【編者按】隨著全世界數據和數字服務需求的指數級增長，其能源使用（主要是電能）日益受到關注。近日IEA發(fā)布了《數據中心和數據傳輸網絡能耗研究報告》，介紹了近些年數據中心和數據傳輸網絡在迅速增長下的電能需求情況及對未來的趨勢預測，其中特別指出，持續(xù)迅速提高的用能效率使電能需求基本保持了平穩(wěn)。小編將報告的主要內容編譯如下，供廣大研究人員參考，點擊文末“閱讀原文”可以查看該報告全文。
摘要
受視頻流、視頻會議、在線游戲和社交網絡增長的推動，2020年2月至4月中旬，全球互聯(lián)網流量激增近40%，這一增長是在過去10年數字服務需求不斷增長的基礎上實現的。自2010年以來，全球互聯(lián)網用戶數量翻了一番，全球互聯(lián)網流量增長了12倍。然而，能源效率的迅速提高有助于限制數據中心和數據傳輸網絡的能源需求同步增長，2019年數據中心和數據傳輸網絡用電量各自約占全球用電量的1%。為了限制未來10年能源需求和排放的增長，政府和行業(yè)必須在能源效率、可再生能源采購和研發(fā)方面做出強有力的努力。
一、進展跟蹤
對數據服務的需求呈指數增長
在因新冠疫情而實施最嚴厲的出行限制期間，全球互聯(lián)網流量受視頻流、視頻會議、在線游戲和社交網絡增長的推動，在2020年2月至4月中旬激增了近40%。預計對數據和數字服務的需求在未來幾年還將繼續(xù)呈指數增長，到2022年全球互聯(lián)網流量預計將翻一番，達到每年4.2萬億GB。移動互聯(lián)網用戶數量將從2019年的38億增加到2025年的50億，而物聯(lián)網（IoT）連接數量預計將從120億增加一倍到250億。這些趨勢正在推動數據中心和網絡服務需求的指數級增長。
數據中心用電約占全球電力需求的1%
世界上大多數的互聯(lián)網協(xié)議（IP）流量都通過數據中心。因此，更大的連通性需求推動了對數據中心服務和能源使用（主要是電力）的需求。
2019年全球數據中心電力需求約為200 TWh，約占全球終端電力需求的0.8%。如果硬件和數據中心基礎設施的效率能夠保持目前的趨勢，那么到2022年，盡管服務需求增長60%，全球數據中心的能源需求仍然可以保持在與目前幾乎持平的水平。
能源效率的顯著提高以及數據處理向云和超大規(guī)模數據中心的轉移，使能源需求保持平穩(wěn)
能耗增長平穩(wěn)的部分原因是虛擬化軟件使數據中心運營商能夠用更少的服務器提供更大的工作輸出。鑒于過去的大型數據中心非常低的用電效率，從小型、低效的數據中心向大型云和超大規(guī)模數據中心的轉變使得數據中心基礎設施在總能源需求中所占的份額正在縮小，是顯而易見的。PUE（power usage effectiveness）是衡量數據中心能源效率的一個指標；最優(yōu)秀的超大規(guī)模數據中心的PUE值大約為1.1（即IT設備每消耗1 kWh電能，用于冷卻的電能為0.1 kWh）。
數據傳輸網絡的能源效率也在迅速提高
數據傳輸網絡的能源效率也在迅速提高，自2000年以來，發(fā)達國家的固定線路網絡能源強度每兩年減半。近年來，移動接入網絡能源效率每年提高10%-30%。2019年，數據網絡消耗電能約250TWh，約占全球用電量的1%，其中移動網絡占2/3。根據目前的效率提高趨勢，預計2022年用電量將增至270TWh左右。
隨著通過移動設備和網絡使用的流量越來越多，數據傳輸的性質正在迅速改變
