提及數(shù)據(jù)中心，目前有兩個(gè)明顯的標(biāo)簽，一是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的底座，作為新型基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)中心是算力提升、數(shù)字化轉(zhuǎn)型必不可少的關(guān)鍵；一是碳排放大戶，統(tǒng)計(jì)顯示，2021年我國(guó)數(shù)據(jù)中心用電2166億度，占全國(guó)總電耗的2.6%，碳排放量達(dá)1.22億噸。

如果不采取措施，伴隨不斷擴(kuò)大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，數(shù)據(jù)中心碳排放將快速上升，最終將影響生產(chǎn)、生活，這一情況下，降碳成為數(shù)據(jù)中心必須重視且需要持續(xù)推進(jìn)的事項(xiàng)，以實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。而在諸多降碳舉措中，節(jié)能減電可謂最受關(guān)注。

節(jié)碳必須進(jìn)行大幅度節(jié)能

數(shù)據(jù)中心在建設(shè)、運(yùn)行過(guò)程中均會(huì)產(chǎn)生碳排放，兩者相比，絕大部分用能排碳都是在運(yùn)行期間產(chǎn)生，這也是本文主要討論的部分。

以機(jī)柜數(shù)1000，單機(jī)柜2.5千瓦時(shí)的數(shù)據(jù)中心為例，其運(yùn)營(yíng)期間年用電量可達(dá)到2190萬(wàn)度，且數(shù)據(jù)中心運(yùn)行周期長(zhǎng)達(dá)20—30年，具備不間斷運(yùn)行特點(diǎn)，需要長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)用電，而大部分電量由電網(wǎng)供給，目前火電（高排放化石能源發(fā)電）在能源結(jié)構(gòu)中依舊占據(jù)重要地位，這也成為數(shù)據(jù)中心碳排放的主要來(lái)源。因此，降低碳排放實(shí)際上是逐步減少并抵消火電的過(guò)程。

從這一角度出發(fā)，當(dāng)前相關(guān)舉措可分為三個(gè)層面：用能方面，運(yùn)用多種節(jié)能手段，減少各環(huán)節(jié)用電量，實(shí)現(xiàn)各階段能效的提升；供能方面，提高新能源使用比例，通過(guò)配備分布式新能源發(fā)電設(shè)備、綠電直供等方式優(yōu)化自身能源使用結(jié)構(gòu)，提升新能源發(fā)電電量，減少火電使用比例；抵消方面，則是采用購(gòu)買綠電、綠證等市場(chǎng)行為進(jìn)行碳消納。

想要實(shí)現(xiàn)低碳，乃至于零碳，這三方面缺一不可。尤其是用能方面的舉措，是減碳必不可少，在當(dāng)前階段甚至是最重要的一環(huán)。

究其原因，相較于改變供能結(jié)構(gòu)及碳抵消市場(chǎng)化手段，大幅度的減少用能，是可以在相對(duì)較短的時(shí)期內(nèi)快速、有效、直觀且能夠顯著降低碳排放的手段，且在技術(shù)與市場(chǎng)方面已經(jīng)具備深化發(fā)展的條件與潛力。同時(shí)，作為用能的主體，數(shù)據(jù)中心在此方面的實(shí)踐與發(fā)展更具主動(dòng)性，相關(guān)節(jié)能技術(shù)及相關(guān)解決方案更具創(chuàng)新活力，能夠有較好的實(shí)踐成果，是企業(yè)積極承擔(dān)自身社會(huì)責(zé)任的體現(xiàn)，是推動(dòng)行業(yè)整體實(shí)現(xiàn)切實(shí)降碳的必要舉措。

與PUE密切相關(guān)，減少制冷、供配電用能成焦點(diǎn)

數(shù)據(jù)中心的用能部分為IT設(shè)備、制冷系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、照明及其它。其中，減少制冷、供配電系統(tǒng)的用能用電成為主要關(guān)注對(duì)象。這主要是因?yàn)閮烧呔cPUE相關(guān)。

作為衡量數(shù)據(jù)中心能效水平的重要指標(biāo)，PUE成為近年來(lái)行業(yè)中最為人耳熟能詳?shù)臒嵩~。

國(guó)家和地方發(fā)布多項(xiàng)政策不斷推動(dòng)PUE值的降低，2017年，《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》提出，新建大型云計(jì)算數(shù)據(jù)中心PUE值低于1.5；2019年，《關(guān)于加強(qiáng)綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》提出，既有大型、超大型數(shù)據(jù)中心PUE值不高于1.8；2021年，《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2021—2023年）》提出，到2023年底，新建大型及以上數(shù)據(jù)中心PUE降至1.3以下，嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)力爭(zhēng)降至1.25以下；2021年底及2022年初，國(guó)家發(fā)展改革委等部門在“東數(shù)西算”復(fù)函中提出東部數(shù)據(jù)中心集群平均PUE小于1.25，西部則小于1.2。

