面向未来的中国数据中心：绿色低碳与高可靠性 1 面向未来的中国数据中心： 绿色低碳与高可靠性 siemens-energy.cn 西门子能源商标由西门子股份公司授权使用。 面向未来的中国数据中心：绿色低碳与高可靠性 2 01 概述 02 算力拉动全球电力需求 03 中国数据中心规模与现状 04 中国电力供给结构与低碳转型 05 中国数据中心的发展趋势 06 面临的挑战 中心运营商实现快速投入运营、保障运维，并具备未来扩展 能力。 能源转型的成功有赖于平衡可靠性、安全性、经济性与可持 续性。西门子能源通过为数据中心运营商制定稳健的能源系 统战略规划，提供全球高效的能源技术方案，助力数据中心 运营商在当前和未来能源体系中实现这四个关键要素的协同 优化。 目录 面向未来的中国数据中心：绿色低碳与高可靠性 3 算力拉动全球电力需求 根据国际能源署测算，2024 年全球数据中心电力消费约为 而数据中心电力需求增速正迅速赶超传统工业，成为能源系统转型的不可忽视的关键变量。 全球数据中心用电量及展望（IEA） 单位：TWh 数据来源：国际能源署（IEA） 面向未来的中国数据中心：绿色低碳与高可靠性 4 中国数据中心规模与现状 截至 2024 年底，全国在用算力中心机架总数已突破 880 万 标准机架 1，算力总规模达到 280 EFLOPS（每秒百亿亿次浮 点运算），其中智能算力占比显著提升至

不能止 步于此，展望未来，我们仍需面对众多技术挑战，同 时还需要持续提升能效与性能。我们还必须确保为 AI 数据中心提供清洁、可靠的电力。毕竟，没有电力， 就没有 AI。正是这一现实，驱动我们不断推进技术革 新，确保随着 AI 的持续演进，我们为其高效、可靠供 电的解决方案也能同步升级。 在本白皮书中，我们将分享英飞凌对未来 AI 电源管理 发展的若干洞见，探讨架构、质量、效率、热管理以 将任意能源形式转换为处理核心电压所需的负载电流 • 构建可扩展的功率架构，以支撑从兆瓦级到吉瓦级的系统部署 • 通过提升整个电能传输链路的能效，最大限度地降低运营成本 • 在各功率转换级，针对最苛刻的负载波动，确保系统可靠性 英飞凌通过丰富的产品组合来支持上述目标，覆盖从 400 V 至 3.3 kV 各类封装形式的 CoolSiC™ MOSFET、用于保护 电路的 CoolSiC™ JFET，到电压等级为 80 80 V 至 650 V 的超高速开关 GaN HEMT，再到能够向处理器传输数千安培电流 的先进硅基解决方案（例如，IBC 和背面垂直电压调节模块）。这些产品在苛刻要求下亦能保持高品质与高可靠性， 是确保吉瓦级数据中心实现无障碍稳定运行的关键基础。 预测六：配电将从交流系统转向直流微电网 要在 AI 数据中心实现极致能效，必须对整个配电链——从发电到用电——进行全面优化。当功率需求逼近吉瓦级时，

Up互联可达 576颗GPU。 趋势洞察 03 趋势洞察 04 智算网络在确保AI训练和推理方面发挥着关键作用。它包括设计良好的后端网络和前端网络架构以满足 AI 严格要求的工作负载，其特点包括高可靠性、高速、高容量、低延迟和无损。后端网络用于互连高价值计 算密集型AI训练、AI推理所需的GPU和其他高性能计算（HPC）工作负载，前端网络支持连接对于AI工作负 载、通用工作负载（非AI计算） 区、通用计算区、存储区 以及管理区，在网络层面，划分为参数面、样本面、业务面及管理面四个网络平面。参数面网络承担AI训练 和推理的模型参数的同步与聚合（如梯度交换），需满足超高吞吐、超低时延和高可靠性，通常采用RDMA （如RoCEv2或InfiniBand）和无损组网技术，以支持大规模分布式训练。样本面网络，用于传输训练所需的 原始数据（如多模态样本）和预处理后的中间数据，常通过高速NAS或分布式存储协议实现，需处理海量小 络通过逻辑或物理隔离，确保智算中心 高效协同，同时降低跨流量干扰。 为满足智算中心内部网络超大规模、超高吞吐、超低时延、超高可靠性的性能需求，构建智算网络的技 术体系如图2-2所示，包括智算网络基础设施层、拥塞控制层、流量调度层、网络协议层和集合通信层以及高 可靠性保障和智能化运维等功能模块。 基础设施层提供智算中心硬件层面的网络加速与互联能力，支撑上层协议与调度策略。其包括支持IB或

