算力是激活新質(zhì)生產(chǎn)力、推動數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的核心力量，同時也是能源消耗增長較快的領(lǐng)域之一。在AI爆發(fā)增長情景下，2030年我國算力中心用電或超過7000億kWh，占全社會用電量將達(dá)到5.3%。2024年7月和8月，國家發(fā)改委、網(wǎng)信辦等部門先后發(fā)布《數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展專項行動計劃》和《數(shù)字化綠色化協(xié)同轉(zhuǎn)型發(fā)展實施指南》，旨在推動數(shù)字產(chǎn)業(yè)綠色低碳發(fā)展，加快綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)。發(fā)展綠色算力成為支撐經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展的必然選擇。
發(fā)展綠色算力是大勢所趨
1.綠色算力內(nèi)涵
綠色算力是指面向算力全生命周期，對算力生產(chǎn)、供給、運(yùn)營和應(yīng)用的全過程，實現(xiàn)算力現(xiàn)代化高質(zhì)量綠色化發(fā)展。包括算力設(shè)備綠色高效、算力設(shè)施節(jié)能運(yùn)行、算能協(xié)同布局和算用普惠四個方面。
表1 綠色算力內(nèi)涵
2.新形式推動綠色算力快速發(fā)展
AI算力爆發(fā)使節(jié)能降碳面臨更大挑戰(zhàn)。ChatGPT每天需處理約2億次請求，電力消耗超50萬kWh，約為1.7萬美國家庭的日用電量。英偉達(dá)H100峰值功耗為700W，遠(yuǎn)超普通家庭平均功耗。預(yù)計至2025年，全球GPU產(chǎn)能將達(dá)600多萬片，年復(fù)合增速不低于30%，能源短缺或?qū)㈦S之而來。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2023年我國算力中心能耗總量1500億kWh，同比增長15.4%，約占全社會用電量的1.6%，預(yù)計到2030年，或超過7000億kWh，對算力用電規(guī)模、能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型提出更高要求。
國家和地方政策引領(lǐng)算力綠色低碳發(fā)展。國家層面，《算力基礎(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量發(fā)展行動計劃》、《關(guān)于深入實施“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》等政策，推動綠色算力進(jìn)入算力算效提升、綠色能源利用和數(shù)智賦能階段。地方層面，北京提出提升智算中心綠色低碳水平，廣東到2025年要建成全國第一、全球領(lǐng)先的算力樞紐中心，貴州支持?jǐn)?shù)據(jù)中心企業(yè)采購綠色能源，因地制宜積極推動算力綠色化發(fā)展。
算力企業(yè)和科技巨頭積極踐行綠色算力。中國電信開展“1248”雙碳行動，十四五期間實現(xiàn)大型、超大型綠色數(shù)據(jù)中心占比超80%。中國移動發(fā)布“C2三能一碳達(dá)峰碳中和行動計劃”，創(chuàng)新構(gòu)建“三能六綠”發(fā)展模式。中國聯(lián)通通過《“碳達(dá)峰、碳中和”十四五行動計劃》明確“3+5+1+1”碳達(dá)峰碳中和行動方案。谷歌自2010年起總計購買約10GW清潔能源發(fā)電能力（圖1），亞馬遜連續(xù)第四年成為全球最大的清潔能源買家（圖2），目前已實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心100%可再生能源使用。
圖1 谷歌可再生能源采購量與總用電量的比較
圖2 全球企業(yè)可再生能源購電協(xié)議（PPA）亞馬遜位居榜首
綠色算力發(fā)展趨勢
2024年我國綠色算力在生產(chǎn)、供給、運(yùn)營和應(yīng)用等環(huán)節(jié)取得了相關(guān)進(jìn)展，算力設(shè)備和設(shè)施、算能協(xié)同和算用普惠方面實現(xiàn)綠色化發(fā)展。
1.技術(shù)創(chuàng)新推動算力設(shè)備綠色高效發(fā)展，打造綠色算力源頭
從產(chǎn)業(yè)鏈看算力設(shè)備包括芯片、服務(wù)器、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、算法和模型等。當(dāng)前，算力設(shè)備的綠色技術(shù)圍繞芯片、服務(wù)器等方面進(jìn)行。
