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一、引言

我國算力規(guī)模持續(xù)增長，截至2023年6月，我國在用數(shù)據(jù)中心機(jī)架總規(guī)模已超760 萬標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架，算力總規(guī)模達(dá)到197 EFLOPS，圍繞算力樞紐節(jié)點(diǎn)建設(shè)130 條干線光纜，存儲總規(guī)模超過1 080 EB。算力的發(fā)展一方面可以幫助產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化升級，如激發(fā)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)制造“引擎”的賦能作用，輔助智慧城市建設(shè)，實(shí)現(xiàn)智慧交通、智慧醫(yī)療、智慧教育、智慧文旅等一系列開放應(yīng)用場景；另一方面，算力的廣泛應(yīng)用也不可避免導(dǎo)致了電力資源大量消耗和碳排放強(qiáng)度的增加。2022年，我國數(shù)據(jù)中心能耗總量為1 300 億kW·h，較2021年增長約200 億kW·h，約占全國耗電規(guī)模的1.5%；到2030年，用電量預(yù)計將突破3 800 億kW·h，碳排放量也會進(jìn)一步增長。發(fā)展綠色算力已經(jīng)成為我國建設(shè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)底座和展現(xiàn)大國擔(dān)當(dāng)?shù)闹匾}，推動算力領(lǐng)域綠色技術(shù)創(chuàng)新，更是決定算力產(chǎn)業(yè)發(fā)展持久穩(wěn)定的關(guān)鍵。

二、綠色算力定義剖析

（一）當(dāng)前對于綠色算力的探索

《算力基礎(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量發(fā)展行動計劃》把促進(jìn)綠色低碳算力發(fā)展列為重點(diǎn)任務(wù)，具體措施包含提升資源利用和算力碳效水平、引導(dǎo)市場應(yīng)用綠色低碳算力、賦能行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型等。

在此之前，產(chǎn)業(yè)界對綠色算力也有一定探索。有觀點(diǎn)認(rèn)為，綠色算力指以整機(jī)為管理對象，評價其單位碳排放下的負(fù)載與業(yè)務(wù)輸出，即服務(wù)器單位碳排放下能夠輸出的算力，核心是衡量計算系統(tǒng)從部件到整機(jī)再到上層應(yīng)用全堆棧的計算能效，考驗(yàn)系統(tǒng)廠商系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、性能優(yōu)化、散熱制冷的創(chuàng)新能力。還有觀點(diǎn)認(rèn)為，綠色算力是算力的綠色低碳追求，可通過推進(jìn)算力生產(chǎn)、算力運(yùn)營、算力管理、算力應(yīng)用等層次的綠色化來實(shí)現(xiàn)。

綜合來看，產(chǎn)業(yè)界已明確部分舉措對于實(shí)現(xiàn)綠色算力是關(guān)鍵可行的，但針對綠色算力的定義行業(yè)上下仍未形成廣泛共識，各主體只聚焦其自身涉及的業(yè)務(wù)范疇提出相對狹義的綠色算力定義，而對于產(chǎn)業(yè)整體的綠色發(fā)展指導(dǎo)意義有限。產(chǎn)業(yè)各相關(guān)方無法根據(jù)現(xiàn)有定義界定其生產(chǎn)或應(yīng)用的算力就是綠色算力，更無法運(yùn)用這些定義指導(dǎo)其生產(chǎn)經(jīng)營。因此，對于綠色算力需要更為深入的認(rèn)知。

（二）對綠色算力的新認(rèn)識

目前，對綠色算力的研究與分析文獻(xiàn)還比較少，仍沒有一個公認(rèn)的定義，但相似產(chǎn)業(yè)之間具備發(fā)展趨同的特征。本文將從兩個不同角度類比辨析綠色內(nèi)涵，給出綠色算力定義。

1.類比綠色電力

將綠色算力與綠色電力的發(fā)展和理論進(jìn)行比較，可以更加深入了解綠色算力形成的前后邏輯。在工業(yè)經(jīng)濟(jì)時代，經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況可以用電來衡量。到了數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代，算力是衡量經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要方式。具體而言，電力是工業(yè)經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，催生出了電力設(shè)備（如電話、空調(diào)、計算機(jī)、電動汽車等）的生產(chǎn)和廣泛使用，隨著對電力需求的持續(xù)增長，電力生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳等溫室氣體對環(huán)境造成破壞，尋求綠色電力解決方案成為有利于“美麗中國”建設(shè)的必然選擇。當(dāng)前，世界已全面進(jìn)入數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代，算力成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，借助模型和算法，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、人工智能創(chuàng)作、數(shù)字人等多元產(chǎn)業(yè)應(yīng)用蓬勃發(fā)展，但隨著大模型訓(xùn)練對算力的消耗逐漸提高，突出的能源消耗驅(qū)使算力亟需注入“綠色基因”，從而實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能和環(huán)境友好。從定義上看，只需保證從可再生能源中產(chǎn)生電能就能實(shí)現(xiàn)綠色電力，但算力要升級為綠色算力則更為復(fù)雜，既要提高全產(chǎn)業(yè)鏈的可再生能源發(fā)電量占比，減少化石能源電力使用，還要對算力設(shè)施和算力設(shè)備進(jìn)行功耗控制和能效升級，同時在軟件層面充分調(diào)動算力平臺服務(wù)能力實(shí)現(xiàn)算力供需的高效對接和無感應(yīng)用。

