数据中心:厚重外壳下的春雷阵阵云生态基础设施的演变升级汉能云生态观察
作者 邵昀明 刘赣豫 纪元 朱子尧
「云生态观察」是汉能投资联合中关村云计算产业联盟(以下简称“云联盟”)共同推出的行业趋势洞察栏目,旨在通过该内容帮助大家了解云生态行业发展趋势、投资机会。该栏目以《2022年中国云计算生态蓝皮书》为基石,与“云生态影响力论坛” 共同组建了汉能投资和云联盟云生态的一体两面,希望通过线上线下的形式继续推动云产业与数字融合、加速生态建设、扩充生态维度、提高生态效能。
「云生态观察」第二期聚焦“数据中心:厚重外壳下的春雷阵阵,云生态基础设施的演变升级”,从云生态蕞上游的核心算力载体视角阐释行业重要演变和未来趋势。更多内容将在《2023年中国云计算生态蓝皮书》中刊载,围绕产业链全景梳理数据中心行业的下游需求、业内竞争、上游供给等方面的内外变迁和发展方向。
本期云生态观察特别鸣谢秦淮数据、光环新网和世纪互联的指导和关注,也感谢数据中心业内各方的鼎力相助。本期云生态观察观点源自汉能投资集团在数据中心领域的投资逻辑,与行业龙头在平台和项目双层面的合作使得汉能投资集团新基建组具备了及时、直接、全面感知并准确判断行业演变趋势的能力。
此外,云联盟已发展为聚合了几乎所有头部公有云的生态底座,包括天翼云、移动云、华为云、阿里云、腾讯云、百度智能云、字节跳动火山引擎、京东云等在内的云厂商以副理事长、理事、会员、专委会主委等不同方式参与云生态建设,让汉能投资集团新基建组从客户视角验证了数据中心的一些发展趋势并获得了更深层次的理解。未来汉能投资集团新基建组将与云联盟共同举办云生态影响力论坛数据中心专场,为云厂商与数据中心跨行业探讨未来发展策略、沟通当下需求构建一个务实高效的平台。
作为云联盟理事长单位,汉能投资集团将继续加深对云生态产业发展的洞察,联合云联盟持续推出“云生态影响力”系列论坛与系列报告,以线上行业内容洞察,线下行业交流的形式,为产业内外的参与者提供沟通交流与分享的平台,为云生态和中国的数字经济发展贡献一份力量。
数据中心:云生态的算力载体和坚实底座
本文的数据中心主要指互联网数据中心(即IDC,Internet Data Center),数据中心主要为大型互联网公司、云计算企业、金融机构等客户提供存放服务器的空间场所,包括必备的网络、电力、空调等基础设施,同时提供运营维护、安全管理及其他增值服务,以获取空间租赁费和增值服务费。数据中心是互联网和各行业数字化的底层基础设施,也是云计算服务的核心载体。
数据中心通常具备完善的软硬件设施:
硬件:互联网接入、建筑物、电力电气系统、制冷系统、监控管理系统、安防系统和装修装饰工程等
软件:专业的运营管理团队、完善的应用服务平台等
数据中心主要为客户提供服务器托管服务。具体而言,终端用户将其服务器及相关设备置于数据中心中,并由数据中心按照与客户协商达成的运营服务协议对基础设施进行365x24不间断的技术运维管理,确保数据中心基础设施处于有效安全的工作状态,保障用户服务器及相关设备安全稳定持续运行。
除了服务器托管这一基础业务外,数据中心也可在此基础上向客户提供各类网络安全、数据应用、运行维护等增值服务。
数据中心行业作为资源和技术整合型行业,其上游供应商包括房屋基础设施建设、电力、电信运营、设备、建筑工程、电力供应等。其下游直接客户包括云服务商、互联网、金融、政企单位等。
其中,云服务商依托部署在数据中心服务器上的虚拟化资源,为终端用户提供灵活的资源分配和调度服务,部分数据中心企业也基于自身资源提供云服务;一般企业用户则部署托管服务器集群或直接租用服务器。
需求侧:宏观增长快速可靠,需求结构内部分化
移动互联网、互联网+、云计算、大数据、物联网、人工智能等领域的蓬勃发展,电子商务、视频、游戏等行业客户需求稳定增长,我国数据规模呈现爆炸式增长。作为海量数据的载体,互联网数据中心行业富有长期增长潜力,未来几年我国数据中心市场仍将处于快速发展期。
