構(gòu)建智算認(rèn)證體系，推動(dòng)智算綠色發(fā)展

發(fā)布日期：2024-07-19 17:03:03  瀏覽次數(shù)：2402 來(lái)源：通信世界全媒體

通信世界網(wǎng)消息（CWW）當(dāng)前，人工智能、數(shù)字孿生、元宇宙等新興領(lǐng)域崛起，智能算力（簡(jiǎn)稱智算）作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的新生產(chǎn)力，對(duì)推動(dòng)科技進(jìn)步、賦能行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展發(fā)揮著日益重要的作用。智算即人工智能算力，主要面向人工智能應(yīng)用，提供人工智能算法模型訓(xùn)練與模型運(yùn)行服務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力。

智算中心作為提供大規(guī)模智能算力服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施，是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的重要載體之一。然而，智算中心的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)往往伴隨著能耗的問(wèn)題，對(duì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了挑戰(zhàn)，因此，推動(dòng)智算中心綠色發(fā)展已成為我國(guó)算力產(chǎn)業(yè)布局的關(guān)鍵。

智算中心綠色發(fā)展背景

算力中心建設(shè)規(guī)模穩(wěn)步增長(zhǎng)

算力中心運(yùn)行涉及服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、儲(chǔ)存設(shè)備、備份裝置、冷卻系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施，運(yùn)行過(guò)程主要依賴電力。隨著生成式AI技術(shù)及應(yīng)用的快速推廣，AI算力等大功率應(yīng)用場(chǎng)景持續(xù)落地，AI芯片迭代加速，功耗逐漸提升，對(duì)算力中心綠色節(jié)能提出了更高要求。

截至2023年底，我國(guó)在用算力中心機(jī)架總規(guī)模達(dá)到810萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架（以功率2.5千瓦為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架），與2022年底相比，增長(zhǎng)24.2%，算力總規(guī)模超過(guò)230EFlops，其中智能算力占比近30%。

在能耗方面，中國(guó)信通院研究報(bào)告顯示，在用算力中心耗電量逐年升高，2023年我國(guó)算力中心耗電量超過(guò)1500億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)15%，占全社會(huì)用電的1.6%。預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)算力中心能耗總量將超過(guò)4000億千瓦時(shí)，若不加大可再生能源利用比例，2030年算力中心二氧化碳排放或?qū)⒊?億噸。在中國(guó)“雙碳”目標(biāo)背景下，算力中心在節(jié)能降耗、減少碳排放等方面都面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，需要采取更有力的措施推動(dòng)節(jié)能減排。

智算中心建設(shè)現(xiàn)狀

在智算中心領(lǐng)域，國(guó)家引導(dǎo)加快高性能智算中心部署，推進(jìn)算力供應(yīng)多元化，支撐各類智能應(yīng)用。重點(diǎn)在西部算力網(wǎng)絡(luò)樞紐及人工智能發(fā)展基礎(chǔ)較好地區(qū)集約化開(kāi)展智算中心建設(shè)，提高資源利用效率，降低能耗和碳排放。

在國(guó)家及地方政府的推動(dòng)下，目前已經(jīng)有百余個(gè)城市投入建設(shè)智算中心。據(jù)統(tǒng)計(jì)，智算中心主要集中于京津冀、長(zhǎng)三角和珠三角區(qū)域，但東部地區(qū)特別是北京、上海、廣州、深圳等一線城市能耗指標(biāo)緊張，“碳瓶頸”問(wèn)題使得智算中心外溢成為大勢(shì)所趨，亟待統(tǒng)籌規(guī)劃布局。西部地區(qū)氣候環(huán)境適宜、清潔能源富集，當(dāng)?shù)卣槍?duì)用電、稅收等出臺(tái)優(yōu)惠政策，旨在降低智算中心運(yùn)行成本，提高清潔能源使用率。

隨著我國(guó)數(shù)據(jù)規(guī)模的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，人工智能產(chǎn)業(yè)對(duì)智算資源的需求日益迫切。然而，當(dāng)前國(guó)內(nèi)智算中心的規(guī)模整體較小，為實(shí)現(xiàn)2025年智算占比達(dá)到35%的政策要求，全方位覆蓋我國(guó)智算產(chǎn)業(yè)需要，應(yīng)大力推動(dòng)智算中心建設(shè)，構(gòu)建算力產(chǎn)業(yè)發(fā)展新格局。

