数据中心建设热潮带来的机遇与挑战

驱车穿过伦敦码头区，东印度码头大楼巨大的灰色无窗外观，见证了科技的变迁。

曾经，这里曾是印刷机噼啪作响、嗡嗡作响地印制着成千上万份粉红色英国《金融时报》报纸的地方；而如今，这座建筑已经变成了伦敦的主要数据中心之一，一排排计算机服务器发出诡异的闪烁声，伴随着空调机的轰鸣声。

这座占地 25 万平方英尺的数据中心，现在被人们低调地称为伦敦北部数据中心，最初由数据中心开发商 Global Switch 于 1999 年开设，旨在鼓励企业将计算机服务器从公司内部迁移到这个高科技设施，并很快被填满。

数据中心内部。图片来源：Adobe Stock

到 2002 年，Global Switch 在马路对面的码头区推出了占地 75 万平方英尺的专用伦敦东区数据中心，以应对来自云托管和社交媒体的更大需求。

20 年后，该公司再次扩张，这次是迁至占地 29 万平方英尺的专用设施，名为伦敦南部，以应对企业客户对更强大的存储解决方案的需求激增，这些解决方案用于运行其人工智能 (AI) 和高性能计算 (HPC) 系统。

当然，上传的每一个视频、每一条社交媒体帖子或每一次加密代币交易都会增加每年产生的全球数据量。据美国国际数据集团（IDG）统计，2023年产生的数据量约为129万亿GB，而这一数字在未来两年内将翻一番。

数据量的激增推动了对伦敦北部等数据中心的更大需求，而冷却器为了抵消高能耗服务器机架产生的惊人热量，进一步加剧了电力需求，以防止硬件损坏。

人工智能推动数据中心需求增长

随着企业和消费者越来越依赖大型语言模型（如 Chat GPT 和其他需要大量训练数据来改进算法的 AI 工具），这种需求必将进一步爆发式增长——随之而来的是，对能够建造和装修这些专业建筑的承包商的需求也将大幅增长。

英国建筑专家 Black & White Engineering 的数据中心总监 Charlie Bater 亲眼见证了这种惊人的增长。

三和电子的浸没式冷却系统，一种将电脑浸入冷却液中进行制冷的电脑制冷系统，在西班牙巴塞罗那举行的2024年世界移动通信大会上展出。图片由Joan Cros/NurPhoto通过路透社提供。

“我的第一个项目大概是七年前做的，容量是5兆瓦，当时这已经算是相当大的项目了。现在，一个规模适中的数据中心要达到60、70，甚至100兆瓦。规模增长太惊人了，”他说道。“目前最大的问题是人工智能将如何影响市场？通常来说，云服务提供商的需求一直在增长，但人工智能对电力的需求量很大。它有可能进一步推高兆瓦级的容量。”

据总部位于都柏林的咨询公司 Linesight 称，美国、欧洲和亚太地区对新建数据中心的需求将成为 2024 年和 2025 年这三个地区建筑业增长的主要驱动力之一，从而提振受全球利率上升和材料价格飙升重创的建筑业。

美国拥有全球最多的数据中心，据Linesight称，目前新建数据中心项目的储备金高达1600亿美元，其中约五分之一位于弗吉尼亚州。然而，Linesight补充道，亚特兰大、达拉斯、俄亥俄州和波特兰等城市的需求持续增长，而凤凰城等城市的数据中心容量已接近饱和。专注于人工智能和机器学习的新兴市场正在印第安纳州、明尼苏达州、阿拉巴马州、威斯康星州和内华达州涌现，一些数据中心供应商甚至为了寻找廉价土地和充足的电力供应，将业务拓展到偏远地区。

大多数数据中心都建在哪里？

“随着运营商竞相适应人工智能的兴起，美国数据中心市场尤其蓬勃发展，总容量、机架密度和能耗都将大幅增长，”Linesight美洲区执行副总裁帕特里克·瑞安表示。“一些数据中心提供商正在将业务从人口稠密的热门云市场扩展到土地和电力资源更为丰富的偏远地区，以应对未来人工智能的部署需求。”

Linesight 表示，在欧洲，尽管宏观经济前景疲软，可能导致 2024 年整体建筑业前景萎缩，但对数据中心、高科技工业建筑、制造业和基础设施的需求预计仍将保持高位，其中伦敦是正在执行项目最多的城市，其次是德国、法国和爱尔兰。