9 智慧通行解决方案 计,预留扩容和发展的空间。 4） 可靠性和安全性的统一 整个系统采用具有高可靠性的总体设计，选用的设备自身应具有较高的安 全可靠性，关键设备或关键部件应采取备份冗余设计，选用安全机制完善、安 全级别较高的系统软件，使用具有可靠功能的专用网络及安全产品。 5） 易管理性和易维护性的统一 系统应易于管理和维护，平台架构的设计应采用简洁易用的体系结构，简 闸机采用多对红外对射技术，可以有效的起到防尾随、防夹的作用。同时 系统电机部分还设计了紧急刹车功能，以防有人急闯，而不会致使人员受到伤 害。 4） 运行可靠 24 智慧通行解决方案 系统可实现 7×24h 连续安全运行，性能可靠，并支持管理软件双机热备份， 数据库备份以提高数据的安全性。 5） 灵活实用 根据使用环境不同，提供不同类型的产品应对，最大限度的发挥系统的性 进行自动登记，系统会将车辆照片与微信用户 ID/支付宝用户 ID 绑定后上报平 台，并自动抬杆放行。主要设备如下： a.智能道闸：  采用 24V 直流低压驱动，电气安全可靠，更安全、更节能；  变速运行，慢起杆、快运行、缓落杆，运行平稳、安全可靠，支持速度 可调；  具备开优先保护、车队模式、地感计数、智能自检、延时自动关闸等控 制功能；  具备遇阻返回功能，支持外接雷达、红外、地感等外设；

责任和义务划分模糊，监管职责分散于各个行业主管部门，建立责权清晰的监管 体系需要企业各部门及人力资源的支持。 四是传统工业领域行业局限性明显，安全防护水平难以快速提升。工业领域 有其自身的行业特点，相比于安全性，更注重实时性和可靠性，漏洞修复、系统 防护软件升级等安全措施难以快速更新迭代，导致工业系统维护能力不足。此外， 工业设备升级换代周期长，生产装备、操作系统滞后于时代发展，无法适配新型 安全防护技术及机制等。从企 （1）差异与特点  网络架构与协议差异 网络架构不同：生产控制大区主要包括变电站自动化系统、分布式能源接入 系统等，其网络架构以工业控制系统为主。这些系统通常是封闭的、专用的网络， 对实时性和可靠性要求极高。例如，在变电站自动化系统中，保护装置与测控装 置之间的数据传输需要在几毫秒内完成，以确保故障时能快速切除故障线路。 管理信息大区的网络架构则更类似于一般的企业信息网络，包括办公自动化 严格的实时处理。  安全需求差异 安全目标测重点：生产控制大区的安全重点是保障电力系统的物理设备安全 和运行稳定性，防止因网络攻击导致电力系统故障，如电网停电事故。其安全需 求主要围绕电力生产的连续性、可靠性和实时性展开。 管理信息大区更关注数据的保密性、完整性和可用性，重点防止数据泄露、 篡改和非法访问，以保护企业的商业机密和用户隐私。 风险容忍度差异：生产控制大区对风险的容忍度极低，因为任何微小的网络

慧应用，为业主和园区提供高标准的电商化服务。 ◆ 立足平台，拓展应用。把搭建信息化平台、整合利用现有资源作为建设江油智慧园区的立足点，以智慧应用带动产业园区的发 展 高效运行，安全可靠。要确保系统运行安全、可靠、稳定，按照国家有关网络与信息安全的要求建立有效的安全保障体系，保证 数据及系统安全。 适用性和扩展性。平台建设的基础是开放性、可扩展性、标准性、稳定性、高可用性与二次开发支持。其使用产品和系统架构均 地位。应用系统方面采用先进的解决 方案，借鉴其他厂商在业界的领先技术和相关领域的经验设计，使用当今国际上领先的技术。 可靠性和成熟性。系统的稳定可靠至关重要，采用技术成熟、高度可靠、安全、稳定的产品及设计方案。以保证整个系统的正常 运行，并能应付可预想的异常情况。因此可靠性是系统运行的必要保证。 园区物管云平台方案设计原则 打通信息孤岛，加大信息资源共享 推进江油园区及企业间的数据共享与更新，建立精细化

算、智算、边缘算力三类案例展示运维体系的落地效果。​ - 2 - 算力时代的运维已不再是简单的设备管理，而是融合技术创新、管理科学与绿色 理念的综合性系统工程。我们相信，通过构建科学高效的算力运维体系，将有效提升 算力基础设施的可靠性、可用性与经济性，为数字经济的高质量发展提供坚实支撑。 期待本白皮书能够推动行业技术交流与标准建设，共同助力我国算力基础设施的高水 平发展。本白皮书定存在疏漏及不足之处，恳请同行专家及热心读者批评指正。 应用于需极高计算能力的科研及工程领域，处理大量数据和复杂的科学计算任务，如 气象、医疗、生物、仿真等领域，以 HPC 为代表的计算集群。 1.1.3 算力运维与传统运维的区别 传统运维核心是“保稳定”，注重基础设施可靠性；算力运维核心是“提效率”， 注重算力资源最大化利用，涉及全链路优化，对技术深度和动态管理能力要求更高： （1）. 传统运维核心目标是保障机房基础设施和 IT 基础设施的稳定运行，侧重 高可 元化算力，人工智能等新应用的崛起对运维保障提出更高要求。因此，算力运维面临 使用效率、故障管理、资源监控、需求匹配、全局可观测性和沉没成本等挑战。企业 亟需健全运维体系、规范运维指标、建立跨部门协作机制，保障算力运维的高可用性 与可靠性。 （1）. 算力利用率低 算力运维体系技术白皮书 - 7 - 从模型层面看，算力利用率指模型训练中每秒实际消耗算力与机器理论算力的比 值，衡量训练任务对计算资源的使用效率。AI 训练时，各训练步骤需强同步，硬件故

