云計算搭上“碳中和”，駛向節能減排快車道

極端氣候事件頻發、生態環境惡化、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面影響越來越多。

2021年國務院政府工作報告中指出，扎實做好碳達峰、碳中和各項工作，制定2030年前碳排放達峰行動方案，優化產業結構和能源結構。“碳中和”開始逐漸走進人們的視野。

我國碳排放主要集中在生產制造領域，尤其是能源電力、工業制造等高碳排放行業領域內的企業，必須通過更加精細、智能的數字化管理手段，實現“碳中和”。

當下，云計算成為企業數字化轉型的關鍵要素，云計算市場快速發展，數據中心也迎來爆發期。隨著節能減排工作的逐漸升入，云計算基礎設施也正朝著低能耗方向發展。

2009年，阿里巴巴在江蘇建立首個“電子商務云計算中心”，標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力，云計算在中國徹底爆發。

到2020年，國家發改委首次對“新基建”的概念進行正式解讀，其中，云計算成為新基礎設施的一部分，正式走向產業政策和人力資本投入的中心，將與人工智能、5G、物聯網、工業互聯網等新興技術融合發展，從底層技術架構到上層服務模式兩方面賦能傳統行業智能升級轉型。

與此同時，云計算也成為企業數字化轉型的關鍵要素。

相比于傳統數據中心，云數據中心為企業帶來了更低的成本、更短的上限周期和可伸縮性。

離散的企業數據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，云數據中心可以更有效的管理電源容量，優化散熱，利用最節能的服務器并提高服務器利用率。

當企業系統業務負載激增時，云計算可以調度閑置計算資源，保證網絡及應用程序的穩定運行；當企業系統業務負載下降時，云計算可將冗余資源轉入節能模式，或縮減企業基礎架構，降低成本的同時提高資源利用率，發揮綠色低碳特性。

在新基建助推下，云計算與互聯網廠商紛紛加碼數據中心建設投入。

其中，云計算數據中心在資源集約化、平臺運行效率、資源分配時滯等方面對傳統IDC作出進一步優化，可實現效率和成本的邊際最優。

近日，國家發改委等四部委發布意見指出，要加快構建全國一體化大數據中心協同創新體系。

根據智科咨詢研究報告數據顯示，2019年，中國IDC業務市場規模達到1562.5億元，同比增長27.2%，市場規模絕對值相比2018年增長超過300億元。

不過，由于電力成本占比過半，行業耗電量不斷攀升，IDC強需求、高能耗矛盾凸顯。國內IDC市場規模的擴展，帶來了行業耗電量的攀升。

據國網能源研究院預測，到2030年，我國數據中心用電量將突破4000億千瓦時，占全社會用電量的比重為3.7%。

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

此外，我國IDC行業PUE偏高也造成了耗電量的增長。

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

2019年，我國數據中心平均PUE為2.2，而當時美國的均值1.9。

隨著5G逐步商用，數據中心發展已勢不可擋，而“碳中和”理念的逐步深化，也使得綠色節能的建設重要性愈發凸顯。

此前，數據中心要做到碳中和，只有節能減排，盡可能降低數據中心能耗，而大部分數據中心減少能耗的措施主要還停留在空調制冷方面，比如微軟水下數據中心，以及很多新建的大型數據中心建設在內蒙、貴州等地，希望能利用溫度適宜的周邊環境，減少數據中心的制冷能耗。

今年5月，工信部等四部門聯合印發《全國一體化大數據中心協同創新體系算力樞紐實施方案》的通知，其中指出，隨著各行業數字化轉型升級進度加快，特別是5G等新技術的快速普及應用，全社會數據總量爆發式增長，數據資源存儲、計算和應用需求大幅提升，迫切需要推動數據中心合理布局、供需平衡、綠色集約和互聯互通，構建數據中心、云計算、大數據一體化的新型算力網絡體系，促進數據要素流通應用，實現數據中心綠色高質量發展。

而此前2020年12月，發改委發布關于加快構建全國一體化大數據中心協同創新體系的指導意見，提出，到2025年，東西部數據中心實現結構性平衡，大型、超大型數據中心運行電能利用效率降到1.3以下。

目前，數據中心在基礎設施方面的降耗已有一定成績。根據相關權威統計，2019年底，全國對外服務型數據中心平均PUE近1.6。云計算基礎設施正朝低能耗方向發展。

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

2019年，大型及超大型數據中心PUE分別為1.55、1.46，規劃在建的大型及超大型數據中心PUE分別為1.39、1.36。由此可見，大型及超大型數據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定，新能耗大戶“數據中心”正迎來新變革。

7月27日，北京市發展和改革委員會官網發布《關于印發進一步加強數據中心項目節能審查若干規定的通知》。

通知顯示，為加強北京市內數據中心項目節能審查，即日起北京市內新建、擴建數據中心若PUE值超1.4，將被征收差別電價電費。

這一規定也意味著不達標的數據中心每年將付出高昂的額外電費。

除北京以外，深圳市工業和信息化局也印發了《深圳市2021年工信領域重點用能單位能耗在線監測系統建設工作方案》，其中提出，到2021年底前，全市工信領域綜合能源消費總量5000噸標煤以上（含5000噸）的重點用能單位全部安裝電力系統遠傳監測儀表或建成能源管理中心，實現一級、二級能源計量數據在線采集和傳送，并與市級公共服務平臺（深圳節能在線）互聯互通。

在2025年底前，在確保全市工信領域重點用能單位實現用電數據的在線監測和數據上傳的情況下，逐步接入其他能源品種數據。

分析人士普遍認為，北京、深圳的數據中心規范和標準，將促使更多大型、超大型數據中心向中西地區轉移。

此外PUE值要低于1.4，數據中心的傳統風冷散熱技術模式已難以滿足，特大城市內數據中心則將采用液冷技術。

基于“碳中和”所帶來的綠色集約化政策引導，技術綠色化趨勢明顯。其中，從傳統風冷技術向液冷技術轉化，是在“碳中和”背景下數據中心的主流技術趨勢之一。

業內普遍認為，液冷技術是降低數據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據研究所所長何寶宏指出，高密度計算正促使數據中心液冷技術興起，液冷不僅是制冷方式的改變，還可能變革整個數據中心生態。

據了解，目前，在國外，IBM、谷歌、英特爾等公司已在該領域展開研究，而在國內，以網宿科技、華為、中科曙光等科技公司也投入相關技術研發與市場拓展。

液冷，是指使用液體作為熱量傳輸媒介，為發熱部件進行換熱，進而帶走熱量的技術。

液體傳導熱能效果更好，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生明顯變化，能夠穩定CPU溫度。

與風冷系統相比，液冷能節省約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，因此液冷數據中心在高海拔地區仍然可以保持較高的散熱效率。采用液冷技術之后，IT部件故障率將會大幅降低，減輕了運維難度。

此外，液冷數據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和供水系統，從而能夠滿足居民供暖和溫水供應等需求。在節約能源的同時，還創造了新的附加值。

經過多年發展，液冷技術相關應用日益成熟。隨著5G商用的推進，新的業務場景正帶來更多高性能、高密度的計算需求，液冷技術迎來了更廣闊的應用前景。

總體而言，數據中心要實現可持續發展，需要以最小的代價實現最高的效果，提高性價比。

通過技術創新，在芯片上、系統上、數據中心上不斷優化方案，使算力能夠滿足業務的需要。與此同時，還要能控制成本，在實現節能減排的同時保證成本不會因此增加，由此才能實現長遠發展。

本文來自微信公眾號“科技云報道”（ID:ITCloud-BD），作者：科技云報道，36氪經授權發布。