互联网基础设施的经济学分析

数据中心与云服务

　　在商业互联网兴起之初，几乎所有企业都把服务器放在自己公司内。不过商业界逐渐认识到把计算资源集中到一个地方的规模经济，由此诞生了数据中心。这些建筑中包含很多排放在支架上的服务器，以适应网络支持和维护的日常操作。设计者最终学会了如何配置，以容纳数据储存和计算所需的大量服务器，利用建筑的特点降低能源消耗，并确保紧急情况下的可靠运行等。

　　市场上用来发送和接收信息的不同方式，如私人对等互连和系统互连等，也被某些服务于此目的的数据中心采用。数据中心的内部连线可以支持某些特定类型的活动。例如，纽约股票交易所的数据中心位于新泽西州，允许许多公司以极快的速度获得交易服务。又如，医疗、金融和运输等产业的部分商业用户要求极高的安全性与可靠性（即保证99.99%的运行时间），特别是对含有敏感客户信息的交易提供支持的关键功能。这些数据中心可能包含高级的备用发电机、能抵御洪水的高造价建筑物以及减少附近车辆行驶产生震动的加固地板等。此类成本不菲的配置在某些情况下会物有所值，例如，由于内在的灵活性与机智的选址，休斯敦的数据中心在2017年8月哈维飓风引发洪水期间及之后都没有停止正常运行。

　　较小的数据中心包含数万台服务器，建设费用可能超过1亿美元，而大型数据中心可以包含数十万台服务器，建设费用高达数十亿美元。作为美国最大的第三方网络机构之一，湖滨技术中心（Lakeside Technology Center）位于芝加哥市区以南2英里的一栋110万平方英尺的建筑物中，由唐纳利集团（R.R.Donnelly）过去的一家印刷厂改建而成。该机构归数字房地产信托公司（Digital Realty Trust）所有，这家控股公司控制着全球200多个数据中心，2018年的营业收入超过30亿美元。芝加哥这座建筑并不符合数据中心的惯例，通常的数据中心是修建在极其广阔的土地上的单层建筑，有丰富且廉价的电力，与互联网有高质量连接，往往位于距离商业用户不太远的郊区。北美洲最大的数据中心聚集地是弗吉尼亚州的阿什伯恩（Ashburn），就在华盛顿特区外围，靠近东部城域交换中心（通常称作MAE-EAST），是美国最早的互联网交换中心之一。

　　数据中心的合同涵盖所有者与租赁市场之间全部可能的安排。一个极端是许多有通用需求（如备份存储）的买家，它们租赁数据中心的空间，自带服务器，但让其他人来管理建筑物。另一个极端是有特殊计算需求的公司，例如脸书、苹果、微软、亚马逊和谷歌等，它们拥有并维护自己的大型数据中心，并根据应用需要来配置建筑物与服务器。

　　所谓“云服务”是指出租存储服务、计算服务或数据库相关应用的数据中心，且用户可以根据自身需要灵活启用或关闭服务。主要的云服务提供商正越来越多地提供附加软件服务，只收取象征性费用或完全免费。例如，亚马逊网络服务（Amazon Web Services）就提供数十款云软件服务。微软云（Microsoft Azure）以云服务方式支持Outlook等微软公司的许多产品。谷歌则免费提供机器学习工具TensorFlow的云服务。

　　随着服务质量改进与价格下降，对云服务的需求正在增长。有研究估计，质量调整后的亚马逊网络服务的价格在2009—2016年的年降幅为17.3%（Byrne、Carrado and Sichel，2018）。对于支出增长和业内市场份额变化的估计则取决于销售额的具体定义（相关讨论可参见Byrne、Carrado and Sichel，2018；Coyle and Nguyen，2018），但最大的三家企业正是上文提到的亚马逊网络服务、微软云和谷歌云。例如在2019年，亚马逊网络服务被公认为是其中最大的一家，收入达350亿美元，比上年剧增40%。其他企业也在快速成长。云服务的吸引力来自它们的灵活性、工具类型广泛，以及能选择用可变成本替代固定成本（Wang and McElheran，2017）。云服务还便于许多创新应用服务开展实验（Ewens、Nanda and Rhodes-Kropf，2019）。

