CB Insights發(fā)布一份未來數據中心的報告，探討數據中心的位置、能源、結構等方面

數據中心將繼續(xù)在信息的攝取、計算、存儲和管理中發(fā)揮至關重要的作用，預計到2025年將有超過175個澤字節(jié)的數據。CB Insights發(fā)布一份未來數據中心的報告，探討了數據中心的位置、能源、結構等方面，這些調整都是為了以更低成本、更清潔、更高效地儲存更多的信息。

數據中心通常不會出現在公眾的視線范圍內，但是它是互聯網的支柱。他們每天存儲、交流和傳輸生產的信息，創(chuàng)建的數據越多，數據中心就越重要。

但是今天的許多數據中心效率都不高，結構過時。為了保持運行，從大型科技公司到托管服務提供商的數據中心運營商正在努力升級，以適應不斷變化的世界。

地點

接入光纖網絡、能源價格以及周圍環(huán)境都會影響數據中心建設。

據估計，到2025年，全球數據中心建設市場的價值可能高達57億美元。商業(yè)房地產巨頭CBRE已經推出了一個專門針對數據中心的部門，這是一個巨大的挑戰(zhàn)。

廉價電力資源附近

將耗能的數據中心建設在廉價電源旁邊可以讓運營更便宜，同時也是一個更清潔的選擇。隨著排放量的增加，大型科技公司越來越多地使用不環(huán)保的能源為數據中心供電，清潔源是一個重要的考慮因素。

蘋果和Facebook都在水電資源附近建立了數據中心。在俄勒岡州中部，蘋果公司購買了一個水電項目，為其Prineville數據中心提供清潔電力。

蘋果公司指出俄勒岡州放松管制的電力市場是其在該地區(qū)建立多個數據中心的主要原因。放松管制讓蘋果可以直接從第三方可再生供應商處購買電力，而不是必須向當地公用事業(yè)公司購買電力。

Facebook在瑞典的呂勒奧水力發(fā)電廠旁，建立了一個大型數據中心。瑞典等北歐地區(qū)已開始出現數據中心，因為這里氣候涼爽，地理位置穩(wěn)定且不易發(fā)生地震，水電和風能等可再生資源豐富。

幾個大數據中心已經進入或正在關注北歐地區(qū)。

2018年12月，亞馬遜網絡服務公司宣布啟動其AWS歐洲區(qū)域數據中心，距離斯德哥爾摩約一小時車程。同月，微軟在瑞典的兩個鄰近地區(qū)G?vle和Sandviken收購了130公頃土地，目的是開發(fā)數據中心。

2017年10月，谷歌在瑞典農村購買了109公頃的土地，宣布該土地可能用來建數據中心。

除了靠近便宜、清潔的能源，建立數據中心的公司也可能尋找更涼爽的氣候。北極圈附近的地方，如瑞典北部，可以讓數據中心節(jié)省冷卻設備所需的資源。

電信公司Altice Portugal報告說，其Covilh?數據中心99％都使用外部空氣冷卻服務器。位于芬蘭哈米納的舊谷歌數據中心使用芬蘭灣的海水來冷卻設施并減少能源消耗。

數據中心公司Verne Global在冰島開設了一個園區(qū)，利用當地的地熱和水力資源。它位于前北約基地，在世界上最大的兩個數據市場歐洲和北美之間。

新興市場

將數據中心建在新興互聯網流量的熱點市場中可以緩解網絡阻塞，并加快對區(qū)域的服務。

例如，2018年，騰訊在孟買設立了數據中心，此舉也表明該地區(qū)的互聯網使用率正在蓬勃發(fā)展，騰訊的游戲平臺越來越受歡迎。

在互聯網用戶蓬勃發(fā)展的地區(qū)建立數據中心也可能是一項戰(zhàn)略性業(yè)務舉措。如果本地企業(yè)在增長，他們可能會考慮將業(yè)務轉移到附近的數據中心。

