數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施成本模型架構(gòu)及關(guān)鍵指標(biāo)敏感性分析

李 勇

(騰訊科技(深圳)有限公司，深圳 518057)

0 前言

數(shù)據(jù)中心作為互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施，如何全面地評(píng)估其基礎(chǔ)設(shè)施的成本，一直是行業(yè)內(nèi)比較關(guān)注的問題。互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、第三方數(shù)據(jù)中心供應(yīng)商及資本方受自身利益的影響，對(duì)其成本的評(píng)估角度各有不同。即使是同一家公司，其不同的內(nèi)部團(tuán)隊(duì)對(duì)于數(shù)據(jù)中心預(yù)期成本和收益的評(píng)估，可能也會(huì)存在比較大的差異。以技術(shù)團(tuán)隊(duì)和財(cái)務(wù)團(tuán)隊(duì)為例，主要是由于技術(shù)團(tuán)隊(duì)一般缺乏對(duì)主要經(jīng)濟(jì)參數(shù)的敏感度，同時(shí)財(cái)務(wù)團(tuán)隊(duì)也可能缺乏對(duì)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的敏感度導(dǎo)致的，即不同團(tuán)隊(duì)對(duì)同一項(xiàng)目的評(píng)估，在最初的評(píng)估指標(biāo)體系的建立上就存在著關(guān)鍵偏差。此外，對(duì)數(shù)據(jù)中心成本的理解，一般也會(huì)局限在其建設(shè)成本(CAPEX)；部分專業(yè)人員也可能進(jìn)一步理解為建設(shè)成本(CAPEX)和運(yùn)營成本(OPEX)的總和。本文從使用者的角度，全面的去看待這個(gè)問題。

數(shù)據(jù)中心行業(yè)有別于傳統(tǒng)的房地產(chǎn)和IT行業(yè)，是具有房地產(chǎn)屬性的IT行業(yè)。在其項(xiàng)目建設(shè)過程中更多顯現(xiàn)的是房地產(chǎn)屬性。而在其前期選址評(píng)估、政府審批、后續(xù)運(yùn)營以及收益等方面更多的是受IT行業(yè)相關(guān)資源和政策的影響。基于數(shù)據(jù)中心的這種屬性，需要將其技術(shù)參數(shù)與經(jīng)濟(jì)參數(shù)同等對(duì)待，以技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的方法論去構(gòu)建數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施成本評(píng)估模型會(huì)更為合理。

1 數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法一般分為靜態(tài)方法和動(dòng)態(tài)方法，其中靜態(tài)評(píng)價(jià)方法主要包括靜態(tài)投資回收期法、投資效果系數(shù)法和追加投資回收期法；動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)方法主要包括凈現(xiàn)值法、內(nèi)部收益率法和動(dòng)態(tài)投資回收期法。

本文主要采用動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)方法中的內(nèi)部收益率法，同時(shí)參照動(dòng)態(tài)投資回收期法以及靜態(tài)評(píng)價(jià)的方法論，構(gòu)建成本模型架構(gòu)。其中靜態(tài)評(píng)價(jià)方法主要用于分析不同階段數(shù)據(jù)中心的總擁有成本(Total Cost of Ownership，TCO)，以便于指導(dǎo)不同階段的數(shù)據(jù)中心資源戰(zhàn)略。

結(jié)合數(shù)據(jù)中心的特點(diǎn)，先對(duì)部分關(guān)鍵評(píng)估指標(biāo)做一下簡明扼要的說明。

(1)動(dòng)態(tài)回收期：考慮資金折現(xiàn)后的項(xiàng)目投資回收期。

(2)總擁有成本：在一定時(shí)間范圍內(nèi)所擁有的直接和間接總成本，利于進(jìn)行結(jié)算等。

(3)凈現(xiàn)值(NPV)：特定項(xiàng)目未來現(xiàn)金流入與流出的現(xiàn)值之間的差額，NPV>0，理論上項(xiàng)目可行。

(4)內(nèi)部收益率(IRR)：凈現(xiàn)值為零的折現(xiàn)率，大于資本成本率(或貸款利率)，理論上項(xiàng)目可行。

(5)息稅折舊攤銷前利潤率(EBITDA)：未計(jì)利息、稅項(xiàng)、折舊及攤銷前的利潤率，該指標(biāo)越高說明企業(yè)銷售收入的盈利能力以及回收折舊和攤銷的能力越強(qiáng)。

