“绿化”：算力的尽头一定是电费吗？（附典型分析）

2024-08-19 09:41:42 30

数据中心行业如何在“快发展”的同时，实现“碳中和”。

最新统计显示，截至5月底，全国规划具有高性能计算机集群的智算中心已达十余个。从全国来看，智能算力在算力总规模中的比重超过了30%，我国算力结构不断优化。同时，高算力业务需求持续推升芯片性能，服务器功率不断提高。

在需求旺盛的现状下，数据中心行业如何在“快发展”的同时，实现“碳中和”，是当下数据中心行业，乃至整个算力产业需要面临的“大考”。

算力尽头是电力？

据相关数据，全球数据中心的用电量将在四年内翻倍，从2022年的460太瓦时跃升至2026年的1050太瓦时，中国是数据中心的快增长地区，同样面临数据中心的用电量增长的境遇。

自“东数西算”工程实施以来，国家能源局数据显示，2022年，全国数据中心耗电量达到2700亿千瓦时，占全社会用电量约3%。预计到2025年，这一比重将提升至5%，2030年全国数据中心耗电量将接近4000亿千瓦时，算力的飞速增长也带来了电力的挑战。

在需求旺盛的现状下，数据中心行业如何在“快发展”的同时，实现“碳中和”，是当下数据中心行业，乃至整个算力产业需要面临的“大考”。

尤其是目前，全球AI算力快速增长，大规模、千亿万亿的AI训练与计算中，数据和算力中心服务器的运行对电力需求持续攀升，其中，空调制冷等散热能耗就占据了整体能耗的大约43%。

毋庸置疑，智算中心的运营成本中，电力成本占据了相当大的比例。以一个典型的8个GPU的H100服务器为例，每月需要消耗10,200W的IT功率，电费成本约为4,406元（假设每千瓦时电价为0.6元）。随着推理需求的不断增加，这一成本还将进一步上升。

英伟达创始人兼首席执行官黄仁勋曾指出，需要更全面地考虑AI的能源消耗问题，如果只考虑计算机，需要烧掉14个地球的能源；特斯拉首席执行官埃隆·马斯克在接受采访时也表示，AI算力的限制是可预见的，下一个短缺的将是电力；OpenAI首席执行官山姆·奥特曼也指出，AI的发展将需要大量能源……

在华为数字能源数据中心能源及关键供电产品线总裁何波看来，大模型的爆发，AI技术引领数字化走向更深，真正数字孪生的世界近在咫尺，但AI的发展对电力的消耗将远远超过预期。

近两年来，人们开始呼吁算力与电力协同发展。随着降低能耗的呼声日益高涨，业界对绿色算力的期待也在不断增长。

绿色算力就是指从算力芯片、服务器、机架到数据中心以绿色低碳为目标采用绿色低碳技术形成的算力基础设施。加快构建高科技、高效能、高质量的算力基础设施，对于发展新质生产力至关重要，要加快培育壮大数字经济，加快发展以绿色算力为引领的新质生产力。

中国信息通信研究院副院长胡坚波表示，随着计算和存储需求大幅提升，算力的能源消耗和温室气体排放也持续增长，发展绿色算力成为我国建设数字经济底座设施和展现节能降碳大国担当的重要命题。当前，绿色算力围绕算力生产、供给、运营、应用的全过程，积极推进算力设备、算力载体、算能协同和算用协同等多个环节绿色化发展，呈现绿色转型新趋势。

正如国家数据局局长刘烈宏深刻指出，推动绿色算力产业发展，对发展新质生产力、落实“双碳”战略具有重要意义。

智算中心“绿化”怎么干？

除了国家层面“东数西算”、全国一体化算力网络布局等助力绿色算力的顶层设计外，数据中心本身是“低碳”责任的主体。国务院发布的《2024－2025年节能降碳行动方案》为数据中心节能改造提供了明确的指导和政策支持。通过加快用能产品设备和设施的更新改造，数据中心可以实现更高效的运行，降低能耗，减少二氧化碳排放。

进入智算时代，相比于传统的数据中心，智算中心的拓展瓶颈已经从机柜这种物理空间，转变为能源供给和制冷能力。面对“有多少电用多少电”的现状，追求上架率对智算中心已经没有太多意义。相反，优化用电效率，实现能效比的最大化，能源建设与管理显得尤为重要。

天津联通相关技术人员在接受《通信产业报》全媒体记者采访时表示，智算中心能源建设的管理策略，包含能源需求评估、绿色能源利用、能源效率优化、设备能耗监控、能源安全管理、应急预案制定、能源成本控制，以及持续改进与评估等方面，以确保智算中心的能源供应稳定、高效、安全、环保。

截至目前，工信部先后发布多批绿色数据中心领域先进适用技术目录，涵盖数据中心高效冷却、高效供配电、高效系统集成、信息设备节能降碳、智能化运维管理等多方面节能降碳技术。

业内专家认为，在能源需求侧即智算中心内，智算中心可以采用液冷、高压离心式变频水冷、封闭冷通道等先进制冷技术，使得机房散热能耗降低50%以上，PUE值降至1.2以下，节约空调电费超过50%，提高服务器算力5%~10%。此外，也有智算中心建立运行数据实时采集、分析与控制平台，利用人工智能技术优化温控供电模式，实现智能化精确制冷，推动制冷耗电量下降。