　　私有云提供商越来越多地利用复杂架构来平衡用户需求的负载，例如，把应对全方位任务的数据中心同快速提供内容服务的分发网络结合起来。云服务为内容分发网络提供及时更新，并对不太流行的内容做出次级响应，而主服务器的更新间隔时间与非流行内容响应时间则更慢。云服务可以在一天中把用户需求高峰的负载分摊到多个地理区域。

大企业在何种情形下运营自己的互联网基础设施

　　应用市场与平台中的许多大企业，如微软、苹果、谷歌、亚马逊和脸书等，运营自己的互联网基础设施，而非借助第三方提供商。这些企业都有自己的数据中心和内容分发网络。还有，谷歌自己的数据中心都与自己的主干网相连接，从而绕过了本可以从网络运营商租用的主干网。大企业把这些互补功能集成起来，是因为它们的运营费用可以低于第三方提供商，而且可以根据特殊需要调整工作流程，以便获得更好的结果。例如，谷歌自有的网线能帮助众多数据中心与内容分发网络在一天中平衡负载。大企业还能在众多相关服务中发现范围经济，以便提供对用户有吸引力的捆绑服务（Bates et al.，2018）。例如，Cloudflare就把内容分发网络与域名服务器集合到一个有众多服务的包里，作为内容保护的全套安全服务的组成部分。

　　当大企业自建互联网基础设施时，对整个网络的效应可能是正面的，也可能是中性或负面的。例如，微软、谷歌与亚马逊等运营大型数据中心的大企业从数年前开始提供云服务。用户对其效率感到满意，于是需求增长迅猛。所以这些公司提供云服务让整个网络经济获得了好处。

　　不过，谷歌光纤（Google Fiber）的故事则是另一种情形。谷歌当时设立了一家新机构，向居民提供高速光纤接入，并通过与电视、电话和互联网接入企业签订合同进入了几个城市。尽管在本文写作时，该机构在这些城市取得了商业成功，但由于有若干挑战需要克服，投资被暂时停止。（*3.在本文写作时，谷歌光纤提供服务的城市包括：内华达州的盐湖城、犹他州的普罗沃、密苏里州的堪萨斯、得克萨斯州的奥斯汀、田纳西州的纳什维尔、北卡罗来纳州的夏洛特、佐治亚州的亚特兰大、北卡罗来纳州的罗利-达勒姆、加利福尼亚州的奥兰治县、亚拉巴马州的亨茨维尔、得克萨斯州的圣安东尼奥。另外还进入过肯塔基州的路易斯维尔，但后来退出了。谷歌光纤有进入至少另外十多个城市的计划与许可，但没有宣布时间表。）该项目的可见收益有限，并局限于其进入的少数地区，或者说最多表明在其他地方也可能成功。即使谷歌光纤延伸到其计划中的所有城市，覆盖的美国人口占比也不会高于10%。

　　当大企业加入互联网基础设施时，还可能产生某些有更大隐忧的结果。补充服务提供商必须同支配性的大企业谈判，相比在有更多选项的竞争性市场，它们可能遇到更苛刻的合同条款（Rogerson，2018）。此外，长期以来有人担忧，与更多采用开放协议的环境相比，最大型的企业内部越来越多采用专用流程可能不利于一般性创新（Zittrain，2008）。上述担忧在反垄断或监管议题中关系重大，因此一个有待解决的关键问题是：在何种市场支配力与哪些市场条件下，我们需要正视这方面的担忧。

　　私人数据中心与云服务的兴起，同样涉及网络基础设施改进的竞争行为与私人激励的重要经济问题：云服务等部分网络的改进带来的收益如何在用户与企业之间分配？在用户分享收益的情况下，竞争激励是否充分？是否对某些用户比其他用户更有利？利用第三方服务的创新企业进入的长期竞争前景如何？这些都是尚待研究的课题。