中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：清晨瀏覽新聞、工作調(diào)用AI工具、遠(yuǎn)距離視頻通話……這些數(shù)字技術(shù)帶來(lái)的便捷，背后有一個(gè)龐大而熾熱的物理世界在支撐——數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心是數(shù)字時(shí)代的“心臟”與“大腦”，承載著海量用戶的需求，支撐著龐大的數(shù)字經(jīng)濟(jì)體，是名副其實(shí)的“吞電巨獸”。
這些年，全球數(shù)據(jù)總量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，每天創(chuàng)建的數(shù)據(jù)超過(guò)4.91億TB。這些數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)和分發(fā)，都依賴遍布全球的數(shù)據(jù)中心。一個(gè)超大型數(shù)據(jù)中心園區(qū)的年耗電量，甚至超過(guò)數(shù)十萬(wàn)人口的中等城市。目前，全球數(shù)據(jù)中心總用電量約占全球總用電量的2%～3%，在人工智能和5G技術(shù)的推動(dòng)下，這一比例還在持續(xù)攀升。
今年的政府工作報(bào)告提出，加快推動(dòng)全面綠色轉(zhuǎn)型。以碳達(dá)峰碳中和為牽引，協(xié)同推進(jìn)降碳、減污、擴(kuò)綠、增長(zhǎng)，增強(qiáng)綠色發(fā)展動(dòng)能。
為數(shù)據(jù)中心節(jié)能，已成為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)道路上必須直面的挑戰(zhàn)。面對(duì)這一挑戰(zhàn)，綠色計(jì)算技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
綠色計(jì)算是貫穿數(shù)據(jù)中心技術(shù)棧的一套技術(shù)體系。其主要通過(guò)革新散熱技術(shù)、使用綠色能源、科學(xué)管理、智能調(diào)度等手段，使數(shù)據(jù)中心的能效最大化、環(huán)境影響最小化。
高效散熱——
從“吹電扇”到“精準(zhǔn)控溫”的技術(shù)跨越
電子設(shè)備對(duì)溫度非常敏感。如果熱量不能及時(shí)排走，設(shè)備持續(xù)在高溫下運(yùn)行，不僅會(huì)降低運(yùn)算速度，還會(huì)產(chǎn)生更多能耗。
隨著算力密度不斷增加，傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)已經(jīng)逼近物理上限。當(dāng)單機(jī)柜功率超過(guò)40千瓦，風(fēng)冷系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)有效散熱，液冷系統(tǒng)便成為更高效且可行的解決方案。其中，冷板式液冷技術(shù)和浸沒(méi)式液冷技術(shù)，成為數(shù)據(jù)中心節(jié)能的重要方式。
冷板式液冷如同為芯片貼上“退熱貼”。帶有精密微通道的金屬冷板緊貼服務(wù)器CPU、GPU等核心發(fā)熱部件，冷卻液在封閉管道內(nèi)循環(huán)帶走熱量，實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)散熱”。這種方式的改造難度和成本較低，是許多數(shù)據(jù)中心升級(jí)的首選。我國(guó)某互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)在內(nèi)蒙古的數(shù)據(jù)中心，大規(guī)模采用冷板式液冷技術(shù)對(duì)現(xiàn)有服務(wù)器進(jìn)行改造，改造后機(jī)房的電源使用效率接近理想值，單機(jī)房年節(jié)電超百萬(wàn)度。
浸沒(méi)式液冷則是一種更為激進(jìn)的“降溫方案”。將整臺(tái)服務(wù)器主板完全浸沒(méi)在絕緣的冷卻液中，讓芯片熱量直接被液體吸收，然后通過(guò)冷卻液循環(huán)將熱量帶走。這種方式的散熱效率比風(fēng)冷高出上千倍，冷卻系統(tǒng)節(jié)能可達(dá)50%以上。同時(shí)，無(wú)風(fēng)扇的設(shè)計(jì)讓服務(wù)器更加緊湊，大大提高了空間利用率。浙江某超算中心采用全浸沒(méi)式液冷技術(shù)，構(gòu)建了國(guó)內(nèi)首個(gè)大規(guī)模液冷超算集群，其電源使用效率已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。