数据中心工作人员。图片来源：Adobe Stock

Linesight表示，电子商务的蓬勃发展、5G的快速扩张以及云计算和人工智能的广泛应用，正推动亚太地区（涵盖亚洲、澳大利亚和中东）成为全球数据中心增长最快的地区之一。该公司指出，增长主要集中在中国、澳大利亚、日本和新加坡，但对印度、台湾、马来西亚和印度尼西亚等新兴市场的兴趣也日益浓厚。

但建筑专家指出，满足日益增长的数据中心需求远非易事——尤其是在满足每个数据中心庞大的电力消耗方面。据报道，伦敦北部和伦敦东部的数据中心加起来从英国电网消耗的电力，相当于格拉斯哥市全部的家庭用电量。

“我们发现，目前几乎所有数据中心开发项目都受到电力限制，”Black & White公司的Bater表示。“如果没有充足的电力供应，项目就无法启动。在核心繁忙市场，电力供应日益紧张。开发商开始将目光转向二线或三线城市——例如，从法兰克福到柏林，从柏林到慕尼黑——因为我们不断面临电力短缺的问题。”

在一些国家，这正成为一个严峻的问题。爱尔兰目前拥有82个数据中心，该国国有电力公司Eirgrid表示，数据中心目前的用电量与该国所有居民住宅的用电量相当。为了消除人们对电网容量的担忧，该公司表示，在2028年之前不会将这些数据中心接入电网。

需要更高效的冷却系统和新的能源

新加坡也面临着类似的问题。2019年，由于数据中心耗电量高，新加坡暂停了新建数据中心的建设，直到2022年才解除禁令。当时，新加坡成为首批对新建数据中心应用实施严格的能效要求（基于电源使用效率 (PUE) 上限）的国家之一。2023年，德国也效仿新加坡，通过了类似的PUE上限规定。欧盟目前也正在制定类似的立法。

数据中心所有者和开发商正寻求通过采用尖端冷却系统来满足对更高功率和更高效率的双重需求。这些系统包括：浸没式冷却，即将组件浸入非导电液体中；芯片级冷却方案，将冷却液流经冷却板，作用于计算机组件温度最高的部位；以及后门式热交换器，这种方案使用类似散热器的门，内部装满冷却液，安装在服务器机架背面进行冷却。

“我们通常看到的机柜功耗是8到12千瓦，但对于人工智能来说，我们可能会看到平均功耗达到45千瓦，甚至超过100千瓦。用空气作为冷却介质根本无法满足如此高的功耗。所以，我们需要采用某种冷却系统，”Bater说道。“但这在设计上很棘手，因为如果你是一名房地产开发商，你仍然需要设计出可以立即销售的产品——但你不能以此为默认标准，否则你会排除使用空气冷却的传统云服务提供商市场，所以设计必须能够同时适应这两种情况。”

尽管数据中心建筑本身在未来不太可能发生太大变化，仍将主要采用钢筋混凝土板现场建造，但越来越多的数据中心开发商正试图为其耗电量巨大的建筑确保拥有自己的专用电源。

奥克洛公司奥罗拉核电站的建筑效果图。图片：Gensler

去年，谷歌在美国与丹麦能源巨头沃旭能源（Ørsted）签署了一份150兆瓦的购电协议，将在未来15年内从沃旭能源位于德克萨斯州的赫伦娜风电场购买电力。其他公司也纷纷效仿，其中包括总部位于美国的Equinix，该公司于今年2月与德国可再生能源开发商WPD签署了七份风电购电协议，涉及将在法国建设的风电场。

还有一些公司正在关注核能。据报道，美国数据中心巨头Equinix最近与小型模块化反应堆（SMR）公司Oklo签署了一项预协议，将为其设施采购高达500兆瓦的核能。2023年，总部位于美国的电力生产商Talen Energy Corporation宣布，已在其位于宾夕法尼亚州伯威克郊外、毗邻其Susquehana核电站的Cumulus数据中心园区内建成了世界上首个核能数据中心。2024年3月，亚马逊以6.5亿美元的价格收购了这座装机容量为960兆瓦的园区。

“为了满足这种永无止境的需求，数据中心必须开始摆脱传统的电网运行模式。但用什么来替代它却并非易事，”巴特尔说道。“天然气难以实现，因为它对碳排放不友好；氢气也不是一个好选择，因为你需要先制氢，然后再运送到现场。很多人都在研究小型核反应堆，但小型模块化反应堆（SMR）的问题在于，数据中心本身在规划和许可方面就存在一些阻力——但想想看，如果你要在别人家后院建一个核反应堆，那又会是什么情况？我们需要一个解决方案——而这似乎正是推动变革的最大动力。”