智算中心綠色發(fā)展途徑

政策支持是智算中心綠色發(fā)展的重要保障。《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2021—2023年）》和《算力基礎(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》均明確提出，聚焦算力中心液冷、自然冷源、智能化系統(tǒng)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，構(gòu)建新型智能算力生態(tài)體系。同時(shí)，2023年度國(guó)家綠色數(shù)據(jù)中心名單新增智算中心領(lǐng)域，凸顯了加快智算中心綠色發(fā)展建設(shè)的價(jià)值導(dǎo)向。

技術(shù)創(chuàng)新是推動(dòng)智算中心綠色發(fā)展的關(guān)鍵。液冷、新型儲(chǔ)能等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，可以有效降低機(jī)房的散熱能耗，提高能源利用效率。此外，可利用人工智能技術(shù)優(yōu)化溫控供電模式，進(jìn)一步推動(dòng)節(jié)能降耗。

智能化管理平臺(tái)是智算中心提高運(yùn)營(yíng)效率、降低能耗的重要途徑。通過(guò)建立數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、分析與控制平臺(tái)，智算中心能夠?qū)崿F(xiàn)智能化精確制冷，進(jìn)一步提高能源使用效率。

智算中心綠色發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

新建智算中心創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用難

多數(shù)企業(yè)對(duì)采用先進(jìn)冷卻技術(shù)表現(xiàn)出較低的積極性，未能充分了解先進(jìn)技術(shù)帶來(lái)的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，通常僅將滿足PUE值的基本標(biāo)準(zhǔn)作為目標(biāo)，較少企業(yè)采用能帶來(lái)顯著能效提升和環(huán)境效益的先進(jìn)技術(shù)。

智算中心在硬件、軟件和運(yùn)維層面存在一定的專有性，限制了不同系統(tǒng)和組件之間的互操性，這種封閉缺陷導(dǎo)致新技術(shù)的集成和應(yīng)用變得困難。此外，智算中心IT設(shè)施和算力應(yīng)用服務(wù)的緊密耦合，難以適應(yīng)快速變化的技術(shù)需求和市場(chǎng)，需要更多的時(shí)間、資源來(lái)重新配置和升級(jí)。

存量智算中心改造成本高

由于發(fā)展階段不同，一部分智算中心建成時(shí)間較早，隨著節(jié)能降耗技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越快，許多建成時(shí)具備良好節(jié)能配置的智算中心逐漸落伍，其改造成本不斷升高，資金投入壓力越來(lái)越大。同時(shí)，由于建設(shè)時(shí)未能充分考慮后續(xù)關(guān)于可再生能源發(fā)展的需求，部分算力中心不具備使用光伏等可再生能源的條件。

智算中心綠色發(fā)展主要技術(shù)

為解決智算中心綠色發(fā)展面臨的問(wèn)題，普及采用低成本、高效率的綠色發(fā)展技術(shù)成為智算中心建設(shè)發(fā)展的重中之重。

液冷技術(shù)

液冷技術(shù)是目前智算中心節(jié)能技術(shù)中的一項(xiàng)重要?jiǎng)?chuàng)新，其以卓越的散熱效率，成為解決高密度計(jì)算設(shè)備散熱問(wèn)題的關(guān)鍵。與傳統(tǒng)的風(fēng)冷技術(shù)相比，液冷技術(shù)能夠高效地將熱量從服務(wù)器中導(dǎo)出，降低算力中心的總體能耗。

液冷技術(shù)的高效散熱能力可顯著降低智算中心能耗，據(jù)研究，液冷技術(shù)可以減少算力中心高達(dá)40%的能耗，減少對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的依賴，有效降低PUE值。此外，液冷技術(shù)的應(yīng)用提高了設(shè)備的布置密度，使算力中心在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的計(jì)算能力成為可能。