液冷技術(shù)的另一大優(yōu)勢(shì)，在于能源的循環(huán)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。通過(guò)能源的梯次利用，將冷卻后的余熱通過(guò)換熱系統(tǒng)為周邊供暖，實(shí)現(xiàn)“廢熱再利用”。我國(guó)北方某數(shù)據(jù)中心園區(qū)，將液冷產(chǎn)生的余熱引入周邊農(nóng)業(yè)溫室，為蔬菜種植提供了恒溫環(huán)境。這樣既降低了農(nóng)業(yè)供暖成本，又消化了數(shù)據(jù)中心的“廢熱”，形成了“數(shù)據(jù)計(jì)算—余熱供暖—農(nóng)業(yè)生產(chǎn)”的綠色循環(huán)鏈條。
師法自然——
借力地理優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)自然冷卻
綠色計(jì)算不僅依賴技術(shù)創(chuàng)新，更善于向自然借力。數(shù)據(jù)中心通過(guò)科學(xué)選址和合理設(shè)計(jì)，讓自然環(huán)境成為“天然空調(diào)”，節(jié)省了大量機(jī)械制冷能耗。這種方式在我國(guó)多種氣候區(qū)域得到廣泛應(yīng)用。
我國(guó)內(nèi)蒙古、黑龍江等地冬季漫長(zhǎng)而寒冷，為數(shù)據(jù)中心提供了得天獨(dú)厚的條件。通過(guò)引入過(guò)濾后的室外冷空氣直接為機(jī)房降溫，數(shù)據(jù)中心的自然冷卻時(shí)長(zhǎng)一年可達(dá)200天以上，顯著降低了制冷能耗。內(nèi)蒙古一家云數(shù)據(jù)中心，采用“間接蒸發(fā)冷卻+自然通風(fēng)”復(fù)合系統(tǒng)，夏季利用蒸發(fā)冷卻輔助降溫，冬季完全依賴自然通風(fēng)，機(jī)房電源使用效率可控制在極低的水平。
依水而建、利用天然冷源也是一種重要方式。青島某數(shù)據(jù)中心選址于海邊，通過(guò)管道引入冰冷的海水，經(jīng)換熱系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心降溫后，升溫的海水再通過(guò)專用管道回流海洋，全程不影響海洋生態(tài)。該數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)耗電僅為傳統(tǒng)空調(diào)的1/5，年節(jié)約電費(fèi)超千萬(wàn)元。此外，貴州、湖北等地的部分?jǐn)?shù)據(jù)中心，利用深層地下水的恒溫特性，通過(guò)地下水循環(huán)為服務(wù)器降溫，既穩(wěn)定又環(huán)保，完美適配當(dāng)?shù)氐牡乩項(xiàng)l件。
通過(guò)科學(xué)選址與自然冷卻技術(shù)的結(jié)合，數(shù)據(jù)中心有效降低了對(duì)傳統(tǒng)制冷設(shè)備的依賴，減少了能耗與環(huán)境影響。這種模式已成為我國(guó)“東數(shù)西算”工程中數(shù)據(jù)中心布局的重要考量因素。
能源變革——
以綠色電力筑牢低碳根基
數(shù)據(jù)中心要實(shí)現(xiàn)真正的節(jié)能，根本在于能源結(jié)構(gòu)的變革。我國(guó)企業(yè)積極推動(dòng)數(shù)據(jù)中心能源向可再生能源轉(zhuǎn)型，通過(guò)綠電交易、綠電直供、自建新能源電站和配套儲(chǔ)能設(shè)施，逐步加大數(shù)據(jù)中心綠電供應(yīng)的比重，從源頭減少碳排放。
全球科技企業(yè)紛紛通過(guò)長(zhǎng)期購(gòu)電協(xié)議、投資新能源項(xiàng)目等方式，穩(wěn)定獲得綠色電力。阿里巴巴依托青海的大型光伏電站，為當(dāng)?shù)氐臄?shù)據(jù)中心提供綠電；百度與張北風(fēng)電企業(yè)簽訂購(gòu)電協(xié)議，為其張北數(shù)據(jù)中心提供風(fēng)電。國(guó)內(nèi)幾家頭部互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)先后宣布，將于2030年使用100%可再生能源電力。
為解決風(fēng)能、太陽(yáng)能的間歇性問(wèn)題，儲(chǔ)能設(shè)施發(fā)揮著重要作用。我國(guó)某新能源企業(yè)在寧夏的數(shù)據(jù)中心，配套建設(shè)了100兆瓦鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。當(dāng)風(fēng)光發(fā)電充足時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)存多余電力；當(dāng)發(fā)電不足時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)釋放電力保障數(shù)據(jù)中心持續(xù)運(yùn)行。該儲(chǔ)能系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心的協(xié)同運(yùn)行，顯著提升綠電供應(yīng)穩(wěn)定性與供電可靠性。