(6)設(shè)計(jì)PUE值：項(xiàng)目設(shè)計(jì)標(biāo)定的數(shù)據(jù)中心PUE值，即數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)總能耗量(總功率)與IT設(shè)計(jì)用能量(IT功率)的比值；該值理論上≥1，同時(shí)越接近于1，說明能源用于IT設(shè)備的比例越高，數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)有效性越高，即有效產(chǎn)出越高。

(7)運(yùn)營PUE值：運(yùn)營階段的PUE值，即運(yùn)營階段數(shù)據(jù)中心總能耗與IT能耗的比值，體現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的能源利用效率。

(8)IT負(fù)載率：實(shí)際使用IT功率與設(shè)計(jì)IT功率的比值。

(9)外市電負(fù)載率：數(shù)據(jù)中心實(shí)際使用外電容量與設(shè)計(jì)外電總?cè)萘勘戎怠?/p>

(10)業(yè)務(wù)上架進(jìn)度：機(jī)架空間的使用進(jìn)度或使用計(jì)劃。

(11)機(jī)柜上架率：機(jī)架的空間利用率。

根據(jù)數(shù)據(jù)中心的特點(diǎn)，筆者將輸入邊界條件分為三大類，即技術(shù)、財(cái)務(wù)以及建設(shè)運(yùn)營關(guān)鍵參數(shù)；技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估指標(biāo)主要采用內(nèi)部收益率、凈現(xiàn)值、動(dòng)態(tài)回收期、息稅折舊攤銷前利潤率以及總擁有成本。成本模型總架構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施成本模型架構(gòu)圖

圖1中所示技術(shù)、財(cái)務(wù)以及建設(shè)運(yùn)營關(guān)鍵參數(shù)均為該模型的輸入邊界條件，均可根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目情況調(diào)整。通過項(xiàng)目計(jì)算期內(nèi)逐年現(xiàn)金流的流入流出，以IRR與NPV作為主要的經(jīng)濟(jì)評(píng)估指標(biāo)，同時(shí)參考動(dòng)態(tài)回收期與TCO作為主要的參考指標(biāo)(該模型涉及公式較多，在這里不逐一列舉了)。筆者將該成本模型架構(gòu)梳理成思維導(dǎo)圖(圖2)，即數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施成本模型定量關(guān)鍵指標(biāo)體系。

圖2 IDC成本模型思維導(dǎo)圖(關(guān)鍵指標(biāo)體系)

以上的模型架構(gòu)是基于各個(gè)子架構(gòu)逐級(jí)建立，以圖2中財(cái)務(wù)參數(shù)中的“單位IT功率建造單價(jià)” “資本成本”為例，簡述其構(gòu)建原理。

(1)單位IT功率建造單價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)

如圖3所示，單位IT供建造單價(jià)由基礎(chǔ)設(shè)施總建造成本和總IT功率產(chǎn)出計(jì)算而來。其中總建造成本包括前期工程、建筑工程、設(shè)備采購、施工安裝、市政配套以及其他不可預(yù)見費(fèi)用組成。而總IT功率產(chǎn)出受總的外市電容量、機(jī)房空間面積以及項(xiàng)目的設(shè)計(jì)效率(設(shè)計(jì)PUE)等關(guān)鍵條件限制。