长期来看,已有场景的数据量增长和新应用场景的不断开发会持续推动对IDC的需求增长:
终端客户中互联网行业仍将贡献中国IDC主要需求并支撑其增长。数字化转型作为明确主线,未来会继续推动云厂商的采购需求。而在短视频行业领域发展驱动下,网络视频行业产生了大量数据存储与交互需求,也将带动其采购规模增长。
新应用场景的开发会使得需求来源呈现多元趋势。譬如银行机构、手机制造厂商等企业为满足手机应用程序开发及运行需求,加大数据中心采购规模。随着工业互联网、物联网的发展,部分制造企业连接互联网实现精准生产,催生大量数据处理需求,也会推动IDC需求规模增长。
图4 中国人均数据量及预测(单位:GB/人/年)
当前阶段,对IDC的需求结构正在逐渐演变,具体下游行业内部也出现对IDC的需求增速分化:
国内云厂商在经营策略上聚焦提质增效,云业务审慎扩张。2022上半年中国公有云服务市场整体规模达到165.8亿美元,同比增长30.7%,但与2021上半年增速(48.7%)相比下滑明显,可见市场增长压力。根据TrendForce,国内一线互联网/云厂商如BAT均下调2022年服务器采购规模,在云建设方面更加保守;但字节跳动服务器采购规模有望同比增长70%;
移动互联网整体流量放缓,进入平稳增长的平台期。以短视频APP为代表的终端各应用软件的用户数增速逐步放缓,日均使用时长增速下探后趋于稳定。
图5 移动网民人均短视频APP每日使用时长(单位:小时)
数据来源:极光大数据、月狐数据,汉能整理
此外,不同行业客户对数据中心的具体需求差异也在带来数据中心资源的结构性需求:
表2 不同行业客户对数据中心的典型需求差异
行业内部:洗牌在即,龙头优势逐渐凸显
数据中心服务提供商可分为电信运营商和第三方数据中心,两者在行业内各有优势区间。
电信运营商,即中国移动、中国电信和中国联通。我国三大基础电信运营商占据IDC市场主要份额,主要在网络带宽、时延等方面具有优势。
第三方数据中心专业性强,通过自建或租赁形成模块化、标准化的机架资源,核心优势在于标准化程度高、响应速度快,同时可提供如DNS(Domain Name System,域名系统)、CDN(Content Delivery Network,内容分发网络)等增值服务,典型代表如世纪互联、秦淮数据等。
图6 数据中心行业2021年中国市场份额占比(销售收入口径)
数据来源:中国信息通信研究院,汉能整理
第三方数据中心竞争优势逐渐凸显。按照机柜数量口径,电信运营商的IDC产品2019年占市场份额59.3%,2021年这一数据缩水到54.7%。第三方数据中心表现出强劲的增长势头和竞争力:
定制化能力、专业化管理能力和快速响应:电信运营商往往销售体积较大且通常是标准化的机柜,而第三方数据中心能够也更愿意迎合客户的特定需求,并可提供全面的安全/灾难恢复服务和专门服务人员;
侧重于服务一线城市和周边城市:电信运营商拥有遍布全国的数百个数据中心,而第三方数据中心的业务覆盖和后备项目侧重于需求蕞集中、价格稳定/较高、回报也较高的一线公里范围内);
侧重于服务云/互联网客户:电信运营商不将数据中心当作一项独立业务,而是利用自身的网络资源将IDC(互联网数据中心)业务与专线、VPN、云、IT服务等其他服务捆绑销售;其覆盖全国的数据中心也将成为5G边缘计算的基础。电信运营商也更重视其认为较稳定安全的国有企业和政府客户。相比之下,第三方数据中心侧重于为私有云/互联网客户提供一流的专业数据中心服务。
此外,云服务商自建数据中心也逐渐形成规模。如阿里云、华为云、腾讯云等公有云厂商已是传统数据中心的大客户,同时近年也大手笔投入数据中心建设。云计算服务商优势在于通过技术实现资源的快速再分配,规避资源闲置。
对于具体的行业参与者而言,头部效应和规模效应趋势明显。数据中心建设布局受土地、网络资源、电力及能耗指标等受相关政策因素影响,逐渐呈现规模化发展趋势,然而规模化发展必然需要资本的助力,随着大数据中心成为国家新基建的重点投入领域,大量资本进入数据中心产业,推动产业逐渐呈现向头部企业集中的发展形态。