可以說(shuō)，低PUE也成為數(shù)據(jù)中心能夠進(jìn)行建設(shè)、改造、運(yùn)行的必備條件。而PUE是數(shù)據(jù)中心總耗電量與數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備耗電量的比值，想要降低PUE，便需要盡可能將電能全部用于IT設(shè)備，減少其他部分的用電。用能方面的節(jié)能減電舉措恰恰符合這一特性。

制冷是IT設(shè)備之外的大耗能源，以PUE為1.5的數(shù)據(jù)中心為例，其IT設(shè)備耗能約占67%，制冷系統(tǒng)約占27%，供配電系統(tǒng)約占5%，照明及其它約占1%。減少其能耗，是降低PUE的主要途徑，也恰恰是用能方面減少用電的重要組成。

通過(guò)優(yōu)化原有制冷方式，增強(qiáng)自然冷源利用，引入先進(jìn)技術(shù)等，數(shù)據(jù)中心能夠有效提升效能，減少電量的使用，如當(dāng)下被討論最多的液冷，其比熱容遠(yuǎn)高于空氣，單位體積熱容量是風(fēng)冷的1000倍以上，熱量傳導(dǎo)效率更高，系統(tǒng)耗電量方面約比風(fēng)冷系統(tǒng)節(jié)省電量30%-50%，目前已經(jīng)有噴淋式、冷板式、浸沒(méi)式三種形式，正逐步應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心。

此外，數(shù)據(jù)中心在間接蒸發(fā)冷、全變頻氟泵技術(shù)等方面探索應(yīng)用也均有效減少了數(shù)據(jù)中心制冷方面的用電，提升了制冷效率。同時(shí)，想要實(shí)現(xiàn)理論上的制冷效果，需要進(jìn)一步優(yōu)化的地方依舊很多，如完善的市場(chǎng)制度、成熟的服務(wù)體系、更加低廉的成本、更突出的安全保證等，制冷上發(fā)展依舊長(zhǎng)路漫漫。

在第三大耗能部分——供配電系統(tǒng)方面，數(shù)據(jù)中心也有了長(zhǎng)足的發(fā)展，如高壓直流供電系統(tǒng)的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的UPS 相比，其具備系統(tǒng)效率高，系統(tǒng)擴(kuò)容便捷，系統(tǒng)穩(wěn)定性高、可維護(hù)性高等特征，能夠有效提升供電效率，起到良好的節(jié)能效果。

在使用高壓直流時(shí)，新建數(shù)據(jù)中心在綜合考慮成本和可靠性后，通常會(huì)采用市電+高壓直流雙路供電，這種方式供電效率達(dá)98%，消除了系統(tǒng)的單點(diǎn)故障瓶頸，提高了供電的可靠性，且在每個(gè)機(jī)架內(nèi)提供了交/直流兩路電源，在市電一路無(wú)需電能的轉(zhuǎn)換，可大程度提高系統(tǒng)效率。

通過(guò)節(jié)能減電的種種舉措，數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備之外的部分耗能降低，PUE呈現(xiàn)出持續(xù)下降的趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，相比于2017年，2019年我國(guó)在用超大型數(shù)據(jù)中心平均PUE值下降了0.17。

避免唯PUE論，減少IT設(shè)備用電是必要一環(huán)

PUE的重要性毋庸置疑，但如果唯PUE論，對(duì)于減少數(shù)據(jù)中心用電來(lái)說(shuō)卻有可能會(huì)造成相反的效果。

這主要是因?yàn)?strong>PUE具有片面性，如水蓄冷的應(yīng)用，其能夠?yàn)闄C(jī)房提供冗災(zāi)應(yīng)急供冷，通過(guò)利用谷段電力制冷，可有效節(jié)約電能，且涉及太陽(yáng)能、水能等清潔能源的利用，能夠提升清潔能源的消納，假如在用電高峰釋放出冷量給環(huán)境和設(shè)備冷卻使用，還可以起到削峰填谷的作用。但從PUE上來(lái)講，如果采用水蓄冷，用電量會(huì)增加，反而可能會(huì)造成PUE的增高。

IT設(shè)備方面的節(jié)能也可能出現(xiàn)這一情況，如果通過(guò)虛擬化技術(shù)等提高IT設(shè)備效率，雖然減少了IT設(shè)備總能耗，但I(xiàn)T設(shè)備耗能也隨之降低，造成PUE升高。