圖3 單位IT功率造價(jià)思維導(dǎo)圖

這里的外市電容量為限制性資源，與當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)架構(gòu)、變電站布局、市政管網(wǎng)布局、變電站本身電壓等級(jí)及高壓側(cè)機(jī)電架構(gòu)密切相關(guān)。這里主要考量公司總體資源規(guī)劃能力以及對(duì)國家及地方政策的理解與協(xié)調(diào)能力，是IDC類公司的核心競爭力之一。

總建筑面積受限于土地本身的規(guī)劃設(shè)計(jì)條件(如容積率、綠地率、限高等)，以及其他一些規(guī)劃限制條件(如文化保護(hù)建筑區(qū)域、航空港區(qū)等區(qū)域的限制高度)。同時(shí)機(jī)房建筑面積又受到單棟建筑的體量、建筑內(nèi)部的空間布局、單機(jī)柜的規(guī)格以及建筑結(jié)構(gòu)承重等相關(guān)條件的限制。IT機(jī)房產(chǎn)出是評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中心空間設(shè)計(jì)效率優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)，主要考察IDC公司對(duì)政府規(guī)劃部門相關(guān)規(guī)劃政策與標(biāo)準(zhǔn)的精確理解，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電專業(yè)的協(xié)作能力，一定程度上體現(xiàn)了公司的綜合技術(shù)能力。

而設(shè)計(jì)PUE值，主要受當(dāng)?shù)氐脑O(shè)計(jì)溫度、空調(diào)系統(tǒng)架構(gòu)、電力系統(tǒng)架構(gòu)的影響，主要體現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率，是評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)，若與IT機(jī)房產(chǎn)出指標(biāo)同時(shí)兼顧，可以有效考量IDC公司的綜合技術(shù)能力，包括選址評(píng)估、基礎(chǔ)機(jī)電設(shè)計(jì)、施工等，是IDC公司的核心技術(shù)能力的直觀體現(xiàn)。

降低設(shè)備采購成本可以有效的降低數(shù)據(jù)中心總建設(shè)成本。目前市場上多以集采的方式進(jìn)一步降低數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施機(jī)電成本，同時(shí)降低公司在設(shè)備方面的庫存。對(duì)于設(shè)備單價(jià)與庫存量兩方面的成本關(guān)系，需要在建立數(shù)據(jù)中心成本模型的基礎(chǔ)上去分析評(píng)估，以確定設(shè)備成本與庫存的最優(yōu)平衡點(diǎn)。進(jìn)一步而言，數(shù)據(jù)中心本身其實(shí)也是一個(gè)供應(yīng)鏈和庫存的問題，在建立數(shù)據(jù)中心的成本評(píng)估模型之后，可以進(jìn)一步在這方面優(yōu)化，以指引公司的決策。

(2)資本成本的關(guān)鍵參數(shù)

資本成本主要的影響因素如圖4所示。資本成本是公司取得資本使用權(quán)的代價(jià)，一般分為債務(wù)成本、股票成本、留存收益及其他。債務(wù)成本主要包括銀行借款、公司長期債券以及其他類型的債務(wù)；股票成本主要分為優(yōu)先股和普通股資本成本。而留存收益一般可以按照股票普通股資本成本計(jì)算(無籌資費(fèi)用)。關(guān)于以上幾類資本成本的計(jì)算方法比較成熟，本文不在贅述。

圖4 資本成本思維導(dǎo)圖

在這里解釋一下資本成本與幾個(gè)關(guān)鍵邊界條件的關(guān)系：1)企業(yè)所得稅對(duì)資本成本的折減，這是由于利息可以免稅，相當(dāng)于政府實(shí)際上支付了部分債務(wù)成本，故企業(yè)所得稅在一定程度上降低了公司的資本成本。2)無風(fēng)險(xiǎn)利率(一般參考銀行長期存款利率或者政府長期債券利率)，其一般作為資本成本穩(wěn)定收益的基準(zhǔn)，對(duì)公司資本成本的影響較大。3)風(fēng)險(xiǎn)溢價(jià)，一般分為經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)溢價(jià)和財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)溢價(jià)，如果公司未來的不確定性高，負(fù)債率高，收益變化大，那投資人要求的報(bào)酬率也就越高，相應(yīng)公司的資本成本就越高。