2.類比綠色計算

綠色計算和綠色算力無論是從詞組構(gòu)成上還是研究內(nèi)容上都十分相似，辨析二者的定義和包含范圍有利于實(shí)現(xiàn)各自的綠色目標(biāo)。郭兵等認(rèn)為綠色計算是一種以環(huán)境為中心的計算模式，通過消除計算機(jī)系統(tǒng)的環(huán)境不友好等方面，使得計算機(jī)系統(tǒng)、人、社會與自然環(huán)境更加和諧，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保的目標(biāo)。過敏意認(rèn)為綠色計算是以保證計算系統(tǒng)的高效、可靠及提供普適化服務(wù)為前提，以計算系統(tǒng)的低耗為目標(biāo)，通過構(gòu)建能耗感知的計算系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)環(huán)境和計算服務(wù)體系，為信息服務(wù)方式提供低耗支撐環(huán)境。此外，有研究認(rèn)為綠色計算的目的是優(yōu)化計算資源的設(shè)計、建設(shè)、使用及回收過程，消除計算機(jī)系統(tǒng)對環(huán)境的不利影響，其中綠色可理解為能源和資源的節(jié)約、能源和資源的高效利用與循環(huán)利用以及對人和環(huán)境的友好，即低碳與無害。

總體而言，二者最主要的區(qū)別在于研究對象和研究范圍不同。綠色計算主要是將計算機(jī)系統(tǒng)作為研究對象，以各類系統(tǒng)軟硬件技術(shù)和管理手段作為研究內(nèi)容，最終實(shí)現(xiàn)低碳、節(jié)能、環(huán)保等目標(biāo)。綠色算力研究對象為：包括中央處理器（Central Processing Unit，CPU）、圖形處理器（Graphics Processing Unit，GPU）芯片、全閃存陣列、固態(tài)硬盤（Solid State Disk，SSD）存儲部件，以及交換機(jī)、路由器網(wǎng)絡(luò)資源在內(nèi)的手機(jī)、個人計算機(jī)、服務(wù)器等算力載體；部署了大量服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心、智算中心和超算中心的算力集群；利用網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)進(jìn)行算力調(diào)度或算力交易的算力平臺；高精尖科研、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、數(shù)字人等算力應(yīng)用。綠色算力研究內(nèi)容涵蓋信息計算力、數(shù)據(jù)存儲力、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)載力在內(nèi)的綜合算力。因此，算力涵蓋的范圍更加廣泛，針對計算機(jī)系統(tǒng)的綠色計算研究可以認(rèn)為是針對算力領(lǐng)域進(jìn)行綠色研究的一部分。綠色計算概念中針對綠色的定義和解釋可在綠色算力中進(jìn)行吸納。

（三）辨析綠色的內(nèi)涵

無論是綠色電力、綠色計算還是綠色算力，想要厘清各領(lǐng)域的實(shí)際定義和內(nèi)涵，首先需要明晰什么是綠色。從人類視覺上看，綠色本身是一個顏色種類，人們提起綠色很容易聯(lián)想到草木豐盛、生機(jī)勃勃的大自然。從發(fā)展方式上看，《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》提出綠色是永續(xù)發(fā)展的必要條件和人民對美好生活追求的重要體現(xiàn)，指出必須堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國策，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展，堅(jiān)定走生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展道路，加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，形成人與自然和諧發(fā)展現(xiàn)代化建設(shè)新格局。《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》再次強(qiáng)調(diào)要推動綠色發(fā)展，促進(jìn)人與自然和諧共生，指出要堅(jiān)持尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然，堅(jiān)持節(jié)約優(yōu)先、保護(hù)優(yōu)先、自然恢復(fù)為主，實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，完善生態(tài)文明領(lǐng)域統(tǒng)籌協(xié)調(diào)機(jī)制，構(gòu)建生態(tài)文明體系，推動經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型，建設(shè)“美麗中國”。由此可總結(jié)，綠色包含兩大根本，“人”與“自然”，人（或者社會）在向前發(fā)展的過程中，要把自然的發(fā)展考慮在內(nèi)，最終實(shí)現(xiàn)二者和諧共生。實(shí)現(xiàn)發(fā)展的綠色，具體措施至少有以下幾項(xiàng)。

