第1章
综述

1.1 数据中心

数据中心（Data Center，DC）基于网络为收集、存储、处理、传输、交换和管理的设备提供运行维护的物理空间、硬件资源及服务体系。数据中心作为各行各业的关键基础设施，为我国经济转型升级以及全球信息通信技术（Information and Communication Technology，ICT）的蓬勃发展提供了重要支撑。

随着云计算、大数据、工业互联网、移动互联网等ICT的飞速发展和规模化应用，数据中心所需处理的数据量也程指数级增长，数据中心的内涵已经发生了巨大的变化。从发明计算机到目前网络的盛行，从横跨60余年的时间尺度来看，人类社会的计算方式经历了如下阶段的变化。

第一阶段为1945—1971年，计算机器件的组成主要以电子管、晶体管为主，体积大、耗电大，主要应用于国防机构。由于计算消耗的资源过大、成本过高，因此，各种计算资源的集中也就成为了必然的选择。同时，与之配套的第一代数据机房诞生了。

第二阶段为1971—1995年，随着大规模集成电路的迅速发展，计算机向小型机和微型机方向快速演进。1971年，世界上第一台微型计算机诞生，开创了微型计算机的新时代。在这个时代，计算的形态以分散为主，但分散与集中并存。因此，数据机房的形态也呈现小型、中型、大型机房并存的态势，特别是中小型机房得到了爆炸式的发展。

第三阶段为1995年至今，互联网的兴起被视为计算行业从发明计算机之后的第二个里程碑。互联网的兴起本质上是对计算资源的优化与整合，而对人类社会分散计算资源的整合是计算发展的内在要求与趋势。本阶段对计算资源再次集中的过程绝不是对第一阶段的简单复制，其特点为：一是分散的个体计算资源本身的计算能力急速发展，如摩尔定律和其后的多核技术就是典型的应用；二是个体计算资源被互联网整合。

数据中心作为海量数据收集、计算、优化、决策的核心载体，能耗问题得到了业界的广泛关注。预计未来5年内，物联网设备有可能超过1000亿台。根据Andrae的调查报告：在全球范围内，数据中心成为全球能源使用规模最大的用户之一，从2015年的0.9%，将上升到2025年的4.5%。相比之下，消费设备、固定接入有线服务、无线网络等领域在能源使用方面落后于数据中心。而根据Yole Développement的调查数据：全球数据中心在2014年占世界能源使用量的1.62%，如今，这个数字已经上升到3%，数据中心的排放量也将占温室气体排放总量的2%。

从我国的数据中心能耗情况看，截至2017年年底，我国在用各类数据中心总数已超过28.5万个，年耗电量近1200亿kW·h，这相当于2017年全社会用电量的1.9%。而且随着数据中心的规模越来越大、数量越来越多，耗电量出现激增。数据中心的高能耗，不仅给企业带来了沉重的负担，也造成了全社会能源的巨大浪费。

综上，数据中心的绿色、高效发展迫在眉睫。