华为数字能源专题研究报告布局和启示

华为数字能源专题研究报告：布局和启示一、华为入局数据中心能源，高算效、低

PUE成为

IDC行业大势作为

5G、AI、云计算等

ICT技术的载体，数据中心是数字经济最为重要的新

型基础设施之一。在全球数据激增和“碳达峰、碳中和”的背景下，数据中心

领域迎来技术和商业更迭期。当前，ICT技术不断融入数据中心基础设施和集

成系统设计，高算效、低

PUE成为

IDC行业核心趋势。

数据中心的本质是将电力转换成算力，高效的将电力转化为算力要求

IT设备提

高算效；另一方面，高功率密度叠加低

PUE标准，也将进一步提升对数据中

心散热、制冷系统的要求。我们测算，数据中心基础设施建设市场规模到

2025

年达到

3105

亿美元，到

2030

年达到

4036

亿美元市场规模。其中服务器、存

储、制冷系统、配电系统十年的

CAGR分别是

6%、6%、20%、12%。数据中心基础设施前期建设支出主要有物理基础设施和

IT设备采购两部分。其

中物理设施主要由配电系统、制冷系统和其他（安装、人工费用等），根据施耐

德投资成本计算器测算，以建设

2000kw、单机柜功率密度

8kw、以风冷散热

为主的（N+1）冗余数据中心为例，每千瓦建设成本约为

4600

美元，配电、

制冷和建筑占比分别为

47%、20%和

33%；我们认为，硬件设备的市场需求主

要来自于新建数据中心和存量数据中心替换，共带来

14544MW新增

IT负载需

求，对应物理基础设施市场空间

669

亿美元。

未来，机架功率密度升高叠加硬件设备支出比重上升，制冷系统和配电系统市

场空间分别从

2020

年的

134、314

亿美元，上升至

2030

年的

787、688

亿美

元，CAGR分别为

20%和

12%。1.1

数据中心是数字经济底座，中国

IDC市场增速远超全球以云计算、物联网、大数据、5G、人工智能为代表的数字产业步入快车道，数

字经济发展势头强劲。据信通院，中国数字经济规模由

2005

年的

2.6

万亿扩张

到

2020

年的

39.2

万亿，占

GDP比重也由

14.2%提升至

38.6%。

数字经济内部，一方面包括数字产业化，即信息通信产业；另一方面是产业数

字化，即传统行业应用数字技术所带来的效率提升和价值创造。产业数字化占

比升高，各行业数字化转型拉动数据中心需求升高。在数字经济内部结构中，

产业数字化一直是主要引擎，且有不断扩大的趋势，占比从

2015

年的

74.3%

上升至

2020

年的

80.9%。随着数字化技术在金融、政府、医疗、制造、能源

等传统行业加速扩散，带来数据中心需求不断提升。全球云计算市场增速放缓，中国公有云市场是增长主力军，中国

IDC增速远超

全球均值。根据信通院，2020

年全球云计算市场规模

2083

亿美元，同比增长

13.1%，中国公有云市场规模

1277

亿元，同比增长

93.5%，私有云市场规模

814

亿元，同比增长

26.2%。虽然中国云计算市场规模仅占全球市场的

10%，

但受国内产业数字化转型拉动，增速远高于全球水平。现阶段，企业在部署云

应用的时候，已从以往的云端、单一集中数据中心中的部署，转向多云协同、

混合云架构，并在边缘侧进行相应业务的部署。1.2

数据中心朝高密化演进，基础设施迎来迭代升级期为平衡效率和成本，数据中心必将向高密化发展。IT设备持续向高算力、高功

率密度演进，CPU和服务器功率持续提升，同时，伴随

AI应用的需求增长，

AI算力比重进一步提升。预计到

2025

年，多样化算力协同将成主流，主流云

数据中心将形成

15~30kW/柜混合部署形态。

数据中心也是算力中心，高性能计算始终是行业核心控制点。IT层面来看，多

种新技术的应用满足高算力负载的需求，但同时增加了

IT基础设施能耗。双碳

趋势下，单机架功率密度升高对数据中心硬件设备的制冷系统、供电系统和软

