新型数据基础设施发展研究报告.pdf
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1、新型数据基础设施发展研究报告推动全闪存数据中心建设,助力数字经济高质量发展中国电子信息产业发展研究院二零二二年八月新型数据基础设施发展研究报告推动全闪存数据中心建设,助力数字经济高质量发展中国电子信息产业发展研究院二零二二年八月2新型数据基础设施发展研究报告目录【】一、概述.3(一)数字经济发展成为全球大国竞争的新赛道.3(二)数据基础设施成为经济社会发展的新基座.3(三)存力成为新型数据基础设施建设的新标度.4二、发展现状及问题.5(一)国际新型数据基础设施建设趋向成熟.5(二)我国新型数据基础设施建设快速发展.7(三)面临的问题和挑战.9三、发展思路和路径.13(一)发展思路.13(二)发
2、展路径.14四、全闪存应用典型场景.17(一)金融行业场景.17(二)运营商行业场景.17(三)医疗行业场景.18(四)制造行业场景.18五、政策建议.21(一)优化数据基础设施布局.21(二)强化核心技术产业能力.21(三)加大政策引导支持力度.21(四)强化数据安全保障能力.213推动全闪存数据中心建设,助力数字经济高质量发展(一)数字经济发展成为全球大国竞争的新赛道一是世界各国积极争取数字经济发展主动权。各国竞相制定数字经济发展战略,如美国发布联邦数据战略、欧盟出台欧盟数据战略、俄罗斯编制俄联邦数字经济规划。二是数据流通成为国际合作交流的重点内容。如区域全面经济伙伴关系协定(RCEP)将
3、数字贸易作为亚洲合作重要领域。欧盟通过GDPR数据保护“充分性”认定制度构建以其为核心的流通圈。三是我国高度重视数字经济发展。2020 年以来,陆续发布关于构建更加完善的要素市场化配置体制机制的意见“十四五”数字经济发展规划要素市场化配置综合改革试点总体方案 等文件,明确提出要加快培育数据要素市场,建立健全数据流通交易规则,促进数据要素流通交易。(二)数据基础设施成为经济社会发展的新基座一是新型数据基础设施建设迫在眉睫。随着数字经济的快速发展,数据成为重要的生产要素,数据资源汇聚、共享、流通、应用的需求快速增加,对存储、计算、网络、安全等的要求也越来越高,传统的基础设施已无法满足要求,新型数据
4、基础设施建设已成为经济社会发展的必然要求。二是新型数据基础设施以支撑数字化发展为根本目标。从广义上讲,新型数据基础设施是以支撑数字化发展为目标,以挖掘数据价值和保障数据安全为基本点,以实现数据要素的采集、汇聚、传输、存储、处理、开发、应用等为主要内容的制度体系和系统设施(图 1 所示)。从狭义上讲,新型数据基础设施是指支撑数据要素流通的各类硬件设施和软件平台。三是新型数据基础设施应具备“五高”特征。为充分发挥数据生产力的作用,新型数据基础设施应具备“高存力、高算力、高运力、高安全、高能效”的特征。(见图 1)概述014新型数据基础设施发展研究报告(三)存力成为新型数据基础设施建设的新标度一是存
5、力代表了以数据存储为核心的综合表现。存力是指数据的存储能力,是以存储容量为核心,包含性能表现、可靠程度、绿色低碳在内的综合能力。以存力为支撑,协同算力“算得快”、网络“传得稳”,数据基础设施才能充分发挥数据要素红利,赋能数字经济高质量发展。二是全闪存数据中心成为“高存力”的典型代表。全闪存数据中心是以先进闪存存储介质、高性能以太存储网络、数据灾备等技术为基础,汇聚高质量存力资源、结合绿色低碳技术、建设高速网络传输、融合多维数据保护,提供多元、高效、安全、绿色存力服务的新型数据基础设施。全闪存数据中心具备介质闪存化、网络IP 化、数据保护立体化、存算解耦化、管理智能化等特征,可承载千行百业的高价
6、值数据,为数据要素市场的建设和发展提供关键动力。(见图 2)图 1:新型数据基础设施示意图图 2 全闪存数据中心建设参考架构图数字政府数字社会数字经济共享交换流通层资源层设施层开发利用交易流通数据治理公共数据资源库社会数据资源库开发利用平台网络设施存储设施计算设施共享交换平台数字生态 华为、罗兰贝格:数据存力,高质量发展的数字基石(2022)https:/ 97 亿欧元。二是建设大数据平台,促进数据共享开放。如美国的数据共享开放平台已形成较为完善的“1+N”体系,欧盟在开放数据领域,开发和建设了欧盟开放数据门户和欧洲数据门户。2.主导技术产业,引领核心设施技术路线一是高度重视先进半导体技术。以