稅收激勵和地方法律

數據中心是電力生產商的重要新收入來源，政府正在提供吸引數據中心發(fā)展的激勵措施。

從2017年1月開始，瑞典政府對數據中心使用的電力減稅97％。瑞典的電力相對昂貴，減稅可以讓瑞典跟其他北歐國家競爭。

2018年12月，谷歌在俄亥俄州新奧爾巴尼市就一家價值6億美元的數據中心達成了銷售稅減免100％協議，為期15年，而且這種豁免還有可能在2058年續(xù)訂。

而在2018年9月，法國脫歐后希望吸引經濟人才和全球資本，宣布計劃削減數據中心的電力消費稅。

在某些情況下，建立數據中心是公司繼續(xù)在嚴格監(jiān)管的國家運營的一種方式。

2018年2月，蘋果開始在貴州的數據中心存儲數據，來符合當地法律。當地數據中心可以讓機構更輕松、更快捷地訪問存儲在蘋果云端的中國公民信息。

連接光纖和安全

選擇數據中心位置時，兩個更重要的考慮因素是連接光纖網絡和嚴格的安全性。

多年來，光纖網絡一直是選擇數據中心建設地點的關鍵因素。雖然數據通常通過無線網絡或本地Wi-Fi傳送到移動設備，但這通常只是連接過程的最后一部分。

大多數時候，數據通過光纖電纜傳輸到數據存儲設備，以及從數據存儲設備傳輸，光纖成為互聯網的神經系統。光纖將數據中心連接到蜂窩天線、家用路由器和其他數據存儲設施。

阿什伯恩、弗吉尼亞及其周邊地區(qū)已成為數據中心的大型市場，這主要歸功于該地區(qū)龐大的光纖基礎設施網絡，該網絡是由互聯網公司AOL在總部建立時實施。

當Equinix等其他公司遷入該地區(qū)并建立自己的數據中心時，該地區(qū)的光纖網絡繼續(xù)增長，并吸引更多新的數據中心。

Facebook已經向弗吉尼亞州Henrico的數據中心投入了近20億美元，而在2019年1月微軟獲準撥款150萬美元，第六次擴展南弗吉尼亞州數據中心。

隨著對光纖電纜的依賴增加，無論在發(fā)達市場和新興市場，到2019年基礎設施的資本支出預計將達到近1500億美元。

但隨著大型技術建立自己的連接基礎設施，光纖網絡的新替代品也開始出現。

2016年5月，Facebook和微軟宣布他們合作在弗吉尼亞州的弗吉尼亞海灘和西班牙的畢爾巴鄂之間建造一條水下電纜。

2017年，Facebook宣布進一步計劃在新墨西哥州Las Lunas建立自己的光纖網絡，全長200英里，將其計劃中的新墨西哥數據中心連接到其他服務器。地下光纖系統將為前往Las Lunas的信息創(chuàng)建三條獨特的網絡路徑。

除連接外，安全性是另一個重要的考慮因素。這對于存儲敏感信息的數據中心尤為重要。

例如，挪威金融巨頭DNB與Green Mountain數據中心合作建立數據中心。Green Mountain將DNB的數據中心置于高度安全的設施中，一座山內改建的沙坑。Green Mountain聲稱，這個數據中心完全無法穿透，可“抵御各種危險，包括入侵、恐怖襲擊、火山、風暴、地震和犯罪?！?/p>

“瑞士堡諾克斯”數據中心位于瑞士阿爾卑斯山下，門偽裝成巖石。數據中心采用應急柴油發(fā)動機和氣壓系統進行保護，可防止任何有毒氣體進入房屋。

由于某些數據中心的服務器具有高安全性，因此有許多數據中心的位置從未公布過。對于這些中心，位置信息可以作為武器使用。

2018年10月，維基解密（WikiLeaks）公布了AWS設施的內部清單。在披露的信息中，亞馬遜是為美國國防部建立價值近10億美元私有云的競爭者。

數據中心結構

雖然位置可以說是減輕數據中心中斷風險的最佳方式，但數據中心的結構在確?？煽啃院褪褂脡勖矫嬉舶l(fā)揮著重要作用。

數據中心的建設可以抵抗地震活動、洪水和其他類型的自然災害。此外，某些設計可以適應擴展、降低能源成本或允許新類型用途。

跨行業(yè)公司（從醫(yī)療保健到金融再到制造業(yè)）依靠數據中心來支持不斷增長的數據創(chuàng)建和消費。在某些情況下，這些數據中心可能是專有并且屬于內部的，而其他數據中心可能是遠程共享和定位。

無論哪種方式，數據中心都是世界不斷增長的技術焦點核心，繼續(xù)會出現物理轉型。根據CB Insights市場規(guī)模調整工具，到2020年全球數據中心服務市場估計將達到2280億美元。

數據中心構建中最近的一個轉變是規(guī)模。一些數據中心變得更小、分布更廣（被稱為邊緣數據中心）。與此同時，其他數據中心也變得比以往更大、更集中（大型數據中心）。

