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》。如区域全面经济伙伴关系协定(RCEP)将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。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。

  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)

  一是存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)

  一是注重软硬件基础设施的协调发展。如欧盟制定的《数字欧盟计划》将对超级计算机、人工智能、网络安全与信任、应用软件开发、数字技能培训等领域数据基础设施建设拨款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。

  一是高度重视先进半导体技术。以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.提升建设质量,确保数据流通可靠供给

  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)

  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,截至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 4:闪存投资额与数字经济规模关系图数据来源:华为,中国电子信息产业发展研究院整理计算

  图 5:全闪存阵列收入占比(%)数据来源:Gartner,中国电子信息产业发展研究院整理

  2020年3月,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)

  src=表1:国家层面新型数据基础设施发展相关政策在国家战略指引下,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《四川省十四五存储产业发展规划》。(见表2)

  src=表2:地方层面新型数据基础设施相关政策2.加强自主创新,确保核心技术供应链安全

  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

  二是政府数据开放平台数量激增,数据供给量快速增加。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

  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%,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

  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)

  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

  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

  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)

  图 8:中国和美国全闪存普及率(%)数据来源:Gartner/IDC,中国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

  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

  二是耗电量高。2021年,我国数据中心耗电量高达2166亿千瓦时,约占全国总用电量2.6%,且从能耗结构看,IT设备中约35%的耗电来自存储系统。(见图10)

  图10:2014-2021年数据中心耗电量及占全社会总耗电量的比重(亿千瓦时,%)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

  贯彻落实国家十四五发展规划纲要关于加快数字化发展建设数字中国的总体要求,以培育数据要素市场、驱动数字经济发展为牵引,以全国一体化大数据中心建设为契机,加大自主研发力度,培育存储产业生态。一要以全闪存数据中心建设为抓手

  二要保障技术供给,加大对新型数据基础设施关键核心技术的政策引导;三要面向数据要素流通过程中的安全和监管需求,严守底线,确保数据安全;四要科学布局绿色智能的数据基础设施,坚持低碳发展。1.以存促用,分步推进新型数据基础设施建设

  按照着力抓点,以点带线,以线促面的建设路径,分三个阶段推进各行业、各领域的数据基础设施建设,整体上形成从单一节点的升级改造,逐渐推动高存力、高算力、高运力、高安全、高效能的全国一体化数据基础设施建设布局,逐步形成互联互通、相互支撑、可持续发展、全国一盘棋的良好格局,有效支撑数据高效流通,促进数字经济高质量发展。

  加大对新型数据基础设施关键核心技术的政策引导,鼓励企业聚焦先进存储、半导体芯片、人工智能、高性能计算等关键核心技术,加大研发投入,提升技术创新能力和产品制造能力,加快核心技术创新步伐。加快相关操作系统、基础软件等新型数据基础设施基础系统平台研发进度,加强数据治理、数据运营和交易流通相关技术标准、核心算法的研发力度,推进云网边融合等关键技术和产品的创新。

  面向数据要素流通过程中的安全和监管需求,利用多种技术手段,构建全国性数据基础服务平台和数据流通服务体系,搭建可信共享的数据基础设施,在提供有效监管和控制数据流通的同时,促进数据价值可信流通、分类治理、安全共享。强化网络安全设施规划、建设和运维,提高数据基础设施网络安全防御能力。加强数据基础设施安全风险评估评测和可靠性系统设计,综合采用优化网络架构、路由组织、节点备份等措施,保证数据基础设施平稳运行。

  科学布局绿色智能的数据基础设施,加快节能低碳技术研发和先进绿色技术产品应用,鼓励应用高密度集成等高效IT设备,提升能源利用效率,引导各类数据基础设施向新能源发电侧建设。全面推进以全闪存数据中心为代表的低碳节能型数据基础设施建设,推动做好超大型、大型数据中心新建和存量老旧小散数据中心改造升级,建立绿色低碳综合评价体系,创新节能减碳管理机制,推动社会加速迈向碳中和。

  按照着力抓点,以点带线,以线促面的新型数据基础设施建设思路,分阶段推进各行业、各领域、各地区的数据基础设施建设。

  结合具体应用场景,从单个数据中心建设入手,按照全闪存数据中心的建设要求进行改造升级,提升新建数据基础设施全闪存比例,切实提高我国数据基础设备整体存力水平。

  介质闪存化(又称硅进磁退),利用闪存硬盘(SSD)逐步取代机械硬盘(HDD),十四五期间应实现闪存比超过50%;网络IP化,推广全闪存数据中心高性能以太存储网络,逐步实现网络全IP化,增大带宽,提高协议转换效率,提升综合性能35%以上,节省运维成本;数据保护立体化,针对核心数据、重要数据在数据灾备速度、恢复速度、副本使用频度、灾备数据范围、灾备等级、留存时间等方面提高数据灾备能力;存算解耦化,即采用存算解耦架构,通过应用改造,实现多个算力设施数据资源共享和存力设施高效利用,避免大规模数据冗余占用存储空间,提升数据综合管理能力;管理智能化,利用AI、自动化等技术实现数据中心设备的自治化运维,降低运维成本。通过存力资源统一编排、高效发放和回收,减少数据中心能耗。按照上述五项标准,推动各级政务部门、金融行业、健康医疗、制造业、通信行业等重点行业率先实现全闪存储技术的超前部署,同时加快传统机械硬盘闪存化进程,分类分批推动存量散小、老旧数据中心改造升级,打造全闪存数据中心样板工程。

