中信出版 | 3D数据中心：重构AI 基础设施

·华为重磅实践。 华为轮值董事长汪涛，华为高级副总裁、常务监事、首席后勤官任树录联袂荐，基于华为全球个3D数据中心实践，系统解码AI时代数据中心架构与基础设施变革。
·紧扣AI算力爆发。 大模型、生成式AI和Agentic AI快速发展，算力需求持续攀升，数据中心正从传统基础设施向AI时代核心算力底座重构。本书从训练与推理双场景出发，系统解析AIDC发展趋势与空间、电力、散热、交付、运维等核心挑战，帮助读者看懂AI算力增长背后的基础设施革命。
·破解AIDC三大物理瓶颈。 面向AI时代高密度算力部署需求，本书以“空间、电力、散热”三重挑战为切入点，深入解析3D数据中心如何通过分层解耦、立体堆叠、垂直供电、垂直制冷等架构创新，实现数据中心从“平面扩展”向“立体扩展”的范式转变。
·从“机房”走向“超级算力工厂”。 本书不仅讲清3D数据中心“怎么设计”，更系统呈现“怎么建、怎么交付、怎么运维”。围绕设计制造一体化、产品化、预制化、预验证和POD交付等实践，探索数据中心从传统“工地建造”向“工厂制造、现场装配”转变，为AIDC规模化、高质量建设提供实践参考。
·从被动运维到Agentic主动运维。 AI正在进入数据中心运维环节。本书深入分析Agentic AI与数字孪生、预测性运维和运营管理的融合，探索数据中心如何由人工被动响应走向智能感知、主动预测和自主优化。
·从PUE到PUT，重新定义AI时代能效。 传统PUE主要衡量数据中心基础设施的能源效率，而AI时代更需要关注能源终转化出的有效算力。本书提出从PUE向PUT延伸的能效思路，以“每瓦特产生更多Token”为核心，探索面向AI算力产出的新型能效价值体系。
·前瞻下一代AIDC基础设施。 从800V直流供电、全液冷，到源网荷储一体化，本书系统梳理未来AIDC关键技术演进方向，并进一步分析AI基础设施产业链与生态变化，帮助读者把握算力基础设施从高密度、模块化到智能化、绿色化的发展趋势。
·从一个3D数据中心，看懂一场AI基础设施革命。 本书不止于介绍一种新的数据中心架构，更试图回答AI时代基础设施如何重新设计、建造、运营与持续演进，为数据中心从业者、算力产业参与者、政企决策者及关注AI基础设施发展的读者提供一套理解AIDC变革的系统框架。
随着AI大模型、生成式AI与AgenticAl的快速发展，算力加速迭代，功率密度持续飙升，传统机房的紧耦合架构日益难以为继，给数据中心全生命周期带来了大挑战。
本书以华为全球个3D数据中心实践为主线，贯通“规划—设计—交付—运维—运营”全生命周期，解码3D数据中心如何通过分层解耦、立体堆叠、产品化与预制化创新，实现高密度部署与多代次兼容演进，推动建设从“工地建造”转向“工厂制造”、运维从被动转向主动、能效评价从基础设施转向算力产出。
全书共五篇十二章。一篇“算力变革”分析训练与推理双场景驱动的需求变化，梳理产业从芯片竞争走向全栈竞争的演进路径，总结AIDC五大趋势、面临的五大挑战。第二篇“DC重构”围绕“标准重构—深度解耦—立体堆叠”三次架构演进，从规划、设计、交付、运维到运营，全方位重塑数据中心全生命周期的核心竞争力。第三篇“匠心之作”聚焦高可靠供电制冷架构、高密度部署及弹性兼容三大核心命题的详细方案设计实践，同时阐述数据中心交付从“工地建造”向“工厂制造”模式转型的实践路径。第四篇“范式转移”探讨AgenticAI如何重构数字李生、预测性运维等，并以PUT为核心探索从PUE到算力产出导向的能效评价体系。第五篇“价值跃升”展望800V直流供电、全液冷、源网荷储等技术演进，以及AIDC的市场空间、政策环境与产业生态。
本书展现AI时代数据中心从“机房”向“超级算力工厂"的深刻重构，书中呈现的不只是一个创新案例，更是一场正在发生的AIDC基础设施范式变革。