其中，主流液冷技术已覆盖风液冷混合、冷板液冷、浸没式液冷、喷淋式液冷等领域。相较而言，冷板式技术更为成熟，已在数据中心实现规模化商用。

在能源供应侧，使用绿色电力，从根本上实现节能降碳。在“东数西算”部分地区，可以依托当地“绿电+冷能”资源，构建源网荷储一体化的绿色能源供给体系，推动智算中心绿电直供，不断提高绿电消费比例，降低绿电使用成本，充分利用自然冷源。

算力电力双向协同是推动算力绿色化转型的重要机制之一。算电协同措施包括提升电网的智能化水平、增加新能源占比，鼓励算力基础设施侧部署储能设施、错峰用电，通过市场协调机制，提升数据中心的能源利用效率和清洁能源比例。

在毕马威中国管理咨询数字化业务合伙人季刚看来，由于AI能耗比较大，所以绿电、自然水冷散热，以及机房选址就非常重要。如机房放到海底，再如机房放到空旷无人的沙漠，用光能发电加上储能设备等。

久久为功长期使命

《深入实施“东数西算”工程加快构建全国一体化算力网的实施意见》提出，到2025年底，综合算力基础设施体系初步成型，算力电力双向协同机制初步形成，国家枢纽节点新建数据中心绿电占比超过80%。

据了解，自首批国家绿色数据中心名单公示，截至目前，我国已遴选出5批共计246家国家绿色数据中心。据调研摸底，2023年度国家绿色数据中心PUE平均值已从首批次的1.6下降至1.2；数十家数据中心通过绿色化升级改造，可实现年节电量1.8亿kWh，相当于减少二氧化碳排放10.2万吨；WUE平均值，2023年度国家绿色数据中心为1.08L/kWh；可再生能源电力平均利用率，2023年度国家绿色数据中心已达到50%以上。

我国正在通过多种举措推动数据中心应用先进绿色技术，以更好地推动节能减碳，助推经济社会绿色转型，实现“双碳”目标。

目前，我国绿电、绿证市场逐步完善，数据中心在其中极为活跃，据2023年底统计，河北、浙江和江苏等省份的数据中心购买绿电规模较大，总交易电量超过17亿千瓦时，特别张北地区的数据中心，购买绿电超过14亿千瓦时。2024年1月至5月，中国南方五省区（广东、广西、云南、贵州、海南）绿电绿证交易量突破138亿千瓦时，超去年全年规模。数据中心、传统高耗能产业成为绿色消费主力军。

在中国广阔的西部，丰富的风、光资源正逐渐成为驱动绿色算力发展的新引擎。内蒙古、甘肃、青海等地为例，这些地区依托其得天独厚的自然条件，正大规模建设风电场、光伏电站，为东部的数据计算需求提供源源不断的绿色电能，为“东数西算”工程奠定了坚实的基础。

此外，中国移动智算中心（呼和浩特）定位于服务全国的万卡训练算力池，建设近2万张AI加速卡，可提供6.7EFlops（FP16）智能算力。项目采用冷板式液冷、智能母线等先进节能技术，PUE可低至1.15，打造了行业领先的绿色低碳智算中心标杆。

中国电信（国家）数字青海绿色大数据中心全年314天不开启空调，通过自身储备碳汇实现“碳中和”，以“绿色、零碳、可溯源”为典型特征实现100%清洁能源供电，每年减碳约30万吨，相当于植树造林2000万棵，PUE值也能保持在1.2以下。

中国联通（怀来）大数据创新产业园，利用所在地的自然冷量，来减少对制冷设备的依赖，可节约冷却能耗40%，预计年节约用电量约3.2亿度，减少二氧化碳的排放量约29.1万吨。并引进国际先进的间接蒸发冷却技术，充分利用自然冷源为数据机房提供24℃的送风，将再生能源使用率提高到80%以上，PUE值降到1.2以下。

绿色算力是一个系统工程，涉及底层芯片、服务器厂家、系统集成商、云服务、电力系统、储能企业、超算运营商等多种企业主体。华为、中兴通讯、超聚变、联想、中科曙光、新华三、浪潮、中科可控等企业也都在押注绿色算力，从服务器基础部件到整机系统到整个数据中心，从液冷到余热回收等综合技术，从降低能耗到提升服务器计算效率等不同方向都在发力。

其中，华为有面向大型数据中心系统级AI能效调优解决方案iCooling@AI，中兴通讯液冷服务器支持冷板式液冷和浸没式液冷两种液冷方案，超聚变FusionPoD for AI新一代全液冷整机柜GPU服务器柔性100%全液冷散热，联想海神温水水冷技术使服务器散热效率达98%。

绿色算力的核心在于提高能效比，减少能源消耗的同时提升计算能力。从数据中心的建筑设计到运营维护，从服务器的芯片技术到冷却系统，每一个环节都在进行着绿色化的革新。绿色算力的发展已不仅仅是ICT迭代的路径选项，更是产业链需要共同面对的时代命题。