芯片方面，先進(jìn)工藝和架構(gòu)優(yōu)化促進(jìn)高效節(jié)能。英偉達(dá)BlacKWell GPU，結(jié)合最新Transformer引擎、 NVLink、RAS引擎和解壓縮引擎等技術(shù)，支持10萬億參數(shù)模型進(jìn)行訓(xùn)練和實時LLM推理，性能提升30倍，能耗降低25倍。阿里倚天710內(nèi)含128核CPU，與飛天操作系統(tǒng)及CIPU 融合，性能提升30%以上，單位算力功耗降低 60%以上。
建設(shè)高密度服務(wù)器和優(yōu)化整機(jī)結(jié)構(gòu)提升計算效率和降低能耗。浪潮高密度服務(wù)器支持X86、ARM等多種計算平臺,性能提升60%—107%,支持CXL技術(shù)，有效數(shù)據(jù)帶寬提升達(dá)87%至125%。
2.多樣制冷技術(shù)、供配電和資源回收方案，助力算力設(shè)施綠色化
算力設(shè)施集信息計算力、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)載力、數(shù)據(jù)存儲力于一體，主要指算力中心基礎(chǔ)設(shè)施，涉及制冷、供配電、資源回收利用等方面。
液冷制冷技術(shù)優(yōu)勢明顯。采用冷板式液冷系統(tǒng)單機(jī)柜的功率密度從8-10kw提升至33kw，單機(jī)柜最大支持66kw供電。2023年6月，中國移動、中國電信、中國聯(lián)通三大運(yùn)營商聯(lián)合發(fā)布《電信運(yùn)營商液冷技術(shù)白皮書》。全國多地正加快建設(shè)液冷智算中心，大灣區(qū)、長三角、京津冀均有落地。
“源網(wǎng)荷儲”有機(jī)融合是數(shù)據(jù)中心能源結(jié)構(gòu)革新的突破點(diǎn)。其原理是通過精確控制社會電力系統(tǒng)中用電負(fù)荷和儲能資源，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的平衡。廈門ABB 工業(yè)中心將光儲充、暖通空調(diào)、氣象預(yù)報、生產(chǎn)管理等系統(tǒng)接入管理平臺，實現(xiàn)對“源-網(wǎng)-荷-儲”的柔性精準(zhǔn)調(diào)控。實施后，用電成本整體下降約22.98%。
余熱和水資源回收助力綠色算力變碳為零。中國移動哈爾濱數(shù)據(jù)中心將園區(qū)機(jī)房內(nèi)IT設(shè)備產(chǎn)生的余熱重復(fù)利用，作為辦公采暖和熱水的熱源。一期共提供余熱利用量10327kw，可供冬季采暖面積87117m²，每年節(jié)約供暖成本209萬元。
3.綠電綠證交易護(hù)航可再生能源使用，算能協(xié)同助力算力綠色高效利用
算能協(xié)同指通過算力和電力之間的協(xié)同作用，實現(xiàn)信息與能源的高效利用和優(yōu)化配置。2024年8月發(fā)布的《數(shù)字化綠色化協(xié)同轉(zhuǎn)型發(fā)展實施指南》落實國家戰(zhàn)略，有效推動新能源與算力的匹配布局。
可再生能源利用是算力綠色發(fā)展的重要手段。各國都在統(tǒng)籌可再生能源供應(yīng)與算力低碳發(fā)展�！稓W洲氣候中立數(shù)據(jù)中心公約》提出，2025年數(shù)據(jù)中心使用可再生能源電力要達(dá)75%，2030年達(dá)到100%。根據(jù)我國《綠色數(shù)據(jù)中心政府采購需求標(biāo)準(zhǔn)(試行)》，2025年可再生能源使用率達(dá)30%，2027年50%、2030年75%、2032年達(dá)到100%。
綠電綠證交易為可再生能源利用保駕護(hù)航。該交易即滿足清潔用能的需求，也是企業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的重要措施。2024年4月，國家能源局印發(fā)《可再生能源綠色電力證書核發(fā)和交易規(guī)則》，為推動可再生能源高質(zhì)量發(fā)展提供指導(dǎo)。截至2024年7月，全國累計核發(fā)綠證8.89億個，全國累計交易綠證2.91億個。
算能協(xié)同實現(xiàn)算力資源有效動態(tài)調(diào)度，提升資源利用率。國家層面，2024年8月，“東數(shù)西算”六大集群算力調(diào)度平臺實現(xiàn)互聯(lián)互通；企業(yè)層面，電信運(yùn)營商及云服務(wù)商聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游建設(shè)算力調(diào)度平臺，基于能源調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)算能協(xié)同，推動按需、動態(tài)用能。
