華為數(shù)字能源專題研究報(bào)告布局和啟示

華為數(shù)字能源專題研究報(bào)告：布局和啟示一、華為入局?jǐn)?shù)據(jù)中心能源，高算效、低

PUE成為

IDC行業(yè)大勢作為

5G、AI、云計(jì)算等

ICT技術(shù)的載體，數(shù)據(jù)中心是數(shù)字經(jīng)濟(jì)最為重要的新

型基礎(chǔ)設(shè)施之一。在全球數(shù)據(jù)激增和“碳達(dá)峰、碳中和”的背景下，數(shù)據(jù)中心

領(lǐng)域迎來技術(shù)和商業(yè)更迭期。當(dāng)前，ICT技術(shù)不斷融入數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施和集

成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，高算效、低

PUE成為

IDC行業(yè)核心趨勢。

數(shù)據(jù)中心的本質(zhì)是將電力轉(zhuǎn)換成算力，高效的將電力轉(zhuǎn)化為算力要求

IT設(shè)備提

高算效；另一方面，高功率密度疊加低

PUE標(biāo)準(zhǔn)，也將進(jìn)一步提升對數(shù)據(jù)中

心散熱、制冷系統(tǒng)的要求。我們測算，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)市場規(guī)模到

2025

年達(dá)到

3105

億美元，到

2030

年達(dá)到

4036

億美元市場規(guī)模。其中服務(wù)器、存

儲、制冷系統(tǒng)、配電系統(tǒng)十年的

CAGR分別是

6%、6%、20%、12%。數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施前期建設(shè)支出主要有物理基礎(chǔ)設(shè)施和

IT設(shè)備采購兩部分。其

中物理設(shè)施主要由配電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)和其他（安裝、人工費(fèi)用等），根據(jù)施耐

德投資成本計(jì)算器測算，以建設(shè)

2000kw、單機(jī)柜功率密度

8kw、以風(fēng)冷散熱

為主的（N+1）冗余數(shù)據(jù)中心為例，每千瓦建設(shè)成本約為

4600

美元，配電、

制冷和建筑占比分別為

47%、20%和

33%；我們認(rèn)為，硬件設(shè)備的市場需求主

要來自于新建數(shù)據(jù)中心和存量數(shù)據(jù)中心替換，共帶來

14544MW新增

IT負(fù)載需

求，對應(yīng)物理基礎(chǔ)設(shè)施市場空間

669

億美元。

未來，機(jī)架功率密度升高疊加硬件設(shè)備支出比重上升，制冷系統(tǒng)和配電系統(tǒng)市

場空間分別從

2020

年的

134、314

億美元，上升至

2030

年的

787、688

億美

元，CAGR分別為

20%和

12%。1.1

數(shù)據(jù)中心是數(shù)字經(jīng)濟(jì)底座，中國

IDC市場增速遠(yuǎn)超全球以云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G、人工智能為代表的數(shù)字產(chǎn)業(yè)步入快車道，數(shù)

字經(jīng)濟(jì)發(fā)展勢頭強(qiáng)勁。據(jù)信通院，中國數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模由

2005

年的

2.6

萬億擴(kuò)張

到

2020

年的

39.2

萬億，占

GDP比重也由

14.2%提升至

38.6%。

數(shù)字經(jīng)濟(jì)內(nèi)部，一方面包括數(shù)字產(chǎn)業(yè)化，即信息通信產(chǎn)業(yè)；另一方面是產(chǎn)業(yè)數(shù)

字化，即傳統(tǒng)行業(yè)應(yīng)用數(shù)字技術(shù)所帶來的效率提升和價(jià)值創(chuàng)造。產(chǎn)業(yè)數(shù)字化占

比升高，各行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型拉動數(shù)據(jù)中心需求升高。在數(shù)字經(jīng)濟(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，

產(chǎn)業(yè)數(shù)字化一直是主要引擎，且有不斷擴(kuò)大的趨勢，占比從

2015

年的

74.3%

上升至

2020

年的

80.9%。隨著數(shù)字化技術(shù)在金融、政府、醫(yī)療、制造、能源

等傳統(tǒng)行業(yè)加速擴(kuò)散，帶來數(shù)據(jù)中心需求不斷提升。全球云計(jì)算市場增速放緩，中國公有云市場是增長主力軍，中國

IDC增速遠(yuǎn)超

全球均值。根據(jù)信通院，2020

年全球云計(jì)算市場規(guī)模

2083

億美元，同比增長

13.1%，中國公有云市場規(guī)模

1277

億元，同比增長

93.5%，私有云市場規(guī)模

814

億元，同比增長

26.2%。雖然中國云計(jì)算市場規(guī)模僅占全球市場的

10%，

但受國內(nèi)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型拉動，增速遠(yuǎn)高于全球水平。現(xiàn)階段，企業(yè)在部署云

應(yīng)用的時(shí)候，已從以往的云端、單一集中數(shù)據(jù)中心中的部署，轉(zhuǎn)向多云協(xié)同、

混合云架構(gòu)，并在邊緣側(cè)進(jìn)行相應(yīng)業(yè)務(wù)的部署。1.2

數(shù)據(jù)中心朝高密化演進(jìn)，基礎(chǔ)設(shè)施迎來迭代升級期為平衡效率和成本，數(shù)據(jù)中心必將向高密化發(fā)展。IT設(shè)備持續(xù)向高算力、高功