一篇 算力变革： 算力驱动底座重构，AI 数据中心亟待革新
01 AI 算力爆发重塑数据中心底层需求
1.1　训练加推理双场景，算力需求双向爆发
1.2　全球开启万亿级 AI 基础设施投资
1.3　产业竞争从芯片升级为全栈基础设施
1.4　本章小结
02 AIDC 发展趋势及演进挑战
2.1    AI 算力产业的五层架构
2.2    AIDC 的五大发展趋势
2.3　数据中心的五大挑战
2.4　本章小结

第二篇 DC 重构： 3D 数据中心为 AI 时代破局优解
03 3D 数据中心缘起：三次重构 AI 基础设施
3.1     AI 数据中心重构缘起：破解算力时代“空间、电力、 散热”三重物理困境
3.2    底层理论借鉴：数据中心三次关键优化演进，标准 重构→深度解耦→立体堆叠
3.3　本章小结
04 3D 数据中心核心价值创新
4.1　冷电池化及弹性调度，支撑 AI 多代次演进
4.2　分层解耦与架构极简，支持高密部署
4.3　产品化与预制化，实现高质量快速交付
4.4    3D 数据中心 Agentic 主动运维
4.5　从 PUE 到 PUT，实现每瓦特产生更多词元
4.6　本章小结

第三篇 匠心之作： 分层解耦立体堆叠，构筑超级算力工厂
05 3D 数据中心总体架构设计
5.1　颗粒度设计
5.2　供电系统总体架构设计
5.3　制冷系统总体架构设计
5.4　数据中心的气流组织分析
5.5　智能化监控系统架构设计
5.6　本章小结
06 冷电池化及弹性调度，兼容多代次算力演进
6.1　供电架构电力调度系统方案设计
6.2　制冷系统冷量跨模块调度设计
6.3　本章小结
07 分层解耦极简架构，支撑高密度算力部署
7.1　空间分层解耦详细设计方案
7.2　垂直供电，极简链路演进
7.3　垂直制冷，极简链路演进
7.4　本章小结
08  3D 数据中心交付优秀实践
8.1    设计制造一体化：AIDC 高确定性产品化基座
8.2    质量验证标准化：预制化与预验证确保高质量
8.3    POD 交付产品化：三层并进提效、垂直互连贯通， 高质量交付实践
8.4　本章小结

第四篇 范式转移： Agentic AI 主动运维，PUE 转向 PUT
09 运维范式：从被动响应到 Agentic 主动运维
9.1    运维系统的演进与 3D 数据中心智能化核心特性
9.2    Agentic AI 重塑孪生仿真底座
9.3    Agentic AI 使能预测性运维
9.4    Agentic AI 重构运维管理模式
9.5　本章小结
10  能效范式：从 PUE 到 PUT，词元时代能效评价新体系
10.1　从 PUE 到 PUT 的范式跃迁
10.2    PUT 的全栈优化路径
10.3    PUT 重塑数据中心的能效价值体系
10.4　本章小结

第五篇 价值跃升： AIDC 催生技术革命，打开万亿级产业空间
11 未来 AIDC 基础设施技术展望
11.1    800V 直流极简架构：突破兆瓦级机柜供电与空间瓶颈
11.2    极简全液冷架构：支持超高密度芯片散热需求
11.3    绿色低碳：源网荷储构建电网友好型 AIDC 能源新模式
11.4　本章小结
12 AIDC 基础设施万亿产业空间与生态
12.1    AIDC 基础设施未来万亿市场空间展望
12.2　国内 AIDC 行业发展政策
12.3    AIDC 基础设施产业链生态结构与价值分析
12.4　本章小结
吕阳明，编著，负责华为云计算数据中心、网络及服务器等核心云基础设施业务的运营与管理。20余年深耕云服务、IT设备及数据中心领域，主导多项关键产品与解决方案从规划研发到规模商用的全过程。在技术创新层面，擅长以全栈工程能力，通过持续迭代演进，构建安全可靠、绿色智能的云基础设施底座;在数字化运营理念上，倡导并实践依托运营平台，打通“规划—设计—交付—运维—运营”的全生命周期闭环，不断提升资产与资源运营效率。