件层高效运维管理提出了更高的要求。高算力带来机架高功率密度，计算存储网络走向一体化设计。存算一体技术经

过验证，未来有望从实验室走向产品化。传统计算与存储设备分处不同的模块，

CPU需先对存储硬盘上的数据进行读取、搜索、加/解密、压缩等操作。但

AI等应用的兴起，数据处理量不断上升，存算分离模式带来过多的无效能耗。人工智能、深度学习算法持续迭代，异构计算需求日益旺盛。算力提升方法通

常有两种，一是增加“数量”，即增加核心的数量；二是提高“质量”，即提高单核

心的运算效率，提高主频。但受摩尔定律的影响，主频的提高并不是无限制的，

会受到功耗的制约。

随着人工智能等新兴技术对高性能计算能力需求的升高，GPU、FPGA、ASIC等高性能加速处理器涌现。2021

年上半年加速服务器市场规模达到

23.8

亿美

元，同比增长

85.1%。其中

GPU服务器依然占主导地位，占据

91.9%的市场

份额，IDC预测，到

2025

年中国加速服务器市场规模将达到

108.6

亿美元。

加速计算市场供应商集中度高，客户侧需求上涨显著。2021

年上半年，从服务

器厂商销售额角度看，浪潮、宁畅、华为位居前三，占据了

70%的市场份额；

从行业的角度看，互联网依然是最大的采购行业，占整体加速服务器市场

60%

以上的份额，同比

2020

年有

90%以上的增长，此外金融、服务、电信、制造

和能源行业均有超过

50%的上涨。全闪存阵列存储降低数据存储设备能耗，市场规模增长显著。全球企业外部

OEM存储

系统市场收入同比增长

9.7%至

69

亿美元，其中戴尔占

26.8%，为头号供应商。

按地区看，中国存储市场规模达

23.9

亿美元，同比增长

33.3%；按存储方式看，

全闪存阵列（AFA）市场收入突破

27

亿美元，同比增长

7.6%。

全闪存凭借出色的性能优势和绿色节能逐渐成为市场刚需，其组成的存储系统

典型功耗约

5.3W/TB，可降低约

50%能耗。根据

IDC发布中国外臵存储市场

报告数据显示，2020

年，全闪存阵列的市场占比达到

18.9%，增速

24%，高

于市场的平均增长率

17.5%；相比于全球占比达到

39.9%的市场情况来看，中

国市场仍留给全闪存阵列很大空间。

根据

IDC预测，中国外臵存储市场未来五年的复合增长率将达到

12.6%，2025

年规模达到

96

亿美元。我们假设，2025

年全闪存市场占比

40%，预计市场规

模将达到

38.4

亿美元。数据中心是实现“双碳”目标的重要组成部分，数据中心低能耗要求带来基础

设施软硬件技术升级、产品替代机会。

根据

IDC，2020

年，国内数据中心年耗电量约为

2045

亿千瓦时，占全社会用

电量的

2.7%；到

2025

年，数据中心年耗电量预计约为

3950

亿千瓦时，占全

社会用电量的

4.1%。2021

年

7

月，工业和信息化部印发了《新型数据中心发展三年行动计划

（2021-2023

年）》（以下简称《计划》），计划到

2021

年底，全国数据中心平

均利用率提升到

55%以上，总算力超过

120

EFLOPS，新建大型及以上数据中

心

PUE降低到

1.35

以下。到

2023

年底，全国数据中心机架规模年均增速保

持在

20%左右，平均利用率力争提升到

60%以上，总算力超过

200

EFLOPS，

高性能算力占比达到

10%。国家枢纽节点算力规模占比超过

70%。新建大型及

以上数据中心

PUE降低到

1.3

以下，严寒和寒冷地区力争降低到

1.25

以下。经过

2010

年代大幅度效率提升后，数据中心

PUE保持相对稳定。2018

年至

今，数据中心全球平均

PUE保持在

1.59

左右。我们认为，虽然目前在建数据

中心要求

PUE不超过

1.3，但许多存量数据中心旧设施改造、更换老化设备会

进一步提高数据中心