提升能源利用效率 · 通过智能体技术优化资源配置，提高可再生能源利用率，减少能 源浪费，实现能源高效利用。 · 智能体技术能够实时监测和调度电力系统，快速响应供需变化， 有效增强电网的稳定性和可靠性。 · 虚拟电厂通过智能体技术参与电力市场交易，实现资源的灵活调 度和优化配置，提升市场交易的效率和灵活性。 · 智能体技术在虚拟电厂中的应用，为构建新型电力系统提供了有 力支撑 。 通过智能预警与快速 响应机制，智能体显 著提升虚拟电厂的运 行可靠性，减少非计 划停机时间。 智能体全天候监测设 备运行状态，及时发 现异常信号，为故障 预防提供关键信息。 05 智能体应用场景：故障诊断与预 警 识别故障特 征预警 实时监测运 行状态 减少损失保 障安全 提升虚拟电 厂可靠程度 3 总体框架 202 5 2 控制逻辑 Tool Use: 区域电网主变线路重过 载 区域电网无功不平衡 局部电网的光储荷协同 调峰、调压 旋转备用 二次调频 优化调度策略 经济优先滚动优化 效率优先滚动优化 可靠性优先滚动优化 响应预想 + 实时互动 电网安全运行约束 电网可靠性约束 响应时间和目标约束 全网 需求响应 局部 精准需求 响应 电力 辅助服务 03 电网调度支撑：面向多场景的网荷协同优化调度和互动响应技 术

以满足实际应用需求为原则，坚持先进，兼容传统，实现系统集成、系统 互联、资源整合与信息共享。把实用性放在第一位，边建设边应用，把系统建 设成“实用工程”。 （2）安全原则 网络环境下信息传输和数据存储注重安全，保障系统网络的安全可靠性， 避免遭到恶意攻击和数据被非法提取的现象出现。 （3）开放性原则 系统建设必须按照开放性和标准性原则设计；提供全套的技术资料和全面 的技术培训，以满足系统与其它系统协同运行以及系统功能扩展的需求。 技术选型除了考虑先进、实用，还必须考虑系统的扩展性，系统容量应该 有可持续发展的考虑。 （5）稳定性原则 从系统结构、技术措施、设备性能、系统管理、厂商技术支持及维修能力 等方面保障系统的可靠性和稳定性。 （6）易操作原则 强调以人为本的设计思想，适应多功能、外向型的需求，对于来自内外的 各种信息进行收集、处理、存储、传输、检索、查询，为实际使用者和管理者 提供有效的信息服务和充 、舒适、 方便、快捷、高效、节约的工作和办公环境。 （7）可维护性原则 系统应具备自检、故障诊断及故障弱化功能，在出现故障时，应能得到及 时、快速的修复。 （8）经济原则 在实现先进性和可靠性的前提下，以经济优化的设计达到较高的性价比。 在确保用户需求、系统集成要求的前提下充分考虑现有设备的利旧使用。 （9）先进性 系统的架构和技术均符合高新技术的发展趋势，在满足功能的前提下，能

........................................................................................6 b) 系统平台的可靠性.................................................................................................. .......................................................79 1 服务器客户机软硬件平台需求表 1.1 服务器部署方案 为保证服务的稳定可靠性和数据安全性，我们推荐关键位置部署至少 2 台服务器进行 双机热备，进行文件及数据同步，这样一旦其中一台服务器发生故障，即可将服务转至 另外一台备用服务器。并且当日后用户访问并发量增大的时候，也方便实现负载均衡。 b) 系统平台的可靠性 系统平台能够支持大量并发用户同时进行浏览、操作、聊天、搜索等与数据库的交 互式的操作，并且相对占用较少的硬件资源。当意外事件发生时，能通过快速的应急处 理，实现故障修复，保证数据的完整性，避免丢失重要数据。能够做到安全可靠运行， 并具有较强的容错性。同时系统平台建设充分考虑系统平台运行时的应变能力和容错能 力，确保系统平台在运行时反应快速和安全可靠，为本网系统平台的发展提供了稳定可