不過(guò)，IT設(shè)備是數(shù)據(jù)中心運(yùn)行過(guò)程中大的用電來(lái)源，因此，數(shù)據(jù)中心想要更進(jìn)一步的節(jié)約用能，減少碳排放，提升算能、算效，IT設(shè)備的節(jié)能繞不開(kāi)的一環(huán)。因此，對(duì)于減少IT設(shè)備用電，便不能僅從PUE上來(lái)判定，或者PUE應(yīng)綜合衡量，在推動(dòng)IT設(shè)備節(jié)能減電的過(guò)程中，設(shè)置一定的標(biāo)準(zhǔn)，將相關(guān)因素作為變量減除，以獲取具備衡量意義的數(shù)值。

那么，數(shù)據(jù)中心在IT設(shè)備在減電方面，又都有哪些解決方案或者探索？

芯片方面，更加適用于數(shù)據(jù)中心此種大規(guī)模算力場(chǎng)景的DPU誕生，其是以數(shù)據(jù)為中心構(gòu)造的專用處理器，采用軟件定義的技術(shù)路線，支撐基礎(chǔ)設(shè)施層的資源虛擬化、存儲(chǔ)、安全、計(jì)算等一系列功能。DPU在核心能力上要求突破更低的時(shí)延和更高的吞吐。

根據(jù)測(cè)試，通過(guò)使用NVIDIA ConnectX 智能網(wǎng)卡（具有DPU功能的網(wǎng)卡）處理網(wǎng)絡(luò)任務(wù)，在滿負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行的服務(wù)器CPU能耗從190瓦降至145瓦，下降了24%。依靠DPU，一個(gè)大型數(shù)據(jù)中心可在三年間縮減近200萬(wàn)美元的電力成本。

存儲(chǔ)設(shè)備方面，數(shù)據(jù)中心的基本核心功能便是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，但存儲(chǔ)消耗能源也極為巨大，數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)約占數(shù)據(jù)中心耗電量的35%。

針對(duì)此，為提升存力并降低能耗，數(shù)據(jù)中心在存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行了升級(jí)優(yōu)化，其中代表產(chǎn)品是閃存。統(tǒng)計(jì)顯示，閃存硬盤比機(jī)械硬盤節(jié)能65%以上。全閃存數(shù)據(jù)中心也已經(jīng)落地，在節(jié)能減碳放面表現(xiàn)突出。如興業(yè)銀行通過(guò)部署先進(jìn)閃存設(shè)備進(jìn)行全閃存替換，存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)超過(guò)60%的能耗節(jié)省。

節(jié)能IT設(shè)備方面，高轉(zhuǎn)換效率電源模塊、服務(wù)器風(fēng)扇節(jié)能控制、整機(jī)柜供電、液冷服務(wù)器等成為研究方向，這提升IT設(shè)備的高效使用，在減少用能用電的同時(shí)，滿足了高密度數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢(shì)；軟件系統(tǒng)方面，運(yùn)用智能化技術(shù)，通過(guò)在架構(gòu)和算法上的優(yōu)化，實(shí)時(shí)移動(dòng)工作負(fù)載，以大限度地利用活動(dòng)設(shè)備，并將不需要的設(shè)備置于深度空閑/低功耗狀態(tài)，以提升使用效率，降低電量的需求。

此外，優(yōu)化應(yīng)用和系統(tǒng)架構(gòu)，如減少不必要的冗余和備份、提高程序運(yùn)行效率等也是推動(dòng)IT設(shè)備節(jié)能的有效方式。

從實(shí)際來(lái)看，以上方式大多還都處于相對(duì)早期的階段，包括芯片的研發(fā)應(yīng)用，智能化軟件系統(tǒng)的創(chuàng)新等，但其對(duì)于節(jié)能減電方面的效用已經(jīng)初見(jiàn)端倪，同時(shí)，伴隨PUE的進(jìn)一步降低，其它設(shè)備用能耗電的大幅度減少，IT設(shè)備的節(jié)能更有意義，將成為數(shù)據(jù)中心提升能效的重要途徑。

數(shù)據(jù)中心節(jié)能減電，是推動(dòng)降碳的有效方法，是提升算力、算效的直接途徑，在實(shí)際推進(jìn)過(guò)程中，涉及液冷、芯片、存儲(chǔ)等多個(gè)產(chǎn)業(yè)，是一項(xiàng)數(shù)據(jù)中心為需求方，需要多方協(xié)同的系統(tǒng)性的工程。同時(shí)，其也有自身的復(fù)雜性，相關(guān)舉措的效果應(yīng)進(jìn)行更加綜合的判定，不能僅以當(dāng)前的PUE來(lái)衡量，需建立更加完備的能耗評(píng)定體系，同時(shí)，不僅是運(yùn)行，數(shù)據(jù)中心建設(shè)也應(yīng)包含在其中，采用預(yù)制化模塊化等更加節(jié)能的建設(shè)方式也是數(shù)據(jù)中心節(jié)能減電的重要舉措。