隨著數(shù)字經(jīng)濟以及人工智能技術(shù)的蓬勃興起，算力已成為驅(qū)動社會進步與創(chuàng)新的關(guān)鍵力量。然而，伴隨算力需求的爆發(fā)式增長，智算中心的能源消耗與環(huán)境影響日益凸顯，促使從業(yè)者不得不重新審視算力發(fā)展的模式與路徑。如何在保障算力充足的同時，實現(xiàn)其發(fā)展的綠色化和可持續(xù)性，成為智算產(chǎn)業(yè)當(dāng)前面臨的重要挑戰(zhàn)。
智算時代的可持續(xù)發(fā)展壓力
如何打造完整的綠色算力體系?
谷歌母公司Alphabet董事長約翰·漢尼斯在接受采訪時表示，一次大語言模型對話的成本，是一次谷歌搜索的10倍以上。這也意味著，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的擴大，AI運行所需要的能源消耗也將遠(yuǎn)超過往的互聯(lián)網(wǎng)時代。
Goldman Sachs的一份報告預(yù)估，在人工智能發(fā)展的推動下，2023-2030年，美國數(shù)據(jù)中心電力需求將以15%的年復(fù)合增長率增長，數(shù)據(jù)中心用電量占美國總用電量的比重將從目前的3%提高至2030年的8%。
其他國家的算力發(fā)展同樣面臨著能源挑戰(zhàn)。媒體調(diào)研表明，英國未來10年人工智能用電量預(yù)計將飆升500%，瑞典的數(shù)據(jù)中心用電量將在10年內(nèi)翻一番。沙特、愛爾蘭和馬來西亞建設(shè)規(guī)劃中的數(shù)據(jù)中心如開足馬力運行，其用電量將超過這些國家現(xiàn)有可再生能源的發(fā)電量。
國內(nèi)的算力基礎(chǔ)設(shè)施同樣面臨著能耗高企的問題。據(jù)中國IDC圈不完全統(tǒng)計，截止2024年5月下旬，中國大陸共有智算中心283座，已覆蓋中國大陸所有省、自治區(qū)和直轄市。其中有規(guī)劃算力規(guī)模統(tǒng)計的智算中心項目177座，總算力規(guī)模達(dá)到36.93萬PFlops(數(shù)據(jù)詳情：全國283座智算中心布局及東西部差異分析)。
雖然我國新能源發(fā)電量已占全球過半，并且通過“東數(shù)西算”工程優(yōu)化數(shù)據(jù)中心布局和清潔能源供給能力，但智算中心建設(shè)持續(xù)火爆，能耗壓力只增不減，對我國的3060碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)的實現(xiàn)提出了挑戰(zhàn)。且從綠色可持續(xù)發(fā)展的要求來看，算力的綠色轉(zhuǎn)型還面臨著水資源、能效、運營管理等眾多難題。
綠色算力體系的三大支柱
綠色算力體系的三大支柱
綠色算力的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在降低數(shù)據(jù)中心能耗、可再生能源電力成為主要電力來源、智慧能源管理為數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展提供有效助力等方面。
01綠色用電
毫無疑問，提高可再生能源在數(shù)據(jù)中心電力供應(yīng)中的比例，從根源上減少碳排是實現(xiàn)綠色算力的首要任務(wù)。據(jù)預(yù)測，到2030年，我國數(shù)據(jù)中心耗電量將超過3800億度，如不采用可再生能源，碳排放量將超過2億噸。
《深入實施“東數(shù)西算”工程加快構(gòu)建全國一體化算力網(wǎng)的實施意見》提出，到2025年底，綜合算力基礎(chǔ)設(shè)施體系初步成型，算力電力雙向協(xié)同機制初步形成，國家樞紐節(jié)點新建數(shù)據(jù)中心綠電占比超過80%。
算力電力雙向協(xié)同是推動算力綠色化轉(zhuǎn)型的重要機制之一。算電協(xié)同措施包括提升電網(wǎng)的智能化水平、增加新能源占比，鼓勵算力基礎(chǔ)設(shè)施側(cè)部署儲能設(shè)施、錯峰用電，通過市場協(xié)調(diào)機制，提升數(shù)據(jù)中心的能源利用效率和清潔能源比例。
02 全生命周期優(yōu)化運營