全球IP流量在2016年至2019年間翻了一番，預計到2022年將再翻一番。數據傳輸的性質正在迅速變化，預計到2022年，來自無線和移動設備的流量將占總IP流量的70%以上，高于2019年的50%左右。
移動網絡的電強度（kWh/GB）比固定線路網絡要高得多，這種向更多使用移動網絡的轉變也可能對數據傳輸網絡的能源使用產生重大影響。移動網絡正迅速從較舊的2G和3G技術轉向更高效的4G和5G。到2022年，4G和5G網絡預計將承載83%的移動流量。4G網絡的能效大約是3G的5倍，是2G的50倍。據設備商與運營商預測，到2025-2030年，5G的能效可能是4G的10-20倍。
ICT公司是可再生能源的主要投資者
ICT（信息和通信技術）公司是可再生能源的主要投資者，保護自己免受波動的電價影響。事實上，在過去5年中，信息和通信技術公司占全球企業(yè)可再生能源采購量的一半左右。
超大型數據中心運營商尤其是通過購電協(xié)議（ppa）進行可再生能源采購的領導者。2019年，可再生能源的前四大公司承購者均為ICT公司。2018年，谷歌（10 TWh）和蘋果（1.3 TWh）購買或生產的可再生能源電力足以滿足其100%數據中心能源消耗。Equinix在2018年消耗了5.2 TWh（92%為可再生能源），而Facebook數據中心消耗了3.2 TWh（75%為可再生能源）。亞馬遜和微軟大約一半的數據中心電力來自可再生能源。
公司和監(jiān)管機構的進一步努力可以最大限度地提高全系統(tǒng)的效益并減少排放
盡管這些成就令人印象深刻，但并不能保證數據中心實際上始終100%由可再生能源提供動力。風能和太陽能是可變資源，可能與數據中心的需求狀況不匹配，可再生能源采購可能需要針對不同的電網或地區(qū)。
投資可再生能源的數據中心運營商應與電力公司、監(jiān)管機構和項目開發(fā)商合作，尋求能最大限度地為當地電網帶來效益并同時減少整體溫室氣體排放的項目。
二、行動建議
1．改進數據收集并致力于實現能源效率和氣候目標
政府政策以及數據中心和網絡運營商的行動和承諾，對于支持進一步提高效率以減少總體信息和通信技術能源使用至關重要。改進信息和通信技術及其能源使用特點的數據采集，有助于為能源分析和決策提供信息。
在2020年2月發(fā)布的數字戰(zhàn)略中，歐盟委員會針對ICT部門采取了一項關鍵行動，以期在2030年前實現氣候中和，同時提高數據收集和透明度。
2．鼓勵數據中心運營的能源效率和靈活性
與現在相比，數據中心可以成為電網中更高效、更靈活的資源。政府可以通過指導、激勵和標準鼓勵進一步提高能源效率，通過監(jiān)管和價格機制助力刺激需求方的靈活性。
3．利用數據中心推動可再生能源的使用
各國政府和電網運營商可以與數據中心運營商合作，確定可再生能源投資如何能最大限度地使整個系統(tǒng)受益，并有助于實現國家能源和氣候目標。還可以鼓勵對儲能和其他需求側響應能力的投資，作為對更多可再生能源容量的補充。
4．制定更有效的數據傳輸網絡策略
各國政府和網絡運營商可協(xié)助執(zhí)行政策和方案，以提高數據傳輸網絡的能源效率。行動可包括加速淘汰能源密集型傳統(tǒng)網絡、實施網絡設備能效標準、改進高效網絡運營的指標和激勵措施，以及支持國際技術協(xié)議。
5．投資研發(fā)高效的下一代計算和通信技術
在媒體流和新興技術（如人工智能、虛擬現實、5G和區(qū)塊鏈）的推動下，對數據中心服務的需求將繼續(xù)強勁增長。隨著當前技術的效率趨勢在未來幾年放緩（甚至停滯），需要新的、更高效的技術來跟上不斷增長的數據需求。
