数据中心忙瘦身让电老虎变身绿巨人

　　贵州已成为世界聚集超大型数据中心最多的地区之一，图为工作人员在中国移动贵阳数据中心机房内巡检。 （新华社/图）
　　没有高炉和烟囱，方方正正的＂大盒子＂里装着成千上万的机架和设备，其本身不直接产生碳排放，却是公认的＂不冒烟的钢厂＂。
　　这就是云端＂智慧大脑＂——数据中心。网上购物、移动支付、打游戏、搜索查资料……10.32亿中国网民享受便捷服务之时，背后依靠的都是这些＂吞电神兽＂。
　　生态环境部环境规划院专家团队2022年2月发布研究测算表明，2021年全国数据中心能源消耗2166亿千瓦时，占全社会用电量的2.6%左右；二氧化碳排放量约1.35亿吨，占全国二氧化碳排放量的1.14%左右，与举办37次卡塔尔世界杯的排放总量接近。
　　＂一个数据中心动辄一两万个机架，集中于云端的多数计算任务来自各地，所以本身设备供电和散热降温的能耗都很厉害，存在进一步优化减排的空间。＂香港中文大学（深圳）理工学院副教授赵俊华对南方周末记者介绍。
　　随着云计算、5G 等技术发展，数据中心需求、用电规模也将不断攀升。中国信通院（CAICT）发布的《数据中心白皮书（2022年）》显示，截至2021年底，全国在用数据中心机架规模达520万架，近五年年均复合增速超过30%，大型以上数据中心机架规模增长更为迅速，全年中国数据中心行业市场收入为1500亿元左右。前述生态环境部环境规划院的研究预计，到2025年，数据中心能源消耗总量达3500亿千瓦时，二氧化碳排放2.1亿吨。
　　让数据中心变＂绿＂，已成为碳中和路上必须啃下的硬骨头。国务院印发的《＂十四五＂数字经济发展规划》提出，加快构建算力、算法、数据、应用资源协同的全国一体化大数据中心体系；持续推进绿色数字中心建设，加快推进数据中心节能改造，持续提升数据中心可再生能源利用水平。
　　降低PUE值
　　说到数据中心的能耗，很多人都会提到一个很关键的指标：PUE。
　　如同发烧需要量体温来体检，PUE（Power Usage Effectiveness，平均电能使用效率）就是数据中心的＂体温计＂，通过数据中心消耗的所有能源与 IT 负载使用的能源之比，计算出＂体检＂的比值，这个数值越接近于1，代表能源利用率越高。
　　PUE值越大，意味着越多电力没有用在服务器执行运算的有效消耗上，而是花在了散热、配电等系统能耗上。数据中心由建筑、供配电、制冷、安防和机架等基础设施，以及服务器、网络和存储等IT设备共同构成，机器运转和散热冷却的耗电量都非常大。
　　随着＂双碳＂目标的提出和＂东数西算＂工程的实施，国家对数据中心绿色和低碳的要求越来越高。
　　2021年，工信部印发的《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》要求，到2023年底，全国数据中心机架规模年均增速保持在20%左右，平均利用率力争提升到 60%以上，＂新建大型及以上数据中心PUE降低到1.3以下，严寒和寒冷地区力争降低到1.25以下＂。
　　2022年，工信部要求对大型、超大型数据中心开展全面节能监察,核算 PUE实测值，检查能源计量器具配备情况，结合近年数据中心专项节能监察情况，梳理建立本地区重点数据中心能效工作台账。
　　地方亦在加大改造或逐步腾退落后数据中心。以北京为例，2021年北京提出逐步关闭年均PUE高于2.0或平均单机架功率低于2.5千瓦或平均上架率低于30%的功能落后的备份存储类数据中心；北京发改委还要求年能源消费量达到 5000吨标准煤及以上的项目，应当建设能耗在线监测系统，按照相关标准要求实现 PUE 值测量，并接入北京市节能监测服务平台；同时，将PUE值与电价联动，PUE值越高的项目，每度电加价也越高。
　　正是在这种背景下，翻开几乎所有科技互联网公司的碳账本，大家都在想办法降低数据中心PUE值。
　　腾讯集团可持续社会价值副总裁许浩接受南方周末记者采访时表示，腾讯团队在降低PUE值时，是＂既盯着分子，也盯着分母＂。＂盯着分子＂意味着从各种方面降低数据中心的能源消耗，比如寻找更高效的散热的手段，如采用水冷技术，或是把数据中心的选址放在平均气温相对较低的地方，又或把数据中心产生的余热利用起来，这些都可以降低数据中心的整体用电量。＂盯着分母＂，指的是针对数据中心服务器的两大瓶颈CPU计算量和I/O存储量，利用技术动态调节两者的能耗，＂比如说当存储量满负荷运转，能不能让CPU降频运行，这样就能降低能耗＂。
　　探索低温芯片、提高算力等也是数据中心能耗＂瘦身＂的思路之一。阿里巴巴罗汉堂可持续发展科学家刘伟向南方周末记者透露，阿里巴巴推出了优化过的服务器和芯片——计算资源显著减少的＂M6＂AI 模型支持电子商务平台，搜索算法性能提升200%、能源成本降低58% 的人工智能推理芯片含光800。二者可以将能效比提升50%以上＂，未来会应用到数据中心＂。