強(qiáng)適應(yīng)性的液冷技術(shù)能夠在多種運(yùn)維環(huán)境下保證設(shè)備的正常運(yùn)行，智算中心液冷系統(tǒng)比風(fēng)冷對(duì)環(huán)境的依賴性較小，避免了智算中心因環(huán)境因素導(dǎo)致的設(shè)備故障和維護(hù)成本的增加。當(dāng)AI服務(wù)器的運(yùn)行功耗超過(guò)傳統(tǒng)風(fēng)冷散熱的閾值，液冷技術(shù)將成為實(shí)際應(yīng)用中的最佳選項(xiàng)。

新型儲(chǔ)能技術(shù)

新型儲(chǔ)能技術(shù)是智算中心電力系統(tǒng)發(fā)展的未來(lái)趨勢(shì)，具有快速響應(yīng)、靈活配置、高效率等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效解決可再生能源的波動(dòng)性和間歇性問(wèn)題。與傳統(tǒng)儲(chǔ)能解決方案相比，新型儲(chǔ)能技術(shù)展現(xiàn)出更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性和靈活性，可承受更為多變的運(yùn)行條件，對(duì)智算中心軟硬件集成運(yùn)維有著更高的容錯(cuò)性。

新型儲(chǔ)能技術(shù)以輸出電力為主要形式，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)字化、智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)分布式能源、儲(chǔ)能、負(fù)荷的深度融合，使得智算中心負(fù)荷、可再生能源電源、儲(chǔ)能成為有機(jī)整體，推動(dòng)智算中心綠色低碳發(fā)展。

自然冷源利用

自然冷源的利用對(duì)于推動(dòng)智算中心的綠色低碳和可持續(xù)發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。自然冷源（如海水、地下水、冷空氣等）為智算中心運(yùn)營(yíng)提供了一種經(jīng)濟(jì)且環(huán)保的解決方案，顯著降低算力中心的能耗和碳排放，提高能源利用效率，減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴，降低運(yùn)營(yíng)成本。

自然冷源的高效散熱性能有助于提升算力中心的整體能效，部分智算中心利用自然冷源實(shí)現(xiàn)了PUE值的顯著降低，常年實(shí)際運(yùn)營(yíng)PUE值小于1.1，在節(jié)能減排方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。此外，自然冷源的利用還能根據(jù)地區(qū)氣候和地理特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，充分利用地理優(yōu)勢(shì)（如海洋、山洞等）為算力中心提供穩(wěn)定的冷源。

綠色電力應(yīng)用

綠色電力是支撐智算中心發(fā)展的關(guān)鍵因素，在生產(chǎn)電力的過(guò)程中二氧化碳排放量為零或趨近于零，相較于其他方式（如火力發(fā)電）對(duì)于環(huán)境沖擊影響較少，主要來(lái)源為太陽(yáng)能、風(fēng)力、生物質(zhì)能、地?zé)岬取?/p>

我國(guó)已建成全球規(guī)模最大的電力供應(yīng)系統(tǒng)和清潔發(fā)電體系，正加快推進(jìn)新能源發(fā)電從增量替代向存量替代轉(zhuǎn)變，為智算中心應(yīng)用綠電提供了堅(jiān)實(shí)保障。為更好地推進(jìn)綠電和智能算力融合發(fā)展，應(yīng)對(duì)智算中心發(fā)展規(guī)模、類型、用電需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)研判，開(kāi)展智算中心“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”綠色供電模式創(chuàng)新，鼓勵(lì)智算中心參與新能源市場(chǎng)化交易，開(kāi)展綠色算力采購(gòu)。綠電資源可有效緩解算力行業(yè)的碳排放增長(zhǎng)壓力，加快智算中心綠色發(fā)展，提升智算行業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，助力我國(guó)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

智能化管理平臺(tái)

智能化管理平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)智算中心高效、穩(wěn)定運(yùn)行的核心。智能化管理平臺(tái)通過(guò)集成先進(jìn)的監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)化工具和人工智能算法，實(shí)時(shí)監(jiān)控智算中心的運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化資源分配，自動(dòng)化運(yùn)維流程，顯著提升運(yùn)營(yíng)效率。智能化管理可提高能源使用效率，推動(dòng)制冷耗電量下降，保障智算中心的安全穩(wěn)定與低碳運(yùn)行。