除綠色用電之外，打造綠色智算體系，需貫穿設(shè)計、建造、運營到退役的全生命周期。在設(shè)計階段，采用模塊化、預(yù)制化方案減少材料浪費;建造時優(yōu)選環(huán)保材料與施工工藝;運營期間，實施精細(xì)化運維管理，確保持續(xù)優(yōu)化;退役階段，則需考慮設(shè)備回收與再利用，形成閉環(huán)。
智能管理系統(tǒng)是綠色智算體系不可或缺的一部分。通過引入AI算法優(yōu)化數(shù)據(jù)中心的運營維護，實現(xiàn)能源的動態(tài)調(diào)配與負(fù)荷預(yù)測，可以進一步提升能效。微軟Azure數(shù)據(jù)中心通過負(fù)載平衡技術(shù)，使得負(fù)載從10%增加到40%時，功耗只增加1.7倍，有效降低了能耗。
智能系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控數(shù)據(jù)中心的能源和資源使用情況，通過數(shù)據(jù)分析預(yù)測未來的使用趨勢，并自動調(diào)整設(shè)備運行狀態(tài)，以達(dá)到最佳的能源使用效率，可以大幅優(yōu)化PUE(功率使用效率)、WUE(水使用效率)和CUE(碳使用效率)等指標(biāo)。
03 標(biāo)準(zhǔn)與評價體系
為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的綠色、低碳、可持續(xù)發(fā)展，需要從全生命周期的視角出發(fā)，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心的能效管理和綠色評價機制。評價體系不僅要包括傳統(tǒng)的PUE、WUE、CUE等指標(biāo)，也要綜合考慮低碳建設(shè)、優(yōu)化工藝、環(huán)境影響、能源結(jié)構(gòu)，并將算力能效、算力碳效納入其中，推動數(shù)據(jù)中心向更高的能效比和算力產(chǎn)出率邁進。
京津冀地區(qū)在這一方面處于全國領(lǐng)先地位。北京市在數(shù)據(jù)中心綠色化方面采取了一系列有力措施，先后發(fā)布《北京市低效數(shù)據(jù)中心綜合治理工作方案》、《數(shù)據(jù)中心能源效率限額》等規(guī)劃和地方標(biāo)準(zhǔn)，從標(biāo)準(zhǔn)的制定到檢測管理，全面提升了地區(qū)數(shù)據(jù)中心的綠色化水平。
河北省作為綠色資源豐富的地區(qū)，與京津兩地協(xié)同合作，在數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃、建設(shè)、運營等各個環(huán)節(jié)都嚴(yán)格遵循綠色化標(biāo)準(zhǔn)，力求實現(xiàn)能源的高效利用和環(huán)境的低影響，支撐區(qū)域數(shù)據(jù)中心節(jié)能低效標(biāo)準(zhǔn)的落地與實施，樹立了區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)與評估體系建設(shè)與實施典范。
綠色算力體系的建設(shè)也離不開行業(yè)的積極參與。一方面企業(yè)可以通過算力綠色撰寫為企業(yè)帶來節(jié)能效益和經(jīng)濟效益，還可以提升企業(yè)社會責(zé)任形象與競爭力。另一方面行業(yè)相關(guān)組織也應(yīng)該積極進行發(fā)展方向探索和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定，從技術(shù)和理論角度指引產(chǎn)業(yè)的綠色化發(fā)展。
綠色算力體系的建設(shè)
在“雙碳”目標(biāo)與數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的雙重背景下，數(shù)據(jù)中心全生命周期綠色算力評估體系的建設(shè)是算力產(chǎn)業(yè)邁向可持續(xù)發(fā)展的重要一步，是算力產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新、經(jīng)濟效益、社會責(zé)任的多重體現(xiàn)。通過全生命周期視角下的系統(tǒng)性構(gòu)建，綠色算力評估體系將為推動新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。