7、美国为首的发达国家将半导体产业定位为战略性、基础性、先导性产业,并凭借其在技术和产业方面的先发优势,构建了全球最完善的半导体产业链。二是抢占数字技术领导权。近年来,欧美国家纷纷加速战略新兴技术的推广和应用,抢抓人工智能等数字技术主导权。三是强化网络互联技术应用。欧美等发达国家加快布局,以 6G 下一代移动通信、星链等为主的网络互联互通技术,为相关信息基础设施建设提供技术路线图。3.提升建设质量,确保数据流通可靠供给一是超大规模数据中心数量持续增加,规模效应明显。据统计,截至 2021 年第二季度,全球超大规模数据中心数量达到 659 个,比 2015 年增加了 1.5 倍之多(如图 3 所示)
8、。二是算力水平不断提升,满足高计算量计算任务。研究显示,2021 年美国算力同比增长 5.0%,在全球居首位。同时,通用计算、智能计算、高性能计算等加速发展,能够较好地执行高计算量计算任务。三是 5G、物联网等信息通信基础设施加速发展,推动网络运力大幅提升。如韩国、美国、德国等发达国家统筹布局 5G 基站建设,总规模分别达到12.1万个、10万个、4.5万个,推动高效、协同、可持续的网络运力体系的构建。(见图 3)发展现状及问题02 国际数据公司 IDC、浪潮信息、清华大学全球产业研究院:2021-2022 全球计算力指数评估报告https:/ 20%。据测算,美国数据存力充足性领先全球,高达
9、 19.4%,新加坡、德国存力充足性为 18.8%、18.4%,位列第二和第三。二是全闪存储对数字经济的支撑作用凸显,成为新型数据基础设施发展的主力军。全闪存储投资额每增加 1 元,可撬动数字经济规模增加 3452.2 元。且从市场规模上看,截止 2021 年第四季度,全闪存储在全球存储市场占比达到50.3%,同比增长 13.9%。全闪存储对数字经济的发展发挥着重要的推动作用。(见图 4、5)图 3:2015 年-2021Q2 全球大规模数据中心数量(个)数据来源:Synergy Research,中国电子信息产业发展研究院整理图 4:闪存投资额与数字经济规模关系图数据来源:华为,中国电子信息
10、产业发展研究院整理计算数据存力 高质量发展基石指出存力充足性衡量的是数据量需求和存储容量供给之间的匹配关系,用数据存储设备容量与当年该区域产生的数据总量的比值表示。Gartner:2021 年第四季度全球存储市场报告https:/ 年 3 月,中共中央政治局常务委员会明确提出“加快 5G 网络、数据中心等新型基础设施建设进度”。“十四五”大数据产业发展规划全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023 年)等明确提出要加快构建全国一体化大数据中心体系,建设若干国家枢纽节点和大数据中心集群,并加快新型数据中心建设。(见表 1)图 5:全闪存阵列收
11、入占比(%)数据来源:Gartner,中国电子信息产业发展研究院整理42.80%43.30%44.30%45.10%47.60%50.30%38.00%40.00%42.00%44.00%46.00%48.00%50.00%52.00%2020Q32020Q42021Q12021Q22021Q32021Q4全全闪闪存存阵阵列列收收入入占占比比(%)表 1:国家层面新型数据基础设施发展相关政策发布时间发布部门政策名称重点内容2016 年国务院“十三五”国家信息化规划充分利用现有设施,统筹规划大型、超大型数据中心在全国适宜地区布局,有序推动绿色数据中心建设。2019 年中共中央、国务院长江三角洲区
12、域一体化发展规划纲要协同建设新一代信息基础设施。加快推进 5G 网络建设,支持电信运营、制造、IT 等行业龙头企业协同开展技术、设备、产品研发、服务创新及综合应用示范。2019 年工业和信息化部等关于加强绿色数据中心建设的指导意见打造一批绿色数据中心先进典型,形成一批具有创新性的绿色技术产品、解决方案,培育一批专业第三方绿色服务机构。8新型数据基础设施发展研究报告在国家战略指引下,地方政府纷纷出台一系列相关政策措施推进数据基础设施的统筹规划工作。如上海出台新型数据中心“算力浦江”行动计划(2022-2024 年)、北京市发布北京市数据中心统筹发展实施方(2021-2023 年)、四川省颁发四川