大型的数据中心服务商依托丰富的基础资源、稳定的客户资源和雄厚的资金实力,拥有自建能力的数据中心服务商结合资本杠杆通过并购或新建数据中心的形式,扩大资源储备、完善资源布局,从而进一步拓展数据中心业务,加强数据中心服务商综合竞争力。而以代理数据中心机房或者自建小型数据中心机房的服务商的投资吸引力较弱,同时逐渐受到上游供给和客户议价的双重挤压,不同程度地出现规模下降、利润率降低的趋势。随着大型服务商竞争力和盈利能力提升,将形成资本聚集效应,推动行业向头部企业集中发展。
供给侧:围绕核心区位的全面扩张,伴随着运营与合规要求的逐步提高
需求侧驱动机架数量显著增长。2022年底我国数据中心机架总规模预计达到670万架,近五年增速超30%,与市场规模增速基本持平,我国数据中心机架数量将保持持续高速增长势头。
图7 中国数据中心机架规模(万机架)
新增机柜资源依旧优先布局北上广深等一线城市。由于特大城市和经济发达地区的互联网发展比较完善,互联网用户量和数据量大,且大型互联网企业和金融机构一般分布于经济发达地区,对数据中心的需求也较大,因此机柜资源供给具有一定的区域性。IDC 市场比较活跃的地区主要是京津冀、长三角、粤港澳大湾区和成渝经济圈。
“东数西算”也带动其他地区数据中心建设。自2022年2月“东数西算”全国八大枢纽节点正式启动建设以来,各地项目规划密集落地。根据国家发改委披露数据,截至2022年8月,全国10大集群新开工项目60个,带动总投资超过4,000亿元,新建超过110万标准机架规模;投资总体由东向西转移,西部数据中心占比稳步提升。
表3 数据中心新增项目分布(截至2022年11月)
数据来源:IDC圈,DTDATA,汉能整理
数据中心行业依旧保持高准入门槛:
准入壁垒:《中华人民共和国电信条例》规定,国家对电信业务经营按照电信业务分类,实行许可制度。经营电信业务,必须依照规定取得工信部或者省、自治区、直辖市通信管理局颁发的电信业务经营许可证。另外,能耗批复是建设数据中心的前置条件,项目所在地的能耗指标往往有相应配置计划,需要提前批复;
资金壁垒:数据中心服务行业属于资本密集型行业,一方面,数据中心前期投资中工程建设、设备采购等均需要大量资金。同时,随着下游客户需求的爆发式增长,数据中心服务业呈现定制化趋势和规模化趋势,这对行业内的企业提出了更高的资金要求。另一方面,数据中心日常经营运营管理所需资金规模也较大,运营成本中电力成本占比较高,运营过程需要大量的电力及运营物资采购资金。数据中心服务商业务要保持长期持续发展,必须在新建、扩建、改建大规模高规格数据中心和数据中心的运营管理中不断投入资本;
技术壁垒:数据中心建设与运营管理技术较为复杂,且新技术、新标准不断更新,因此数据中心的技术壁垒较高。一方面,数据中心建设过程较为复杂,涉及建筑学、电力工程、电子工程等多门学科知识,建设水平要求较高;另一方面,随着定制化数据中心、云计算等新理念的出现和数据中心运营管理要求的不断提高,数据中心服务商需要不断提高技术水平以适应行业技术发展的需要。因此,数据中心行业复杂的建造过程和运营管理技术,以及新技术、新标准的不断更新对行业新进入者形成了较高的技术壁垒。
日渐提高的节能要求和监察力度也继续抬高数据中心合规门槛。2022年8月,工业和信息化部、国家发展改革委、财政部、生态环境部、住房和城乡建设部、国务院国资委、国家能源局等七部门联合印发《信息通信行业绿色低碳发展行动计划(2022-2025年)》提出:
加快“老旧小散”存量数据中心资源整合和节能改造,到2025年,全国新建大型、超大型数据中心PUE降到1.3以下;改建核心机房PUE(Power Usage Effectiveness,能源效率指标)降到1.5以下;
加快应用先进适用的节水技术和装备,提高水资源利用效率;