邊緣數據中心

邊緣數據中心是小型分布式數據中心，以在網絡邊緣提供超本地存儲和處理能力。

雖然云計算是傳統上將許多設備連接到互聯網的可靠又具成本效益的手段，但物聯網和移動計算的不斷增長給網絡帶寬帶來了壓力。

邊緣計算技術正在興起，提供替代解決方案。

這涉及將計算資源放置在更靠近數據源的地方（即電機、泵、發(fā)電機或其他傳感器）或“邊緣”。這樣做減少了在集中計算位置（如云）之間來回傳輸數據的需要。

雖然仍處于初期階段，但該技術已經為自動駕駛汽車等眾多用例提供了更有效的數據處理方法。例如，特斯拉汽車擁有強大的車載計算機，可以對車輛的數十個外圍傳感器收集的數據進行低延遲數據處理（近乎實時）。這為車輛提供了及時、自動駕駛決策的能力。

然而，其他邊緣技術，例如無線醫(yī)療設備和傳感器，缺乏直接處理大量復雜數據流所需的計算能力。

因此，正在部署較小的模塊化數據中心，以提供邊緣的超本地存儲和處理能力。根據CB Insights市場規(guī)模調整工具，到2023年，全球邊緣計算市場估計將達到340億美元。

這些數據中心通常是集裝箱的大小，放置在手機信號塔的底部或盡可能接近數據的起源。

除運輸和醫(yī)療保健外，這些模塊化邊緣數據中心還被用于制造業(yè)、農業(yè)、能源和公用事業(yè)等行業(yè)。他們還幫助移動網絡運營商（MNO）更快地向移動用戶提供內容，而許多科技公司利用這些系統將內容存儲（或緩存）更接近最終用戶。

Vapor IO是一家在小區(qū)塔底部設置小型數據中心而在邊緣提供托管服務的公司。該公司與美國最大的無線基礎設施供應商Crown Castle建立了戰(zhàn)略合作伙伴關系。

創(chuàng)業(yè)公司并不是唯一參與邊緣數據中心市場的公司。

像施耐德電氣這樣的大公司不僅與初創(chuàng)公司合作，而且還開發(fā)自己的邊緣數據中心產品。施耐德提供多種不同的預制模塊化數據中心，非常適合需要超本地計算和存儲容量的各種行業(yè)。

華為提供類似的預制一體化模塊化單元，可以部署在各種不同的環(huán)境中，適用于各種用例。

這些類型的解決方案將電源、冷卻、消防、照明和管理系統集成到一個機箱中。它們專為快速部署，可靠運行和遠程監(jiān)控而設計。

MEGA數據中心

另一個方向是大型數據中心，這類數據中心至少有1百萬平方英尺的空間。這些設施很大，可以同時滿足成千上萬個組織的需求，還可以享受規(guī)模經濟。

雖然這些大型數據中心的構建成本很高，但每平方英尺的成本遠遠好過普通數據中心。

其中一個最大的項目是Switch Communications建造的1740萬平方英尺的設施，位于為其服務器提供儲存、冷卻、電力、帶寬和物理安全性。

Big Tech還積極在美國建立大型數據中心，Facebook、微軟和蘋果都在建設大型設施，以支持其不斷增長的數據存儲需求。

例如，Facebook正在德克薩斯州沃思堡建立一個250萬平方英尺的數據中心，以處理和存儲其個人用戶信息。最初，數據中心預計只有75萬平方英尺，但隨后公司決定將其規(guī)模擴大三倍。

新數據中心的成本約為10億美元，占地150英畝，為未來的擴張?zhí)峁C會。2017年5月，44萬平方英尺的服務器空間投入使用。

微軟最近的一項投資是愛荷華州西得梅因的數據中心集群，總共花費了35億美元。這些集群或數據中心總共擁有320萬平方英尺的空間，最大的數據中心占170萬平方英尺。特定數據中心Project Osmium占地200英畝，預計到2022年完工。

近年來，愛荷華州成為數據中心的熱門地點，因為它的能源成本較低，自然災害風險較低。

蘋果公司還在愛荷華州建設了一個設施，雖然規(guī)模較小，面積為40萬平方英尺，建設成本為13億美元。

雖然蘋果的一些設施是從頭開始構建，管理其所有內容包括應用程序商店、音樂流媒體服務、iCloud存儲、用戶數據，其他結構已被重新用來存放服務器。

例如，蘋果公司在亞利桑那州梅薩市改造了一個130萬平方英尺的太陽能電池板供能設施，在2018年8月開始運營，由于附近的太陽能電廠，新的數據中心是100％用清潔能源運行。