　　2022年5月24日，工作人员在中国移动贵阳数据中心展厅内介绍大数据项目。 （新华社/图）
　　寻找＂绿＂电
　　＂数据中心要消耗大量电力，电力主要来自火电等高排放来源，所以当耗电量越大，碳排放量也就越高。如果数据中心加大绿电的利用，那碳排放量就减少。＂《碳中和时代》一书作者汪军向南方周末记者解释。
　　显而易见，哪里有充沛且低廉的绿电，就会吸引＂电老虎＂们安家落户，＂南贵北乌＂已成为科技互联网企业的＂兵家必争之地＂。
　　贵州省贵安新区因数据中心产业集聚名声大噪。当地年平均气温14摄氏度左右，夏无酷暑冬无严寒，有良好的天然散热条件。同时，贵州发电结构中火电仅占六成左右，三成来自水电，其余是风光并济的绿电。
　　据《贵州日报》2022年10月报道，十年以来，贵州省新能源装机容量从116.52万千瓦增至1672 万千瓦，装机规模增长13倍。更重要的是，为了支持大数据产业，贵安新区直管区范围内大型数据中心（服务器10万台以上，机架6000个以上）实行0.35元/千瓦时的电价优惠政策。
　　当地政府官网显示，以腾讯贵安七星数据中心为圆心，在半径4公里区域内规划建设了14个超大型数据中心，预计总投资超过400亿元，可承载服务器超过400万台，＂是全球超大型数据中心聚集最多的地区之一＂。
　　而年平均气温仅5-7摄氏度的内蒙古乌兰察布则像一座天然＂大空调＂，吸引了苹果、华为、快手等多家公司数据中心落地。乌兰察布市政府官网显示，2022年4月开工的中国银保信数据中心项目是当地2022年重点项目，建成后将为这片＂草原云谷＂再添6000台柜机和6万台服务器或其他IT设备。
　　除了直接提升绿色能源使用比例，完善储能系统，改进制冷等措施之外，随着绿电市场制度的完善，数据中心的绿电交易也将发挥重要作用。
　　许浩表示，绿电是腾讯碳中和战略的最大抓手，腾讯深度参与2021年和2022年广东省绿电市场交易，探索如果以100%绿电为目标可能遇到的问题，＂期待未来绿电规模扩大，实行跨区交易来改变供需错配的现状，也是中国碳中和进程需要解决的痛点问题＂。
　　＂从全行业来说，科技互联网公司碳排放总量不大，主要是来自范围二的碳排放（企业由购买的能源，包括电力、蒸汽、加热和冷却等，产生的间接排放），不论这些企业是自有数据中心还是自身就是云服务供应商，通过购买绿电其实是一种较为简单可控的降低碳排放的手段。＂贝恩公司全球合伙人、大中华区能源转型业务主席邹娟对南方周末记者说。
　　＂东数西算＂工程＂预计减排超30%＂
　　绿色数据中心不仅是一块难啃的＂硬骨头＂，也蕴含着巨大商机。数据中心的改造、迁移、新建或产业集聚，将带来万亿级市场和可观的降碳效益。
　　＂数据中心节能减排最大的动作，可以说是国家推动的‘东数西算’工程。东部计算需求高，但土地和电力资源紧张；西部和北部地区绿电资源丰富，但消费需求不高。＂赵俊华多年来从事电力系统和能源经济方面的研究，他的团队最近就在做＂东数西算＂工程减排效益的分析，＂预计能减排超30%＂。
　　前述中国信通院报告显示，＂东数西算＂工程的实施需依托八大枢纽节点，同时还需结合算力网络相关技术，将优化数据中心布局，促进东西联动，实现算力的高效调度和使用。
　　据中国科学院大学人工智能学院雷渠江教授观察，数据中心的迁移不光是从东部到西部，就连省内的迁移趋势也很明显。比如广东韶关作为全国八大枢纽节点之一，全省工业电价最低，来自广深的多家企业数据中心就落户于此。
　　＂高PUE值数据中心的改造成本高，技术难度大，所耗费用不如直接新建一个更‘绿’的数据中心，机器设备是容易迁移的，人工智能的技术也能更好地应用于芯片、IDC温控、冷却设备和机房负荷等方面。另外，数据中心的建设和运维其实需要很多人员参与，西部地区不仅新能源资源禀赋强、土地便宜，而且人力成本也较东部地区低。＂雷渠江对南方周末记者介绍，随着人工智能相关产业发展，未来对数据中心的需求越来越大，＂东数西算＂工程可以从根源上较好解决数据中心节能减排的问题。
　　2022年9月，中国移动通信集团设计院有限公司的咨询设计总监娄小军在一次演讲中指出，绿色数据中心的定义不断发展和完善，当前有四个可量化和可操作的关键指标：PUE、WUE（单位IT设备用电量下数据中心的耗水量）、装机率、可再生能源利用率。从＂双碳＂目标和以后的技术发展来看，国家会更注重数据中心全生命周期内能源资源利用效率最大化、环境影响最小化。
　　在这个过程中，不论是西部进一步聚拢大数据产业，还是东部逐步腾退数据中心，雷渠江认为，＂就像前些年国家规范高耗能高排放的工业企业一样，政策引导和企业参与都很重要，我看到许多投资人也在这块寻找机会。＂
　　南方周末记者 黄思卓 南方周末实习生 梁晓健