云計算搭上“碳中和”，駛向節(jié)能減排快車道

科技云報道原創(chuàng)。

極端氣候事件頻發(fā)、生態(tài)環(huán)境惡化、海平面上升……隨著二氧化碳排放量不斷增加，全球氣候變暖帶來的負(fù)面影響越來越多。

2021年國務(wù)院政府工作報告中指出，扎實做好碳達(dá)峰、碳中和各項工作，制定2030年前碳排放達(dá)峰行動方案，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)?！疤贾泻汀遍_始逐漸走進(jìn)人們的視野。

我國碳排放主要集中在生產(chǎn)制造領(lǐng)域，尤其是能源電力、工業(yè)制造等高碳排放行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的企業(yè)，必須通過更加精細(xì)、智能的數(shù)字化管理手段，實現(xiàn)“碳中和”。

當(dāng)下，云計算成為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵要素，云計算市場快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心也迎來爆發(fā)期。隨著節(jié)能減排工作的逐漸升入，云計算基礎(chǔ)設(shè)施也正朝著低能耗方向發(fā)展。

云計算飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心高能耗成痛點

2009年，阿里巴巴在江蘇建立首個“電子商務(wù)云計算中心”，標(biāo)志著云計算在中國的首次出場亮相。

2010年，騰訊云、華為云開始部署戰(zhàn)略。2012年，百度云也迎頭追趕。此后，金山云、UCloud、青云、天翼云、京東云等紛紛開始發(fā)力，云計算在中國徹底爆發(fā)。

到2020年，國家發(fā)改委首次對“新基建”的概念進(jìn)行正式解讀，其中，云計算成為新基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，正式走向產(chǎn)業(yè)政策和人力資本投入的中心，將與人工智能、5G、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)融合發(fā)展，從底層技術(shù)架構(gòu)到上層服務(wù)模式兩方面賦能傳統(tǒng)行業(yè)智能升級轉(zhuǎn)型。

與此同時，云計算也成為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵要素。

相比于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，云數(shù)據(jù)中心為企業(yè)帶來了更低的成本、更短的上限周期和可伸縮性。離散的企業(yè)數(shù)據(jù)中心到大型中心的計算聚合推動聚合計算資源的更高效率，云數(shù)據(jù)中心可以更有效的管理電源容量，優(yōu)化散熱，利用最節(jié)能的服務(wù)器并提高服務(wù)器利用率。

當(dāng)企業(yè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)負(fù)載激增時，云計算可以調(diào)度閑置計算資源，保證網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用程序的穩(wěn)定運行；當(dāng)企業(yè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)負(fù)載下降時，云計算可將冗余資源轉(zhuǎn)入節(jié)能模式，或縮減企業(yè)基礎(chǔ)架構(gòu)，降低成本的同時提高資源利用率，發(fā)揮綠色低碳特性。

在新基建助推下，云計算與互聯(lián)網(wǎng)廠商紛紛加碼數(shù)據(jù)中心建設(shè)投入。

其中，云計算數(shù)據(jù)中心在資源集約化、平臺運行效率、資源分配時滯等方面對傳統(tǒng)IDC作出進(jìn)一步優(yōu)化，可實現(xiàn)效率和成本的邊際最優(yōu)。

近日，國家發(fā)改委等四部委發(fā)布意見指出，要加快構(gòu)建全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系。

根據(jù)智科咨詢研究報告數(shù)據(jù)顯示，2019年，中國IDC業(yè)務(wù)市場規(guī)模達(dá)到1562.5億元，同比增長27.2%，市場規(guī)模絕對值相比2018年增長超過300億元。

不過，由于電力成本占比過半，行業(yè)耗電量不斷攀升，IDC強需求、高能耗矛盾凸顯。國內(nèi)IDC市場規(guī)模的擴(kuò)展，帶來了行業(yè)耗電量的攀升。

據(jù)國網(wǎng)能源研究院預(yù)測，到2030年，我國數(shù)據(jù)中心用電量將突破4000億千瓦時，占全社會用電量的比重為3.7%。

另據(jù)綠色和平和工業(yè)和信息化部電子第五研究所計量檢測中心聯(lián)合發(fā)布的《中國數(shù)字基建的脫碳之路：數(shù)據(jù)中心與5G減碳潛力與挑戰(zhàn)(2020-2035)》報告預(yù)測，2035年，中國數(shù)據(jù)中心和5G的碳排放總量將達(dá)2.3億-3.1億噸，約占中國碳排放量的2%-4%。其中，數(shù)據(jù)中心的碳排放將比2020年最高增長103%。