13、省“十四五”存储产业发展规划。(见表 2)2021 年国家发展改革委等全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案加大服务器芯片、操作系统、数据库、中间件、分布式计算与存储、数据流通模型等软硬件产品的规模化应用。促进数据有序流通。建设数据共享、数据开放、政企数据融合应用等数据流通共性设施平台,建立健全数据流通管理体制机制。2021 年工业和信息化部新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023年)开展新型数据中心预制化、液冷等设施层,专用服务器、存储阵列等 IT 层,总线级超融合网络等网络层的技术研发。表 2:地方层面新型数据基础设施相关政策省市政策名称重点内容上海新型数据中心“算力浦江
14、”行动计划(2022-2024 年)鼓励企业加强光互联、可重构网络、下一代数据存储等关键技术研究,推动数据中心性能突破性发展。鼓励新型数据中心普及全闪存及数据高密存储技术,进一步降低数据存储耗能。北京北京市数据中心统筹发展实施方案(2021-2023 年)新建云数据中心 PUE 不应高于 1.3,单机架功率不应低于 6千瓦,用于数据存储功能的机柜功率比例不高于机柜总功率的 20%。四川省四川省“十四五”存储产业发展规划以 SSD 固态硬盘研发制造为核心,以深化产业赋能、推动融合发展为手段,加快发展存储产业。着力夯实存储数据、存储网络、存储算力三大基础设施,推动数据存储介质全场景闪存化和数据中心
15、绿色节能。广东省广东省 5G 基站和数据中心总体布局规划(2021-2025 年)面向社会各行各业提供网络设施、存储设备、应用软件、研发平台等服务,为广州都市圈、粤港澳大湾区先进制造业、战略性新兴产业发展和智慧城市发展提供强有力支撑。山东省关于加快构建山东省一体化大数据中心协同创新体系的实施意见推动数据中心计算、存储、网络、数据、软件、应用等算力资源标准化,推广具备快速部署能力的模块化数据中心,加快新建数据中心算力成型。福建省关于印发福建省贯彻落实碳达峰碳中和目标要求推动数据中心和 5G 等新型基础设施绿色高质量发展实施方案的通知加快闪存等技术应用,提高计算存储综合能力。以绿色算力为切入点,建
16、设算力交易平台。9推动全闪存数据中心建设,助力数字经济高质量发展2.加强自主创新,确保核心技术供应链安全一是基础软件自主研发能力大幅提升。如华为欧拉(Open Euler)操作系统、鸿蒙操作系统,阿里云数据库 RDS 等国产基础软件陆续推出,自主研发能力持续增强。二是核心芯片自主供应能力不断强化。如芯片设计、制造、封装、测试等全流程技术供给能力不断提升,据统计,我国计算芯片、存储芯片等核心芯片自给率已经接近 5%。3.加快建设布局,提升数据资源供给能力一是数据中心建设规模化、集约化趋势明显。如大型数据中心呈现快速增长趋势,占数据中心比重超过 80%。二是政府数据开放平台数量激增,数据供给量快速
17、增加。据统计,政府数据开放平台数量从2012 年的 3 个增加至 2021 年的 193 个,增长了 63 倍。三是通信技术不断创新,数据传输能力全球领先。以 5G、6G 为代表的通信技术迅猛发展,全光网络、IPv6 等的建设和部署加速推进,光纤和移动宽带网络全球领先。4.存力快速提升,发展和应用前景广阔一是存力投资快速增加,并保持高速增长态势。据测算,2017 年-2019 年间我国存力投资增长率高达 45.4%,远超英国、美国等发达国家存力投资增长率的 18.5%和 3%。二是我国存力充足性逐步提升,达到 8.9%,说明我国被创建、采集或者复制的数据集合中能够被存储的数据比重达到了 8.9