木斌，编著，现任华为基建机电与暖通设计管理部部长，负责数据中心和高端制造厂房领域的规划设计业务。长期从事基础建设规划设计管理工作，20余年深耕数据中心基础设施和高端工厂领域，主导多个数据中心与高端制造工厂的规划、设计及工程实施，积累了大量一线工程实践与全流程端到端管理经验。他把3D数据中心的架构设计逻辑及工程管理实践经验进行复盘与提炼并结集成书，为数据中心行业从业者提供可参考的建设思路。
序一 华为轮值董事长 汪涛
人工智能的高速发展带来算力的大爆发，算力已成为智能时代的核心生产要素。未来十年全社会算力总量预计将增长 10 万倍，指数级增长将催生产业升级的历史机遇。纵观这一进程，AI 技术、基础设施与应用场景三要素正相互赋能、协同演进。AI 技术是引擎，场景应用是驱动，而 AI 基础设施则是承载一切创新的基石，决定了人工智能发展的速度和高度。
站在智能时代的十字路口，我们亟需对计算、AIDC 及算力网络三大核心架构进行系统性重构，大化释放算力潜能。
一是计算架构重构：突破以 CPU 为中心的主从架构，走向对等池化的灵衢总线架构，构建“超节点 + 集群”的大规模算力中心。超节点已经成为产业界与学术界的共识，具备三大技术特征，包括“内存语义”和“统一内存编址”、超低时延、超大带宽，通过跨物理节点的统一内存编址，实现“DC as a Computer”。进一步将多个超节点通过网络互联构建为更大规模的算力集群。
二是数据中心架构重构：数据中心正从单纯的 IT 设备物理容器，加速向“算力工厂”转型，3D 数据中心通过借鉴高端制造工厂分层及芯片设计的理念，一层为供冷系统，第二层为算力系统，第三层为供电系统，电池部署在屋顶层。3D 数据中心通过分层解耦、立体堆叠支撑“单栋机房十万卡的超级算力工厂”，同时凭借极简架构及多代际 AI 芯片兼容能力，赋予 3D 数据中心更持久的生命力，大化投资效率。
三是算、电、网协同重构：全球范围内电力设施和能源成本是制约AI 高速发展的核心要素，因此大型智算中心需要优先布局在能源高地。而算力的使用往往发生在距离能源高地较远的核心城市，同时，不同的计算类型对时延的需求也有不同，在算力网络规划时需要考虑业务提供方的业务部署所在地以及终用户的所在地。数据中心间的超低时延传输，是算力网络高效协同的关键。没有网络的数据中心是算力孤岛。
3D 数据中心总体架构初的创意来自华为创始人任正非先生。为了解决大型 AI 算力中心的安全性和跨不同代际 AI 芯片的兼容性，任正非先生创造性地提出将原来 2D 数据中心重构为 3D 架构，将电池间部署于 3D数据中心的屋顶以提高安全性，同时采用垂直供电、垂直供冷的架构实现链路极简，提高了供电效率和热转换效率。
我在项目施工现场见证了 3D 堆叠架构的先进性，这是新一代 AIDC的优秀实践，契合 AI 算力集群化发展的需要。这一次我们把 3D 数据中心的设计图纸进行开放，同时为了让大家更深入地理解 3D 数据中心的设计理念和设计方案，华为云数据中心运营部吕阳明和基建机电及暖通设计管理部木斌联合编著了《3D 数据中心》这一本专著，提供了详实的方案解析和理论到落地的实践参考。本书共分五篇：“算力变革、DC 重构、匠心之作、范式转移、价值跃升”，完整解码了从创新初衷到全生命周期管理的实践经验。本书源于数据中心数次迭代演进的专业沉淀和精心打磨，既承载着团队对技术致的追求，也寄托着推动 3D 数据中心规模化应用的期待。在此，向编委会成员的专业付出致以诚挚的谢意。
今天，数字化与智能化正以所有的速度重塑世界。技术演进正从单点突破迈向跨技术协同，产业形态由垂直深耕转向跨行业融合。这份对未知的渴望，驱使我们不断突破边界，拥抱智能未来。然而，通往这一愿景的道路并非坦途，AI 基础设施的重构任重道远，非一朝一夕之功。这是一场需要全行业共同参与的长跑，华为通过开放机房模型、标准化图纸与方案，携手业界伙伴共筑开放的 AI 基础设施生态，共建智能世界的坚实算力底座。