吸引大型數據中心的特定地區(qū)還有北歐，由于涼爽的溫度和不斷增加的減稅政策，它一直是科技巨頭的熱門地點。

內蒙古的呼和浩特市也為大型數據中心提供了良好的地理位置，可以獲得廉價當地能源、涼爽的氣溫和附近內蒙古大學的人才。

雖然大型數據中心已成為中國的發(fā)展焦點，但內蒙古地區(qū)已成為數據中心發(fā)展重點。中國電信、中國移動和中國聯通都在該地區(qū)建立了大型數據中心。

數據中心創(chuàng)新

除了比以往更大或者更小的數據中心之外，從周圍環(huán)境中創(chuàng)新的新型數據中心結構也是另一個新興趨勢。

如今，許多組織正在試驗在海洋運行數據中心，利用環(huán)境及資源，低成本自然冷卻服務器。

使用海洋進行自然冷卻的最先進例子之一是微軟的Project Natick。就像2014年Submerged Datacenter專利申請中所示，微軟在蘇格蘭海岸的一個小型圓柱形數據中心是被海水淹沒的。

該數據中心100％使用岸上風能和太陽能，以及海上潮汐和波浪源當地產生的可再生電力。它利用海洋來消散基礎設施的熱量。

雖然仍處于早期階段，但微軟已經在這個項目上取得了重大進展，并且可能開啟了未來廣泛應用的海洋數據中心。

此外，谷歌也在試驗類似的海上數據中心項目。

能源效率

目前，全球3％的電力消耗來自數據中心，而這一數字只會增長。這種電力來源不一定清潔：根據聯合國的說法，信息和通信技術（ICT）部門在很大程度上由數據中心提供，它們帶來的溫室氣體排放量跟航空部門相同。

雖然信息通信技術已關閉舊的低效數據中心，控制電力消費增長，但這種策略只能在互聯網消費和數據生產增加的情況下實現。

展望未來，數據中心有兩種減少排放的關鍵方法：數據中心內的能源使用更加高效，并確保所使用的能源是清潔的。

降低消耗和提高能源效率

2016年，DeepMind和谷歌合作開發(fā)了一個人工智能推薦系統，該系統有助于提高谷歌數據中心的能效。重點是小改進：即使很小的變化也可以幫助節(jié)省大量能源并減少排放。但是，一旦設施到位，實施需要大量操作員。

而根據谷歌的說法，還沒有人工智能系統能夠完全控制數據中心的制冷和加熱過程。

谷歌目前的人工智能控制系統適用于特定的行動，但只能在優(yōu)先考慮安全性和可靠性的限制條件下實施。據該公司稱，新系統平均節(jié)能30％。

提高效率的另一種方法是改變數據中心過熱部分（如服務器或某些類型的芯片）的冷卻方式。

谷歌首席執(zhí)行官桑達皮采表示，該公司新發(fā)布的芯片非常強大，公司必須把它放在液體內才能更好地冷卻。

一些數據中心正在嘗試在水下建立數據中心，讓冷卻更容易、更節(jié)能。數據中心可以隨時利用自然涼爽的深海水，熱量從設備傳遞到周圍的海洋。

由于數據中心可以設置在任何海岸附近，因此它可以選擇連接到清潔能源，就像微軟40英尺長的Project Natick，由奧克尼群島電網的風力驅動。

較小的水下數據中心增加，其中原因是它們可以模塊化，使得它們比陸地上的新中心更容易部署。

然而，盡管有這些優(yōu)勢，一些專家警告不要在水下設置數據中心。由于冷卻過程會把熱量釋放到周圍區(qū)域，因此這些數據中心會讓海水變暖，影響當地的海洋生物。

雖然像Natick這樣的水下數據中心的設計是在沒有人工監(jiān)督的情況下運行，但如果出現問題，就會很難修復。

未來，數據中心還可能通過回收它們所生產的一些電力來提高清潔能源和效率。一些項目已經在探索熱再利用的可能性。北歐數據中心公司DigiPlex與供熱和制冷供應商Stockholm Exergi合作創(chuàng)建了一個熱回用系統。該解決方案將收集數據中心的多余熱量并將其發(fā)送到當地的區(qū)域供熱系統，可能為10,000個斯德哥爾摩家庭供熱。

購買清潔能源

據IEA稱，ICT行業(yè)在清潔能源方面取得了一些進展，目前達成近一半購買可再生電力的企業(yè)協議。

截至2016年，谷歌是全球最大的企業(yè)可再生能源購買公司。

2018年12月，Facebook從一家成員所有的太陽能合作社購買了200兆瓦的能源。在土地面積有限的新加坡，谷歌宣布計劃購買價值60兆瓦的屋頂太陽能。

雖然像谷歌和Facebook等大公司有資源購買大量可再生能源，但對于可能不需要大量能源的小公司來說，這可能很難。

另一種更貴的能源選擇是微電網：在數據中心內安裝獨立的能源。

一個例子是燃料電池，就像Bloom Energy公司最近公開出售的燃料電池。電池使用氫氣作為燃料來發(fā)電，雖然這些替代能源通常被用作備用能源，但數據中心可以完全依賴這些微電網來生存，盡管這將更貴。