管理平臺(tái)的智能化特性能夠有效降低能耗，通過(guò)精確控制溫控和供電系統(tǒng)，減少能源浪費(fèi)，保障智算中心的穩(wěn)定性和可靠性；通過(guò)對(duì)大量運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，為管理人員提供決策支持，幫助制定更加科學(xué)合理的運(yùn)營(yíng)策略。

智能化管理平臺(tái)建設(shè)是響應(yīng)國(guó)家綠色發(fā)展號(hào)召，通過(guò)精細(xì)化管理助力智算中心實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，推動(dòng)智算中心向綠色低碳的方向發(fā)展。通過(guò)智能化管理平臺(tái)構(gòu)建開(kāi)放、協(xié)同的生態(tài)圈，可吸引更多合作伙伴，共同推動(dòng)智算中心的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)技術(shù)與市場(chǎng)的良性互動(dòng)，為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展提供支撐。

智算中心綠色標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

2021年，工業(yè)和信息化部印發(fā)的《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2021—2023年）》提出建立健全新型數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)體系，加快推進(jìn)邊緣數(shù)據(jù)中心、智能計(jì)算中心等標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，支撐新技術(shù)、新應(yīng)用落地，促進(jìn)綠色數(shù)據(jù)中心的建設(shè)。因此，在“雙碳”目標(biāo)和算力產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展之間實(shí)現(xiàn)平衡，必須從更高的視角以及全生命周期的角度來(lái)管理智算中心，通過(guò)建立智算中心綠色標(biāo)準(zhǔn)體系，引導(dǎo)智算中心綠色節(jié)能發(fā)展。

綠色標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)分為設(shè)計(jì)和運(yùn)行兩部分，分別對(duì)應(yīng)新建智算中心和已建成運(yùn)營(yíng)智算中心。設(shè)計(jì)部分的評(píng)價(jià)著重于方案技術(shù)先進(jìn)性，重點(diǎn)關(guān)注設(shè)備選型及配置，淡化理論測(cè)算值。運(yùn)行部分可在GB/T43331《互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）技術(shù)和分級(jí)要求》的基礎(chǔ)上，針對(duì)智算中心特點(diǎn)重點(diǎn)關(guān)注實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)，相對(duì)淡化設(shè)備選型及配置。

為推動(dòng)智算中心節(jié)能和能效提升，引導(dǎo)智算中心走高效、低碳、集約、循環(huán)的綠色發(fā)展道路，助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，中國(guó)信通院深入剖析智算產(chǎn)業(yè)鏈上下游，構(gòu)建DC Tech智算認(rèn)證體系（1.0），如圖1所示，圍繞智算基礎(chǔ)設(shè)施、軟硬件協(xié)同、工具平臺(tái)、應(yīng)用場(chǎng)景等方面制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；開(kāi)展智算綠色低碳系列測(cè)試認(rèn)證工作，從技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用場(chǎng)景到運(yùn)營(yíng)管理等不同層面實(shí)現(xiàn)智算產(chǎn)業(yè)的全方位覆蓋，有效推動(dòng)智算產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化與專業(yè)化發(fā)展。

智算中心作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)推動(dòng)科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要作用。然而，隨著其規(guī)模的不斷擴(kuò)大，能耗問(wèn)題也日益凸顯，對(duì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成挑戰(zhàn)。為解決智算中心綠色發(fā)展面臨的問(wèn)題，本文從智算中心發(fā)展背景、發(fā)展途徑、面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行剖析，介紹了部分先進(jìn)節(jié)能技術(shù)以及體系建設(shè)方案，對(duì)智算中心綠色發(fā)展提供了參考。

智算中心的綠色發(fā)展是實(shí)現(xiàn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，通過(guò)政策引導(dǎo)、技術(shù)創(chuàng)新和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，可以有效推動(dòng)智算中心向綠色、低碳、高效、智能的方向發(fā)展，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供更加強(qiáng)勁、可持續(xù)的算力支持。