序二 华为高级副总裁、常务监事、首席后勤官 任树录
人工智能正重塑全球生产力格局，算力已跃升为国家核心竞争力与国际博弈的关键变量。随着电力变为核心生产要素、基础设施作为算力底座，我们需要立足“能源—基础设施—算力—模型—应用”全链条产业，重新定义 AI 数据中心的价值。面对高密算力带来的物理空间、安全可靠及热力学挑战，这不仅是工程瓶颈，更是对基础设施形态的根本冲击，我们需要以哲学思维，在更高维度重构 AI 基础设施。
AI 数据中心的物理重构之路具挑战，需从不确定中找到佳的状态和方向，符合未来 AI 战略发展的特点和演进路径。秉持“他山之石，可以攻玉”的理念，我们应充分发挥内部专业能力，同时对外部佳实践进行提炼和升华。华为基建涉及业态种类多，涵盖研发园区、高端制造工厂、数据中心、电子厂房、办公楼、终端旗舰店等。数据中心通过借鉴高端制造工厂“动力层”与“生产层”严格分离的理念，把数据中心的 IT层与动力层“分层解耦、独立演进”，供冷布置在一层，IT 服务器布置在第二层，供电布置第三层，对服务器垂直供电垂直供冷，实现极短链路和安全可靠。3D 数据中心的分层解耦并非简单的物理分层，动力层专注能源供给，IT 层专注计算服务，分区精准散热，动力和 IT 分域分权，互不干扰。电力、制冷、IT 三套系统可独立技术演进，避免因 AI 芯片或服务器换代而导致基础设施频繁改造，实现“机电长周期稳定”与“算力短周期迭代”的融合设计。
3D 数据中心的探索，本质是一场从“工地建造”向“工厂制造”的变革。基于三十余年基建经验的沉淀，我坚信“专业的人做专业的事”。通过构建“三横九纵”矩阵管理体系，“三横”以项目为中心，围绕目标及需求，统筹协调资源、分层分级快速决策；“九纵”深耕九大专业线，专业做深做透，从设计方案、设备材料选型、项目现场装配、到调试验收端到端的管理。在此体系下，将专家经验固化为工艺标准，我们采用标准化设计，坚持工厂预制化方案，借鉴“乐高式”模块化设计理念，将设备、管路及电缆等全链路预制，以及通过数据中心现场搭建 3D 样板，提前验证可交付性与可运维性，从而让现场作业变成精准装配，做到“一次性交付成功”。这一模式彻底重构了传统的交付逻辑，做到“高质量就是低成本”，实现高质量快速交付目标，从而让 AI 算力基础设施成为业务敏捷迭代的坚实底座。
华为基建凭借数字化平台来解决复杂的项目管理问题，基建云（CCS）为核心的数字化平台，沿着“作业在线化”、“对象数字化”、“规则透明化”及“运作精益化”的路标，由点到面推进，逐步实现基建业务的“可视化、信息化、智能化”。通过沉淀数万张效果图设计、几千份合同与材料的大量平台数据，以精准数据驱动高效决策，从而在超大规模工程中实现高质量与高效率的双重优。同时我们将 3D 数据中心的标准化设计图纸开放到基建云平台上，供业界参考，共同推进 AIDC 产业的发展。
数据中心以高可靠运维来保障业务的长期稳定运行。数据中心引入柴油发电机的自动轮巡功能，不仅保障了市电故障时的可靠启动，还大幅减少了运维人力投入与厂商驻场需求，从而提升了运维效率与整体安全性。
此外，3D 数据中心屋面设计独立的锂电隔间，底板及墙面采用防爆设计，屋顶按照隔热、泄爆设计，形成了一套涵盖“隔、探、消、排、泄”的五层协同防护体系，有效保障了数据中心设备的运行安全。
新一代 AIDC 的演进，已超越机房建设的技术范畴，向着算电协同、绿色低碳、自主可控的深度迈进。以基建之责赋能产业，牵引全产业链升级，带动 AI 基础设施产业从单点创新走向全链条高质量发展，构建自主可控的 AI 基础设施产业生态，为中国算力基建全球竞争力奠定坚实基础，支撑“东数西算”国家战略发展。以简驭繁，笃行致远，共建智能时代坚如磐石的算力底座。