  优化数据基础设施建设布局,以全国一体化大数据中心、东数西算工程建设为契机,提高以全闪数据中心为节点的数据基础设施建设比例,新建数据中心闪存比应超过70%;提高存力水平,推动关键节点数据基础设施存力水平达到单集群PB级,存储性能达到μs级时延;推动存储网络全IP化,积极推广高性能以太存储网络,精简操作系统协议堆栈,实现更快的吞吐带宽和更低时延、智能运维管理;建立健全灾备体系,扩大灾备覆盖率,提升数据灾备等级,实现本地双活/主备容灾、异地3DC、灾备上云全方位数据保护;推进绿色零碳发展,利用闪存存储介质、存算解耦数据共享和智能化管理等技术和手段,以存力资源的高质量和高利用率优势逐步促进数据中心绿色节能发展;建立健全数据基础设施标准规范体系,加快数据基础设施共性和关键技术标准的制定和推广,完善数据基础设施相关数据共享、网络安全、测试评价等标准。

  针对重点行业、重点地区公共数据开发利用、数据交易流通等新兴业务需求,推进开发利用环境、数据交易流通平台等数据基础设施建设,不断提升数据基础设施整体存力水平,有力支撑数据要素市场发展。

  以数据要素市场建设需求为牵引,推动千行百业数据基础设施建设由单一节点向重点行业、重点地区汇聚,打破数据基础设施各自为战的局面。一方面,可以在全国统一数据平台建设基础上,建立覆盖各级政府部门的数据共享交换机制,畅通跨区域、跨部门数据交换通道;另一方面,可以充分利用数据要素交易流通市场建设契机,建立一体化、智能化公共数据空间。

  以深化数据要素市场化配置改革为核心,优化数据基础设施建设布局,推动数据基础设施向全国范围集约化、一体化发展,构建点线面立体网格化发展格局,对于深化政企协同、行业协同、区域协同,全面支撑数据要素市场和数字经济发展具有重要意义。

  深化节能减排和绿色发展,加快老旧设施退网,鼓励开展低能耗高能效设备节能改造,助力落实碳达峰、碳中和远景目标;强化核心技术研发和创新突破,努力解决核心元器件和操作系统等领域仍存在卡脖子问题;加强跨地域跨行业统筹协调,健全区域战略统筹、市场一体化发展和区域合作互助机制,促进全国一体化数据基础设施共建共用。

  由于现代金融行业高度依赖数字化辅助线上线下交易、金融产品销售、智能获客、风险控制以及企业内部流程优化等,数据基础设施对金融行业尤为重要。金融行业数据中心内系统架构总体可区分为前端渠道系统、核心产品系统和后端分析系统。前端渠道系统负责处理客户交互工作,将客户需求传递到核心系统;核心系统负责处理金融产品交易;后端分析系统则从多个系统获取数据进行分析,实现客户画像、交易风险分析等。

  数字化浪潮使得电子交易成为潮流,促使金融行业数据中心对于全闪存的需求日益迫切。金融行业基本面临高强度线上交易和智能数据分析难题。从系统瓶颈上分析,虽然通过计算节点扩展可局部提升算力,但大规模数据的读写依赖于高性能的存储基础设施,不可通过简单扩展容量来实现。因此,全闪存数据中心引领的存储介质升级是当前破解金融行业数字化系统性能瓶颈的解决方案。

  通过建设全闪存数据中心,金融行业可大幅提升数字化系统运行效率,大幅提升金融服务能力。以银行交易系统为例,全闪存数据中心可大幅提升核心数据库读写性能,支撑每秒交易量(TPS)提升7倍,并为业务提供高达99.99999%的连续性保障,在保障日常稳定运行的同时,有效应对由于购物狂欢节等带来的业务浪涌。

  运营商数据中心包括传统的三大数据域:B域(计费相关)、O域(运营数据相关)、M域(管理相关)。B域包含用户数据和业务数据

  O域主要包含网络数据,如信令、告警、故障、网络资源等,主要用于运营商优化网络运行和资源调配。M域则包含了支撑企业运行的非核心业务流程,如财务、审计、人力、采购等系统。2.需求分析