此外，我國(guó)部分?jǐn)?shù)據(jù)中心還探索出了“光伏建筑一體化”模式——在機(jī)房屋頂和外立面鋪設(shè)太陽(yáng)能電池板，實(shí)現(xiàn)“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”。江蘇某數(shù)據(jù)中心通過(guò)該模式，年發(fā)電量超500萬(wàn)度，可滿足數(shù)據(jù)中心15%的用電需求，進(jìn)一步降低了能源成本和碳足跡。
AI賦能——
打造精細(xì)化制冷“智慧大腦”
綠色計(jì)算的高效落地，離不開(kāi)人工智能的“軟實(shí)力”支撐。AI技術(shù)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能調(diào)度，讓數(shù)據(jù)中心的節(jié)能管理從“粗放”走向“精準(zhǔn)”。
AI智能調(diào)溫讓數(shù)據(jù)中心解決了“過(guò)度冷卻”的浪費(fèi)問(wèn)題。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心為保障設(shè)備安全，常采用“一刀切”的降溫方式，導(dǎo)致能源浪費(fèi)。如今，我國(guó)某電信運(yùn)營(yíng)商的數(shù)據(jù)中心，部署了數(shù)千個(gè)傳感器，實(shí)時(shí)采集機(jī)柜、服務(wù)器、芯片的溫度數(shù)據(jù)。AI系統(tǒng)通過(guò)這些數(shù)據(jù)繪制出動(dòng)態(tài)“熱量地圖”，根據(jù)不同區(qū)域的發(fā)熱情況，精準(zhǔn)調(diào)整制冷系統(tǒng)的風(fēng)速、冷卻液流量和溫度設(shè)定。改造后，該數(shù)據(jù)中心制冷能耗降低30%，年節(jié)電超800萬(wàn)度。
AI調(diào)度實(shí)現(xiàn)計(jì)算效率與綠色能源利用的雙重優(yōu)化。AI實(shí)時(shí)分析全球多個(gè)數(shù)據(jù)中心的負(fù)載情況、當(dāng)?shù)仉妰r(jià)和綠電充裕度，將計(jì)算任務(wù)智能“遷移”到負(fù)載低、綠電占比高的節(jié)點(diǎn)。例如，當(dāng)東部沿海數(shù)據(jù)中心負(fù)載過(guò)高且綠電供應(yīng)不足時(shí)，AI會(huì)將部分非實(shí)時(shí)任務(wù)遷移至西部綠電充足的數(shù)據(jù)中心，既保障了計(jì)算效率，又最大化利用了綠色電力，讓每一度電發(fā)揮最大價(jià)值。
AI預(yù)測(cè)能耗變化以便提前調(diào)整策略。某AI管理系統(tǒng)，通過(guò)分析歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)工況，可預(yù)測(cè)未來(lái)24小時(shí)的算力需求和溫度變化，提前調(diào)整制冷系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，避免臨時(shí)峰值導(dǎo)致的能耗飆升。該系統(tǒng)讓數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)的響應(yīng)速度提升50%，進(jìn)一步優(yōu)化了能源使用效率。
從液冷技術(shù)的高效散熱到自然冷卻的順勢(shì)而為，從綠色能源的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型到AI賦能的精準(zhǔn)調(diào)控，我國(guó)已形成技術(shù)、案例、模式的全方位突破。節(jié)能減排，是數(shù)字時(shí)代踐行可持續(xù)發(fā)展的必然要求，而綠色計(jì)算正是這場(chǎng)節(jié)能革命的核心引擎。
這場(chǎng)革命不僅關(guān)乎技術(shù)創(chuàng)新，更關(guān)乎產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同與全社會(huì)參與。當(dāng)數(shù)據(jù)中心的“余熱”成為供暖資源，當(dāng)戈壁的風(fēng)電驅(qū)動(dòng)云端算力，當(dāng)AI智慧讓每一度電都物盡其用，數(shù)字文明與生態(tài)保護(hù)便實(shí)現(xiàn)了和諧共生。未來(lái)，隨著技術(shù)的持續(xù)迭代和應(yīng)用的不斷深化，綠色計(jì)算將成為推動(dòng)社會(huì)向更綠色、更智慧方向發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。