4.算用普惠推動綠色算力賦能千行百業(yè)
算力已經(jīng)融入經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展各領(lǐng)域全過程，改變了人們的生產(chǎn)生活方式和社會治理方式，帶動了產(chǎn)業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型。
算用普惠助力交通運(yùn)輸行業(yè)降碳減排。交通運(yùn)輸行業(yè)的碳排量約占全國總排放量的10%。2024年5月，國務(wù)院印發(fā)《2024—2025年節(jié)能降碳行動方案》要求，2025年底交通運(yùn)輸領(lǐng)域碳排放強(qiáng)度較2020年降低5%。綠色算力賦能交通運(yùn)輸場景，通過將城市交通中相關(guān)對象的數(shù)據(jù)傳遞給交通“智慧大腦”,實現(xiàn)公共交通的整體優(yōu)化、精細(xì)運(yùn)營和降碳減排。早在2022年，北京智能交通系統(tǒng)就通過采集五環(huán)路內(nèi)1535個路口的交通流量信息，實現(xiàn)路口信號協(xié)調(diào)控制，路網(wǎng)通行能力提升15%，有效減少機(jī)動車排放。
算用普惠賦能園區(qū)綠色運(yùn)營。我國園區(qū)耗能約占全社會總耗能的69%，碳排放約占全國總排放的40%。零碳園區(qū)的建設(shè)對落實“雙碳”政策至關(guān)重要。綠色算力助力園區(qū)實現(xiàn)安全生產(chǎn)管控、環(huán)境質(zhì)量檢測、能源管理等，全面提高園區(qū)的智能化水平和運(yùn)營效率。海寧泛半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)園通過數(shù)字化園區(qū)平臺，統(tǒng)籌管理能耗數(shù)據(jù)，通過“碳大腦+多能協(xié)同+綠電基建”運(yùn)行模式，科學(xué)客觀反映園內(nèi)企業(yè)的碳排放狀況和碳中和進(jìn)程，為雙碳目標(biāo)提供數(shù)據(jù)支撐。
算用普惠賦能工業(yè)領(lǐng)域節(jié)能降碳。我國工業(yè)領(lǐng)域碳排放量占全國總排放量的約40%，算力與新一代信息技術(shù)結(jié)合，從能源消費(fèi)、利用和生產(chǎn)過程等方面，助力工業(yè)節(jié)能減排。寶鋼股份數(shù)字化碳管理平臺，基于云邊協(xié)同大數(shù)據(jù)中心，集成各生產(chǎn)單元生產(chǎn)、能源、排放、運(yùn)輸、等實時數(shù)據(jù)，進(jìn)行實時碳管理模型運(yùn)算，動態(tài)跟蹤各單元碳排放。投運(yùn)后，排放強(qiáng)度從2.16左右下降到1.98以下。
運(yùn)營商綠色算力發(fā)展的建議
大力推動算力綠色化發(fā)展，是實現(xiàn)我國建設(shè)數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施、展現(xiàn)大國擔(dān)當(dāng)?shù)闹匾}。運(yùn)營商作為國資央企，應(yīng)當(dāng)積極響應(yīng)國家雙碳目標(biāo)，通過切實可行的舉措積極推動算力“向綠而行”。
扎實推進(jìn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能降碳。依托高效加速芯片、開源計算框架、MOE模型等協(xié)同優(yōu)化，降低GPU集群用能成本。優(yōu)化數(shù)據(jù)中心設(shè)計，可利用自然冷源、熱回收技術(shù)以及高效率的電源管理系統(tǒng)，降低能耗。密切跟蹤氫能、先進(jìn)儲能電池等新能源技術(shù)發(fā)展，完善自研綠色低碳解決方案，推進(jìn)AI算法和大數(shù)據(jù)賦能數(shù)據(jù)中心節(jié)能降碳。
加強(qiáng)算力和電力的協(xié)同發(fā)展。推進(jìn)運(yùn)營商與電力主導(dǎo)企業(yè)的深度合作，開展綠電長期直購電協(xié)議、算力+能源融合建設(shè)等創(chuàng)新模式，加強(qiáng)超萬卡GPU集群附近的新型電力基礎(chǔ)設(shè)施合作建設(shè)等。
匯聚社會算力，推進(jìn)算力普惠。依托運(yùn)營商在算力并網(wǎng)、算網(wǎng)調(diào)度平臺等方面有優(yōu)勢基礎(chǔ)，持續(xù)優(yōu)化算力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，接入和納管社會算力，強(qiáng)化多元算力互聯(lián)互通，為中小企業(yè)提供綠色、普惠和易用算力。