  5G带来的数据量爆炸,和AI技术带来数据汇聚后的价值再挖掘,使得运营商数据大集中成为必然。BOM三域内非时延敏感型业务聚集,为运营商降低了数据管理成本,但带来了数据中心处理能力的挑战。随着线上业务的开展,电信业务办理平均时延需求已降低至ms级。但存储性能的不足使实际业务处理时间超过3s,业务拒绝率高,导致大量客户投诉。为了应对数据集中化带来的数据访问性能挑战,运营商需要建设全闪存数据中心。

  全闪存数据中心可以帮助运营商大幅提升运营效率,有效应对5G和集中化带来的性能挑战。尤其是对于运营商B域这类对时延和性能要求极高的场景,通过全闪存数据中心加速,计费系统出账时间由10小时缩短至3.7小时以内,出账效率提升160%。全闪存数据中心还可以帮助运营商实现资源的有效整合,大幅节省机柜数量,降低整体能耗成本。

  EMR(电子病历系统)和PACS(医疗影像存储与通讯系统),此外,还包括支撑医生、护士日常工作的临床信息系统,支撑全院数据汇集的集成平台,以及现代医疗中负责病种分析、诊断辅助以及疾病预测的大数据平台。2.需求分析

  如今,医院信息化建设正向智能化迈进,医疗科研大数据、AI辅助治疗、基因测序等高科技医疗能力将成为可能。这都对医院信息化基础设施提出严峻考验。以HIS系统为例,电子挂号让医院HIS系统全天处于高频访问状态,这不仅要求HIS系统性能表现稳定,更需要7×24小时稳定在线。PACS系统同样面临挑战,如今一次核磁成像检查需要实时加载上百张甚至上千张图片,对存储文件读写能力要求极高。

  全闪存数据中心显著提升了医院数据中心应对高强度、全天候数据访问的能力。通过将HIS和PACS等核心业务数据迁移到高端闪存存储中,系统吞吐量提升3倍以上,响应时延缩短至μs级,解决了线上线下业务的流畅体验不佳问题。同时,全闪存数据中心有力保障了医院应用7×24小时稳定运营,为急诊、住院病人看护提供了有效业务保障。此外,全闪存数据中心将日数据备份周期由1天缩短至8小时内完成,进一步提升医院数字化系统的抗风险能力。

  对于大部分制造行业来说,有两大系统是必备的。一个是负责企业资源调度的ERP(企业资源管理系统),一个是负责企业信息化管理的MES(生产信息化管理系统)。

  以制造业无人化趋势为例,负责生产调度的MES系统需要根据生产情况实时响应,对时延极其敏感。IoT设备时刻采集大量数据,这些数据需要反馈到后端进行处理,对生产情况进行判断,并对数据做进一步分析。此外,无人化工厂需要7×24小时连续工作,最大化生产能力,这还需要相关系统可以连续稳定运行。仅从制造业无人化这一趋势就可看到数据中心面临性能、可靠性的双重挑战。

  全闪存数据中心可以有效加速ERP系统数据抽取时间和查询时间,抽取时间最快可缩短65%,有效辅助企业做出快速的经营分析与决策。对于MES系统,全闪存数据中心可以将系统响应时延降低至1ms以下,实时对生产情况做出反应;并保障系统7×24小时稳定运行,昼夜生产不中断。

  二是在全国一体化大数据中心、东数西算工程等基础设施建设中,加大对存力的考虑,确保存储容量与算力的均衡协同,提高全闪存储占比,达到发达国家水平。三是构建科学合理的数据基础设施的评估体系,并充分发挥第三方专业评估机构的作用。四是建议标准机构牵头整合国内研究机构和企业技术力量,建立产业核心标准与安全体系。(二)强化核心技术产业能力

  二是推动制定数据存储产业发展规划,完善我国先进存储产业战略布局,夯实数字经济发展新基座。三是打造生态,以存储芯片与介质产业、存储硬件与软件产业、存储应用与服务产业为基础,构建存储上、中、下游产业相互促进、协同发展的产业创新发展生态体系。四是培育数据人才,形成从理论到实践、从技术到操作、从低端到高端的复合型人才队伍。(三)加大政策引导支持力度

  二是在政府、金融等关系国计民生的重点行业和重点单位,明确存储设备采购要求,优先采购和使用全闪存存储产品。(四)强化数据安全保障能力

  二是强化网络安全和数据安全保护能力,加强对关键行业核心数据和重要数据的容灾备份建设,明确数据资产保存周期和数据保护措施,严格落实网络安全法律法规和政策标准,推动制定数据灾备建设指引、安全评测等关键标准,构建贯穿基础网络、数据中心、云平台等一体化网络安全综合保障体系。来源:中国电子信息产业发展研究院

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