這些影響因素只是資本成本的一部分，一般公司到一定規(guī)模后，會(huì)設(shè)置專業(yè)的資金團(tuán)隊(duì)去尋找最優(yōu)的資金來源，以保證公司業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。

以上對(duì)IDC成本模型的架構(gòu)以及其中的兩個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)做了示例分析。與公司的實(shí)際運(yùn)營相結(jié)合，模型中的各項(xiàng)指標(biāo)，均可以進(jìn)一步深化，為各個(gè)職能部門的工作方向提供決策參考。

下面基于以上模型對(duì)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施幾個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行敏感性分析，來分析下各種數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)中心成本的影響權(quán)重。

2 關(guān)鍵指標(biāo)敏感性分析

通過單獨(dú)調(diào)整表1中的關(guān)鍵參數(shù)，可以看到其對(duì)項(xiàng)目IRR的影響。由于各公司情況不同，具體項(xiàng)目情況也有所區(qū)別，所以大家計(jì)算的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)會(huì)有所不同，但各個(gè)關(guān)鍵參數(shù)之間的橫向?qū)Ρ仁强梢越梃b的，權(quán)重順序差別不大。

關(guān)鍵參數(shù)敏感性分析 表1

根據(jù)以上敏感性分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在對(duì)應(yīng)表中參數(shù)變化幅度的情況下，對(duì)數(shù)據(jù)中心影響最大的是空置，即投資的有效性。其次是銷售價(jià)格，再次是單位IT功率的造價(jià)，數(shù)據(jù)中心負(fù)載率和業(yè)務(wù)規(guī)劃進(jìn)度也影響很大。反而經(jīng)常關(guān)注的設(shè)計(jì)PUE值等，并沒有想象中的重要。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)中心的更新成本，即變更，對(duì)數(shù)據(jù)中心的影響需要關(guān)注。

以上是根據(jù)敏感性分析，得出的部分?jǐn)?shù)據(jù)中心規(guī)劃建議，在建立對(duì)應(yīng)項(xiàng)目的IDC成本模型后，各種關(guān)鍵參數(shù)的變換，均可以得到定量的經(jīng)濟(jì)評(píng)估結(jié)果，可以為公司決策提供有效依據(jù)。

那對(duì)于前文中提到的TCO，又是如何來影響數(shù)據(jù)中心決策的呢？

3 TCO對(duì)數(shù)據(jù)中心資源儲(chǔ)備決策支持示例

對(duì)于TCO的分析，僅針對(duì)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施部分，不考慮網(wǎng)絡(luò)帶寬及服務(wù)器成本。參見圖5～6的數(shù)據(jù)中心TCO算例(本文僅列出了百分比供分析)。

圖5 數(shù)據(jù)中心95%上架率，80%IT負(fù)載率下的TCO算例

圖6 數(shù)據(jù)中心50%上架率，42%IT負(fù)載率下的TCO算例

首先看圖5，在達(dá)到設(shè)計(jì)工況的情況下，數(shù)據(jù)中心的TCO比例中最大的是電費(fèi)，因此在數(shù)據(jù)中心選址和日常運(yùn)營中，需要格外關(guān)注電力銷售價(jià)格、當(dāng)?shù)仉娏κ袌龅淖兓约爱?dāng)?shù)卣P(guān)于用電類型變更的規(guī)定，以有效降低數(shù)據(jù)中心TCO。

其次，通過以上的算例可以看到，在數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的TCO中，土地?cái)偡终伎俆CO比例為0.19%，IDC機(jī)樓的折舊占比為1.22%，變電站折舊占比在1.76%，而TCO占比最高的兩項(xiàng)成本為基礎(chǔ)設(shè)施機(jī)電折舊16.9%，電費(fèi)60.46%，當(dāng)然，在不同的邊界條件下，以上幾項(xiàng)的比例會(huì)有所不同，但是權(quán)重順序基本不會(huì)有大的改變。

