā)電技術(shù)提供了新的可能性，但也對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)模式和電氣架構(gòu)提出了挑戰(zhàn)。電池和燃料電池等分布式能源技術(shù)能夠有效產(chǎn)生或存儲(chǔ)清潔能源。

儲(chǔ)能系統(tǒng)除提供傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)功能外，還可以通過(guò)在用電高峰時(shí)釋放存儲(chǔ)的能量來(lái)管理電力需求高峰，實(shí)現(xiàn)扛峰增載；通過(guò)削峰填谷，降低數(shù)據(jù)中心用電成本，來(lái)實(shí)現(xiàn)能源成本優(yōu)化；同時(shí)參與電網(wǎng)的需求響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)收。

數(shù)據(jù)中心行業(yè)的重點(diǎn)將從傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)轉(zhuǎn)向智算中心建設(shè)，通過(guò)不斷的技術(shù)創(chuàng)新來(lái)實(shí)現(xiàn)智算中心的可持續(xù)發(fā)展與適應(yīng)下一代IT技術(shù)是關(guān)鍵所在。