此外，我國IDC行業(yè)PUE偏高也造成了耗電量的增長。

PUE是Power Usage Effectiveness的簡寫，是評價數(shù)據(jù)中心能源效率的指標(biāo)，PUE = 數(shù)據(jù)中心總能耗/IT設(shè)備能耗，其中數(shù)據(jù)中心總能耗包括IT設(shè)備能耗和制冷、配電等系統(tǒng)的能耗，其值大于1，越接近1表明非IT設(shè)備耗能越少，即能效水平越好。

2019年，我國數(shù)據(jù)中心平均PUE為2.2，而當(dāng)時美國的均值1.9。

隨著5G逐步商用，數(shù)據(jù)中心發(fā)展已勢不可擋，而“碳中和”理念的逐步深化，也使得綠色節(jié)能的建設(shè)重要性愈發(fā)凸顯。

“碳中和”促進(jìn)數(shù)據(jù)中心，加速綠色變革

此前，數(shù)據(jù)中心要做到碳中和，只有節(jié)能減排，盡可能降低數(shù)據(jù)中心能耗，而大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心減少能耗的措施主要還停留在空調(diào)制冷方面，比如微軟水下數(shù)據(jù)中心，以及很多新建的大型數(shù)據(jù)中心建設(shè)在內(nèi)蒙、貴州等地，希望能利用溫度適宜的周邊環(huán)境，減少數(shù)據(jù)中心的制冷能耗。

今年5月，工信部等四部門聯(lián)合印發(fā)《全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實施方案》的通知，其中指出，隨著各行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級進(jìn)度加快，特別是5G等新技術(shù)的快速普及應(yīng)用，全社會數(shù)據(jù)總量爆發(fā)式增長，數(shù)據(jù)資源存儲、計算和應(yīng)用需求大幅提升，迫切需要推動數(shù)據(jù)中心合理布局、供需平衡、綠色集約和互聯(lián)互通，構(gòu)建數(shù)據(jù)中心、云計算、大數(shù)據(jù)一體化的新型算力網(wǎng)絡(luò)體系，促進(jìn)數(shù)據(jù)要素流通應(yīng)用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心綠色高質(zhì)量發(fā)展。

而此前2020年12月，發(fā)改委發(fā)布關(guān)于加快構(gòu)建全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系的指導(dǎo)意見，提出，到2025年，東西部數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)結(jié)構(gòu)性平衡，大型、超大型數(shù)據(jù)中心運行電能利用效率降到1.3以下。

目前，數(shù)據(jù)中心在基礎(chǔ)設(shè)施方面的降耗已有一定成績。根據(jù)相關(guān)權(quán)威統(tǒng)計，2019年底，全國對外服務(wù)型數(shù)據(jù)中心平均PUE近1.6。云計算基礎(chǔ)設(shè)施正朝低能耗方向發(fā)展。

相比老舊小IDC，超大型IDC具有資源需求集中、部署效能較高、綠色節(jié)能等特點，在“碳中和”背景下綠色、超大型IDC成建設(shè)主流。

2019年，大型及超大型數(shù)據(jù)中心PUE分別為1.55、1.46，規(guī)劃在建的大型及超大型數(shù)據(jù)中心PUE分別為1.39、1.36。由此可見，大型及超大型數(shù)據(jù)中心在提升能源效率方面效果顯著。

與此同時，各大城市也開始出臺新規(guī)定，新能耗大戶“數(shù)據(jù)中心”正迎來新變革。

7月27日，北京市發(fā)展和改革委員會官網(wǎng)發(fā)布《關(guān)于印發(fā)進(jìn)一步加強數(shù)據(jù)中心項目節(jié)能審查若干規(guī)定的通知》。通知顯示，為加強北京市內(nèi)數(shù)據(jù)中心項目節(jié)能審查，即日起北京市內(nèi)新建、擴(kuò)建數(shù)據(jù)中心若PUE值超1.4，將被征收差別電價電費。