根據(jù)以上的權(quán)重順序，在儲(chǔ)備數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施資源的最優(yōu)策略為：儲(chǔ)備周期較長的土地資源、IDC機(jī)樓及變電站資源。具體順序?yàn)椋?1)優(yōu)先購買土地并啟動(dòng)變電站相關(guān)的申報(bào)流程(110kV及以上電壓等級(jí)的變電站受上級(jí)電網(wǎng)規(guī)劃及審批流程時(shí)間制約，到位時(shí)間較長，會(huì)嚴(yán)重制約數(shù)據(jù)中心的交付使用)；(2)將IDC機(jī)樓的建設(shè)前置(建設(shè)審批手續(xù)繁瑣，基礎(chǔ)工程可能受地質(zhì)條件制約，周期較長)；(3)在明確一定比例的預(yù)定機(jī)柜意向后，啟動(dòng)成本占比較高，但建設(shè)周期較為確定的數(shù)據(jù)中心機(jī)電設(shè)施建設(shè)。

最后，將圖5與圖6進(jìn)行對(duì)比，兩個(gè)算例的區(qū)別在于對(duì)數(shù)據(jù)中心的利用率，即上架率和負(fù)載率。可以看到在低負(fù)載情況下，電費(fèi)占比降低，機(jī)電折舊占比增加，說明投資有效性降低。因此在運(yùn)營過程中，當(dāng)IT負(fù)載率較低時(shí)(一般在30%以下)，重點(diǎn)關(guān)注機(jī)架上架情況，提高投資的有效性；當(dāng)達(dá)到較高IT負(fù)載率(一般超過50%以上)，重點(diǎn)關(guān)注運(yùn)營PUE與設(shè)計(jì)PUE的差距，降低電費(fèi)成本。當(dāng)然，不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)可能會(huì)導(dǎo)致以上兩種情況的閾值不同，但電費(fèi)成本的控制邏輯無差別。部分IT負(fù)載下的運(yùn)營PUE與設(shè)計(jì)值的偏差也是評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)劣的重要參考指標(biāo)。

以上的分析是在相同的電度電價(jià)的情況下進(jìn)行，在電價(jià)調(diào)整后，需要重新進(jìn)行計(jì)算。

4 展望及總結(jié)

作為互聯(lián)網(wǎng)公司從業(yè)者筆者認(rèn)為，互聯(lián)網(wǎng)公司更加傾向使用TCO來評(píng)估數(shù)據(jù)中基礎(chǔ)設(shè)施心的成本情況，這主要是有利于業(yè)務(wù)側(cè)的成本核算。同時(shí)基于以上技術(shù)分析構(gòu)建的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施成本模型，可以向更加宏觀的層面擴(kuò)展，向上加入服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)帶寬的成本，從而構(gòu)建全面的互聯(lián)網(wǎng)公司基礎(chǔ)設(shè)施成本模型。當(dāng)然，在打通業(yè)務(wù)線的基礎(chǔ)設(shè)施成本核算(如CPU/GPU算力、存儲(chǔ)容量)、供應(yīng)鏈采購成本(如采購系統(tǒng)合同額數(shù)據(jù))等各個(gè)環(huán)節(jié)的情況下，可以進(jìn)一步擴(kuò)展，構(gòu)建從業(yè)務(wù)側(cè)算力、存儲(chǔ)等IT資源需求到數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)帶寬、服務(wù)器等全要素、全周期的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估模型。從而在保證公司業(yè)務(wù)發(fā)展需求的情況下，更為有效的優(yōu)化公司基礎(chǔ)設(shè)施資源儲(chǔ)備，以最低的成本鎖定公司發(fā)展所需的資源，有的放矢的降低互聯(lián)網(wǎng)公司基礎(chǔ)設(shè)施成本。