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極端氣候事件頻發(fā)、生態(tài)環(huán)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(yōu)化產業(yè)結構和能源結構?！疤贾泻汀遍_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(yè)制造等高碳排放行業(yè)領域內的企業(yè)，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(yè)數字化轉型的關鍵要素，云計算市場快速發(fā)展，數據中心也迎來爆發(fā)期。隨著節(jié)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(fā)展。

云計算飛速發(fā)展

數據中心高能耗成痛點

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(zhàn)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(fā)力，云計算在中國徹底爆發(fā)。

到2020年，國家發(fā)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(yè)政策和人力資本投入的中心，將與人工智能、5G、物聯網、工業(yè)互聯網等新興技術融合發(fā)展，從底層技術架構到上層服務模式兩方面賦能傳統行業(yè)智能升級轉型。

與此同時，云計算也成為企業(yè)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(yè)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(yè)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(yōu)化散熱，利用最節(jié)能的服務器并提高服務器利用率。

當企業(yè)系統業(yè)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(wěn)定運行；當企業(yè)系統業(yè)務負載下降時，云計算可將冗余資源轉入節(jié)能模式，或縮減企業(yè)基礎架構，降低成本的同時提高資源利用率，發(fā)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(yōu)化，可實現效率和成本的邊際最優(yōu)。

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

根據智科咨詢研究報告數據顯示，2019年，中國IDC業(yè)務市場規(guī)模達到1562.5億元，同比增長27.2%，市場規(guī)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(yè)耗電量不斷攀升，IDC強需求、高能耗矛盾凸顯。國內IDC市場規(guī)模的擴展，帶來了行業(yè)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(yè)和信息化部電子第五研究所計量檢測中心聯合發(fā)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(zhàn)(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(yè)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(fā)展已勢不可擋，而“碳中和”理念的逐步深化，也使得綠色節(jié)能的建設重要性愈發(fā)凸顯。

“碳中和”促進數據中心

加速綠色變革

此前，數據中心要做到碳中和，只有節(jié)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(huán)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(fā)《全國一體化大數據中心協同創(chuàng)新體系算力樞紐實施方案》的通知，其中指出，隨著各行業(yè)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(fā)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(fā)展。

而此前2020年12月，發(fā)改委發(fā)布關于加快構建全國一體化大數據中心協同創(chuàng)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(fā)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(jié)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(guī)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(guī)定，新能耗大戶“數據中心”正迎來新變革。

7月27日，北京市發(fā)展和改革委員會官網發(fā)布《關于印發(fā)進一步加強數據中心項目節(jié)能審查若干規(guī)定的通知》。

通知顯示，為加強北京市內數據中心項目節(jié)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(guī)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(yè)和信息化局也印發(fā)了《深圳市2021年工信領域重點用能單位能耗在線監(jiān)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(jiān)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(jié)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(jiān)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(guī)范和標準，將促使更多大型、超大型數據中心向中西地區(qū)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。

液冷等綠色化技術涌現

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(yè)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(tài)。

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(fā)與市場拓展。

液冷，是指使用液體作為熱量傳輸媒介，為發(fā)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(wěn)定CPU溫度。

與風冷系統相比，液冷能節(jié)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(qū)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(jié)約能源的同時，還創(chuàng)造了新的附加值。

經過多年發(fā)展，液冷技術相關應用日益成熟。隨著5G商用的推進，新的業(yè)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(xù)發(fā)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(chuàng)新，在芯片上、系統上、數據中心上不斷優(yōu)化方案，使算力能夠滿足業(yè)務的需要。與此同時，還要能控制成本，在實現節(jié)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(fā)展。

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