這一規(guī)定也意味著不達(dá)標(biāo)的數(shù)據(jù)中心每年將付出高昂的額外電費。

除北京以外，深圳市工業(yè)和信息化局也印發(fā)了《深圳市2021年工信領(lǐng)域重點用能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)工作方案》，其中提出，到2021年底前，全市工信領(lǐng)域綜合能源消費總量5000噸標(biāo)煤以上（含5000噸）的重點用能單位全部安裝電力系統(tǒng)遠(yuǎn)傳監(jiān)測儀表或建成能源管理中心，實現(xiàn)一級、二級能源計量數(shù)據(jù)在線采集和傳送，并與市級公共服務(wù)平臺（深圳節(jié)能在線）互聯(lián)互通。

在2025年底前，在確保全市工信領(lǐng)域重點用能單位實現(xiàn)用電數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測和數(shù)據(jù)上傳的情況下，逐步接入其他能源品種數(shù)據(jù)。

分析人士普遍認(rèn)為，北京、深圳的數(shù)據(jù)中心規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，將促使更多大型、超大型數(shù)據(jù)中心向中西地區(qū)轉(zhuǎn)移。此外PUE值要低于1.4，數(shù)據(jù)中心的傳統(tǒng)風(fēng)冷散熱技術(shù)模式已難以滿足，特大城市內(nèi)數(shù)據(jù)中心則將采用液冷技術(shù)。

液冷等綠色化技術(shù)涌現(xiàn)

基于“碳中和”所帶來的綠色集約化政策引導(dǎo)，技術(shù)綠色化趨勢明顯。其中，從傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)向液冷技術(shù)轉(zhuǎn)化，是在“碳中和”背景下數(shù)據(jù)中心的主流技術(shù)趨勢之一。

業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，液冷技術(shù)是降低數(shù)據(jù)中心能耗的最可行方案。

中國信息通信研究院云計算與大數(shù)據(jù)研究所所長何寶宏指出，高密度計算正促使數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)興起，液冷不僅是制冷方式的改變，還可能變革整個數(shù)據(jù)中心生態(tài)。

據(jù)了解，目前，在國外，IBM、谷歌、英特爾等公司已在該領(lǐng)域展開研究，而在國內(nèi)，以網(wǎng)宿科技、華為、中科曙光等科技公司也投入相關(guān)技術(shù)研發(fā)與市場拓展。

液冷，是指使用液體作為熱量傳輸媒介，為發(fā)熱部件進(jìn)行換熱，進(jìn)而帶走熱量的技術(shù)。

液體傳導(dǎo)熱能效果更好，是空氣的25倍，溫度傳遞效果更快。同時，由于液體的比熱容大，在吸收大量的熱量后自身溫度不會產(chǎn)生明顯變化，能夠穩(wěn)定CPU溫度。

與風(fēng)冷系統(tǒng)相比，液冷能節(jié)省約30%能源，可以有效降低能源消耗比，將PUE降到1.05。

此外，液體比熱容相比空氣更加不易受到海拔與氣壓影響，因此液冷數(shù)據(jù)中心在高海拔地區(qū)仍然可以保持較高的散熱效率。采用液冷技術(shù)之后，IT部件故障率將會大幅降低，減輕了運維難度。

此外，液冷數(shù)據(jù)中心還能以液體為載體，直接通過熱交換接入樓宇采暖系統(tǒng)和供水系統(tǒng)，從而能夠滿足居民供暖和溫水供應(yīng)等需求。在節(jié)約能源的同時，還創(chuàng)造了新的附加值。

經(jīng)過多年發(fā)展，液冷技術(shù)相關(guān)應(yīng)用日益成熟。隨著5G商用的推進(jìn)，新的業(yè)務(wù)場景正帶來更多高性能、高密度的計算需求，液冷技術(shù)迎來了更廣闊的應(yīng)用前景。

總體而言，數(shù)據(jù)中心要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，需要以最小的代價實現(xiàn)最高的效果，提高性價比。

通過技術(shù)創(chuàng)新，在芯片上、系統(tǒng)上、數(shù)據(jù)中心上不斷優(yōu)化方案，使算力能夠滿足業(yè)務(wù)的需要。與此同時，還要能控制成本，在實現(xiàn)節(jié)能減排的同時保證成本不會因此增加，由此才能實現(xiàn)長遠(yuǎn)發(fā)展。

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