18、%,能够较好地支持数字经济的高质量发展。三是全闪存储快速发展。从市场规模看,IDC 数据显示,2021年中国全闪存储市场份额占比为 19%,且维持在 26的高速增长水平。(三)面临的问题和挑战1.供需不足,建设布局有待优化提升一是“重计算轻存储”。近年来,国家和地方层面不断的出台一系列战略规划大多聚焦在 5G、云计算等网络资源、计算资源的发展,忽视了新型数据基础设施的存储能力建设。二是“重硬件轻软件”。我国新型数据基础设施在建设发展过程中出现重视算力基础设施硬件,软件能力建设关注度低的情况。三是“重体量轻质量”。我国数据中心建设规模迅速扩大的同时忽视了建设质量的问题,尤其在数据存储和处理能力等
19、方面还存在效能不高、安全风险高、能耗高等较大缺陷,导致数据中心有效利用率不高。四是“重建设轻保护”。我国数据基础设施的灾备覆盖率和灾备投资仅为 34%和 2%,远低于美国的87%和6%。这使得数据基础设施数据保护能力比较低,数据安全灾备体系建设不健全。(见图 6、7)2.能力有限,存力水平仍有提升空间一是我国存力水平不高,满足不了极速增长的存储需求。与发达国家相比,我国存力水平还比较低,单位 GDP 存储容量为 23.52,仅为新加坡的 50%左右。存力水平的不足造成大量数据未被处理和利用即被丢弃,难以形成有效的数据资源池。二是全闪存储设施与发达国家存在较大差距。全闪存储作为未来新型数据基础设
20、施的引领者,其占比还比较低,为 20.3%,而全球平均水平为 41.3%,美国闪存占比为 56.4%。从行业应用层面看,全闪存储在医疗、电信、金融、教育等数字业务需求比较高的行业占比不足 12%,政府领域应用占比仅为 8.73%。三是存储网络不畅,影响网络质量提升。由美国主导的光纤通道协议(FC)最大支持 64G 带宽,技术演进缓慢,无法满足业务快速发展需求。而 TCP/IP 网络协议则由于稳定性不足对存储性能影响大,无法匹配高性能业务对存储的需求。(见图 8、9)华为、罗兰贝格:数据存力,高质量发展的数字基石(2022)https:/ 83%87%34%0%10%20%30%40%50%60
21、%70%80%90%100%欧洲美国中国2020年年欧欧洲洲、美美国国、中中国国灾灾备备覆覆盖盖率率欧洲美国中国图 7:欧洲、美国、中国灾备覆盖率(%)数据来源:根据公开资料中国电子信息产业发展研究院整理图 6:欧洲、美国、中国灾备投资占总体 IT 投资的比例数据来源:根据公开资料中国电子信息产业发展研究院整理 5%6%2%0%1%2%3%4%5%6%7%欧洲美国中国2020年年欧欧洲洲、美美国国、中中国国灾灾备备投投资资比比例例情情况况灾备投资占总体IT投资的比例(%)11推动全闪存数据中心建设,助力数字经济高质量发展图 8:中国和美国全闪存普及率(%)数据来源:Gartner/IDC,中国
22、电子信息产业发展研究院整理图 9:2021 年各行业全闪存占比情况(%)数据来源:IDC,中国电子信息产业发展研究院整理 20.30%41.30%56.40%0.00%10.00%20.00%30.00%40.00%50.00%60.00%中国全球平均美国中中国国及及美美国国全全闪闪存存普普及及率率(%)6.73%8.73%8.89%9.00%9.01%9.09%9.21%9.23%9.24%9.46%11.11%0.00%2.00%4.00%6.00%8.00%10.00%12.00%互联网政府电力媒体能源交通制造金融通信教育医疗2021年年中中国国各各行行业业全全闪闪占占比比12新型数据基
23、础设施发展研究报告3.风险高企,数据安全仍存较大隐患一是数据交易流通风险高,数据交易流通过程中将产生更多的数字资产暴露面和更高的连接频次,进而使得数据资产遭受攻击的概率也将大幅增加,数据加密保护面临较大压力。二是产业链集中度高,供应链断供风险大。如占据中国市场占 80%以上的传统机械硬盘(HDD),产业链完全掌握在美国希捷、美国西部数据、日本东芝三家企业手中,且我国尚没有发展机械硬盘的产业基础。而作为未来发展主流的新一代半导体存储的固态硬盘(SSD),90以上的全球市场份额也长期被美、日、韩企业垄断,面临比较高的供应链断供风险。4.能耗过高,绿色发展面临较大阻力一是能耗水平高。虽然我国数据中心
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