未來，技術將使小生產者和購買者更容易緊密合作。市場模型和可再生能源組合（如由共同基金創(chuàng)建的組合）正在出現，這些組合可以評估和量化可再生能源的波動。

存儲

固態(tài)驅動器

固態(tài)硬盤（SSD）是一種大容量存儲設備，支持數據的讀寫。這些設備可以在沒有電源的情況下存儲數據 –即持久存儲。這不同于臨時形式的數據存儲，例如隨機存取存儲器（RAM），其僅在設備運行時保留信息。

SSD已經成為另一種大容量存儲設備硬盤驅動器（HDD）的競爭對手。SSD和HDD之間的主要區(qū)別在于SSD無需移動部件即可運行。這使得SSD具有更高的響應性、更耐用、更輕便等優(yōu)點。

然而，SSD仍然比傳統硬盤驅動器更貴，在SSD制造過程沒有突破的情況下這一趨勢很可能持續(xù)。

雖然SSD已經成為筆記本電腦、智能手機和其他具有纖薄外形的設備的標準配置，但由于價格較高，SSD在大型數據中心中的實用性較低，因此不太常見。

根據IDC的數據，到2025年底，超過80％的企業(yè)數據存儲容量將作為硬盤驅動器保留。但是，到2025年，SSD可能成為企業(yè)及其數據中心的首選存儲硬件。

隨著SSD在消費電子產品和物聯網設備中的普及，更大的需求可能會帶來更多的供應，最終降低成本。

冷儲存

與較新的SSD相比，冷存儲利用許多舊技術（如CD-R和磁帶）和盡可能少的能量來存儲數據。

使用冷存儲，訪問數據所需的時間比使用熱存儲（例如SSD）要長得多。只有不經常使用的數據才應存儲在這些類型的系統中。

也就是說，世界上最大的科技公司 - 如Facebook、谷歌和亞馬遜 - 都使用冷存儲來存儲最細粒度的用戶數據點。亞馬遜、微軟和谷歌等云服務提供商也向希望以低成本存儲數據的客戶提供這些服務。

根據CB Insights市場規(guī)模調整工具，到2025年，冷儲存市場預計將達到近2130億美元。

因此，在可預見的未來，存儲信息的最佳方式要滿足盡可能低成本這一條件。通過冷儲存，企業(yè)可以做到這一點。當用戶生成更多數據并且組織收集數據時，這種趨勢將會繼續(xù)。

其他數據存儲形式

除了SSD、HDD、CD和磁帶之外，還有許多新興的存儲技術可以保證每個單元的存儲容量更大。

一種已經看到顯著前景的技術是熱輔助磁記錄或HAMR。HAMR通過在寫入期間用高精度激光加熱磁盤表面，極大地增加了可以存儲在諸如HDD之類的設備上的數據量。這允許更準確和穩(wěn)定的數據寫入，增加了存儲容量。

預計到2020年，該技術可以在一個3.5英寸驅動器上允許20TB的HDD存儲，并且此后每年將增加30％-40％的容量。希捷已經在2018年12月宣布推出一款16TB的3.5英寸硬盤。

在過去十年中，希捷一直積極為HAMR技術申請專利。2017年，該公司申請了與該技術相關的創(chuàng)紀錄數量的專利。

值得注意的是，與目前提供的標準HDD相比，該技術的成本是合理的。這是因為大部分技術保持不變 - 主要創(chuàng)新在于用于加熱磁盤表面的激光器。

西部數據等存儲公司正在開發(fā)類似的技術。然而，西部數據使用微波輔助磁記錄（MAMR），它使用微波而不是激光。

展望未來，由于采用了熱輔助記錄技術，我們預計HDD的存儲容量將大幅增加。

此外，還有許多其他新興數據存儲概念顯示出前景。一種是液態(tài)存儲，它將數據存儲在稱為二氧化釩的液體中。根據估計，近1TB的數據可以存儲在一湯匙液體中。

結論

未來的數據中心，不管是怎樣的結構或者形式，規(guī)模大小，都是為了一個目標：以更低的成本、使用更清潔能源來提高效率，儲存更多信息。