鼓励数据中心企业创新计费模式,引导用户提升IT能效水平。
2022年10月,工信部下达《2022年度国家工业节能监察工作任务》,其中369家数据中心被列入监察名单。11月,国家标准《数据中心能效限定值及能效等级》在全国范围内强制实施,该标准适用于新建、改扩建数据中心(不包含边缘数据中心),将PUE要求划分小于1.2/1.3/1.5的三重区间,以规范、标准的能效评价方法来提高行业节能准入要求。
图8 数据中心PUE政策要求趋势
除了上述开发成本,由于区域性电价优惠取消,数据中心运营成本也面临短期上升预期。自2021年10月国家发改委推动电价市场化改革以来,各地方政府纷纷出台政策响应,数据中心产业电力成本上涨。譬如内蒙古自治区自2022年9月1日起取消优惠电价政策,取消蒙西电网战略性新兴产业优惠电价政策、蒙东电网大工业用电倒阶梯输配电价政策,此前的电价优惠被修正,修正对象为列入国家《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录(2016版)》的企业(包含数据中心企业)。根据现行蒙西销售电度电价,两部制工商业用电的电度电价为0.36-0.4元/千瓦时,此前0.034元/每千瓦时的基本电费折扣被取消,预计当地用电成本上浮约10%。
在上述政策背景、电价上涨预期和保障客户IT功率的前提下,实现节能目标的切实需求推动数据中心行业在制冷系统、数智化和储能等多个方向寻求技术突破。
目前数据中心制冷系统主要包括水冷、风冷、间接蒸发与液冷等形式,其中间接蒸发和液冷是国内近两年热度较高的技术方向:
间接蒸发冷却技术采用间接式的空气换热,利用外部环境的较低温度空气带走数据中心内部产生的热量,并且可以利用水的蒸发来帮助散热。其能效比高,在PUE指标等方面有良好表现,且具备分布式、模块化的额外安全可靠和成本优势。
液冷技术是使用流动液体将计算机内部元器件产生的热量传递到计算机外,以保证计算机工作在安全温度范围内的一种冷却方法,液体的比热远远大于空气,有利于提高传热效率,降低传热耗能,但也有其弊端,初期成本高,系统复杂,有泄露风险,维护成本高,安全性尚未完全验证,技术标准空缺等,所以液冷系统目前还未在国内数据中心领域大规模应用。
围绕数据中心的应用场景进行深度节能的数智化挖掘是另一个实现能源管理、节能减排和智慧运维的技术手段。具体为利用人工智能算法对数据中心空调设备进行精准控制,通过传感器监测各区域温度,按需制冷,保证服务器散热需求的同时,降低数据中心整体能耗,助力打造数字基建背景下符合双碳战略的“绿色数字中心”项目。
储能对于削峰填谷、减轻电网波动的意义使其成为数据中心采用可再生能源大趋势下解决可再生能源稳定性差的必然选项。数据中心的业务特性使其对储能技术的要求不仅仅是先进,更重要的是成熟,且成本上符合商业效益要求,具备实施的条件。因此行业除了在氢能燃料电池、磷酸铁锂电池等各类储能方式方面进行积极探索外,也在项目设计建设方面进行认真思考:如何减小储能设备体积、合理规划储能设备布局、增强储能设备与不同类型数据中心的适用性等。
春雷阵阵预示着蓬勃的生机,数据中心行业重资产属性的外观下呈现的是下游高速增长的算力需求、是各企业百舸争流的风高浪急、是上游精益求精的技术突破。汉能投资集团新基建团队始终秉持着对数据中心作为云生态核心基础设施的坚定价值认可,愿以此契机通过云联盟围绕数据中心与更多优秀企业展开更深层次的合作、共同见证行业天高云阔的未来。
汉能投资集团新基建组依托丰富的数据中心投资经验和雄厚的业内资源建立了以数据中心为核心、辐射物流地产和新能源等行业的投资版图,致力于推动数据中心行业内部资源整合与上下游拓展。在投资-投行联动机制下,汉能投资集团新基建组投行团队也已成为数据中心行业头部品牌,为行业龙头带来全周期、深层次的资本运作服务。
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