率密度演進(jìn)，CPU和服務(wù)器功率持續(xù)提升，同時(shí)，伴隨

AI應(yīng)用的需求增長，

AI算力比重進(jìn)一步提升。預(yù)計(jì)到

2025

年，多樣化算力協(xié)同將成主流，主流云

數(shù)據(jù)中心將形成

15~30kW/柜混合部署形態(tài)。

數(shù)據(jù)中心也是算力中心，高性能計(jì)算始終是行業(yè)核心控制點(diǎn)。IT層面來看，多

種新技術(shù)的應(yīng)用滿足高算力負(fù)載的需求，但同時(shí)增加了

IT基礎(chǔ)設(shè)施能耗。雙碳

趨勢下，單機(jī)架功率密度升高對數(shù)據(jù)中心硬件設(shè)備的制冷系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和軟

件層高效運(yùn)維管理提出了更高的要求。高算力帶來機(jī)架高功率密度，計(jì)算存儲網(wǎng)絡(luò)走向一體化設(shè)計(jì)。存算一體技術(shù)經(jīng)

過驗(yàn)證，未來有望從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)品化。傳統(tǒng)計(jì)算與存儲設(shè)備分處不同的模塊，

CPU需先對存儲硬盤上的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取、搜索、加/解密、壓縮等操作。但

AI等應(yīng)用的興起，數(shù)據(jù)處理量不斷上升，存算分離模式帶來過多的無效能耗。人工智能、深度學(xué)習(xí)算法持續(xù)迭代，異構(gòu)計(jì)算需求日益旺盛。算力提升方法通

常有兩種，一是增加“數(shù)量”，即增加核心的數(shù)量；二是提高“質(zhì)量”，即提高單核

心的運(yùn)算效率，提高主頻。但受摩爾定律的影響，主頻的提高并不是無限制的，

會受到功耗的制約。

隨著人工智能等新興技術(shù)對高性能計(jì)算能力需求的升高，GPU、FPGA、ASIC等高性能加速處理器涌現(xiàn)。2021

年上半年加速服務(wù)器市場規(guī)模達(dá)到

23.8

億美

元，同比增長

85.1%。其中

GPU服務(wù)器依然占主導(dǎo)地位，占據(jù)

91.9%的市場

份額，IDC預(yù)測，到

2025

年中國加速服務(wù)器市場規(guī)模將達(dá)到

108.6

億美元。

加速計(jì)算市場供應(yīng)商集中度高，客戶側(cè)需求上漲顯著。2021

年上半年，從服務(wù)

器廠商銷售額角度看，浪潮、寧暢、華為位居前三，占據(jù)了

70%的市場份額；

從行業(yè)的角度看，互聯(lián)網(wǎng)依然是最大的采購行業(yè)，占整體加速服務(wù)器市場

60%

以上的份額，同比

2020

年有

90%以上的增長，此外金融、服務(wù)、電信、制造

和能源行業(yè)均有超過

50%的上漲。全閃存陣列存儲降低數(shù)據(jù)存儲設(shè)備能耗，市場規(guī)模增長顯著。全球企業(yè)外部

OEM存儲

系統(tǒng)市場收入同比增長

9.7%至

69

億美元，其中戴爾占

26.8%，為頭號供應(yīng)商。

按地區(qū)看，中國存儲市場規(guī)模達(dá)

23.9

億美元，同比增長

33.3%；按存儲方式看，

全閃存陣列（AFA）市場收入突破

27

億美元，同比增長

7.6%。

全閃存憑借出色的性能優(yōu)勢和綠色節(jié)能逐漸成為市場剛需，其組成的存儲系統(tǒng)

典型功耗約

5.3W/TB，可降低約

50%能耗。根據(jù)

IDC發(fā)布中國外臵存儲市場

報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，2020

年，全閃存陣列的市場占比達(dá)到

18.9%，增速

24%，高

于市場的平均增長率

17.5%；相比于全球占比達(dá)到

39.9%的市場情況來看，中

國市場仍留給全閃存陣列很大空間。

根據(jù)

IDC預(yù)測，中國外臵存儲市場未來五年的復(fù)合增長率將達(dá)到

12.6%，2025

年規(guī)模達(dá)到

96

億美元。我們假設(shè)，2025

年全閃存市場占比

40%，預(yù)計(jì)市場規(guī)

模將達(dá)到

38.4

億美元。數(shù)據(jù)中心是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要組成部分，數(shù)據(jù)中心低能耗要求帶來基礎(chǔ)

設(shè)施軟硬件技術(shù)升級、產(chǎn)品替代機(jī)會。

根據(jù)

IDC，2020

年，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心年耗電量約為

2045

億千瓦時(shí)，占全社會用

電量的

2.7%；到

2025

年，數(shù)據(jù)中心年耗電量預(yù)計(jì)約為

3950

億千瓦時(shí)，占全

社會用電量的

4.1%。2021

年

7

月，工業(yè)和信息化部印發(fā)了《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計(jì)劃

（2021-2023

年）》（以下簡稱《計(jì)劃》），計(jì)劃到

2021

年底，全國數(shù)據(jù)中心平

均利用率提升到

55%以上，總算力超過

120

EFLOPS，新建大型及以上數(shù)據(jù)中

心

PUE降低到

1.35

以下。到

2023

年底，全國數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模年均增速保

持在

20%左右，平均利用率力爭提升到

60%以上，總算力超過

200

EFLOPS，

高性能算力占比達(dá)到

10%。國家樞紐節(jié)點(diǎn)算力規(guī)模占比超過

70%。新建大型及

以上數(shù)據(jù)中心

PUE降低到

1.3

以下，嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)力爭降低到

1.25

以下。經(jīng)過

2010

年代大幅度效率提升后，數(shù)據(jù)中心

PUE保持相對穩(wěn)定。2018

年至

今，數(shù)據(jù)中心全球平均

PUE保持在

1.59

左右。我們認(rèn)為，雖然目前在建數(shù)據(jù)

中心要求

PUE不超過

1.3，但許多存量數(shù)據(jù)中心舊設(shè)施改造、更換老化設(shè)備會

進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)中心