（1）資源總量管理：全面提高水、電、土地、礦產(chǎn)等資源利用效率、強(qiáng)化節(jié)能管理、實(shí)施能量系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能改造技術(shù)。

（2）科學(xué)配置：完善土地復(fù)合利用、發(fā)揮區(qū)位特點(diǎn)、提高調(diào)度能力。

（3）全面節(jié)約：直接減少資源消耗、尋找替代資源。

（4）循環(huán)利用：資源梯級利用、廢物回收綜合循環(huán)利用、污染物集中處理、發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)。

綜上，進(jìn)一步將綠色算力定義為實(shí)現(xiàn)算力基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)有機(jī)統(tǒng)一的綜合能力，是衡量算力基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展綠色化程度的一個綜合指標(biāo)，其把自然資源、環(huán)境資源作為發(fā)展所需考慮的關(guān)鍵，旨在推動算力設(shè)備、算力集群、算力平臺和算力應(yīng)用的綠色發(fā)展。綠色算力的目的是打通算力供需通路，完成算力產(chǎn)業(yè)用能轉(zhuǎn)型、生產(chǎn)高效、應(yīng)用和需求場景相匹配，最終實(shí)現(xiàn)推進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展與生態(tài)環(huán)境高水平保護(hù)的雙重目標(biāo)。綠色算力具備全局性、先導(dǎo)性和長期性等特征，可以通過采用節(jié)能高效的算力設(shè)施、集約智能的算力設(shè)備、先進(jìn)算法和算力平臺軟件技術(shù)，以及科學(xué)合理的算力應(yīng)用等方式來實(shí)現(xiàn)。例如，綠色算力可以采用高效的電能傳輸設(shè)施、節(jié)能可循環(huán)的液冷設(shè)備、計算高效的服務(wù)器、先進(jìn)的存儲陣列、無損的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以減少能源消耗；同時，通過軟件技術(shù)、軟硬件結(jié)合手段，激發(fā)拓展平臺能力，發(fā)揮全局資源調(diào)度優(yōu)化、智能產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)支撐和綠色監(jiān)測評估優(yōu)化等功能，實(shí)現(xiàn)提高算力利用效率。

三、綠色算力關(guān)鍵技術(shù)

（一）算力設(shè)施關(guān)鍵綠色技術(shù)

本文所說的算力設(shè)施可理解為提供風(fēng)、火、水、電等保證算力正常生產(chǎn)運(yùn)行的必要設(shè)施，為算力載體提供基礎(chǔ)的動力來源、能源配送和可靠性保障。目前，針對綠色算力，算力設(shè)施的綠色技術(shù)亟需發(fā)展，供配電技術(shù)以及制冷/散熱技術(shù)就是其中關(guān)鍵性技術(shù)。

算力發(fā)展與電力密不可分，電力是支撐算力的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)中心作為算力的載體，主要依靠電力驅(qū)動運(yùn)行，作為傳統(tǒng)意義上的耗能大戶，數(shù)據(jù)中心的電量消耗和隨之產(chǎn)生的碳排放不容忽視。直接在電力消費(fèi)環(huán)節(jié)降低能耗實(shí)現(xiàn)綠色低碳，也會大大推進(jìn)綠色算力的發(fā)展。從根本上來說，綠色電力將成為我國能源生產(chǎn)和消費(fèi)主體[14-15]，數(shù)據(jù)中心采用綠色電力供電也是實(shí)現(xiàn)綠色算力的重要手段，主要包括自建或采購綠色電力兩種方式。針對數(shù)據(jù)中心自建綠色電力，可采取：自建分布式光伏，即在車棚、屋頂或園區(qū)空地安裝光伏組件；建設(shè)新能源微電網(wǎng)能源綜合利用系統(tǒng)。運(yùn)營商、第三方互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（Internet Data Center，IDC）和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)均有數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目擬建或已鋪設(shè)分布式光伏，但光伏用電量占數(shù)據(jù)中心總用電量比例僅為個位數(shù)。少部分綜合實(shí)力強(qiáng)勁的企業(yè)開始探索以數(shù)據(jù)中心為負(fù)荷的源網(wǎng)荷儲一體化項(xiàng)目，計劃實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電完全覆蓋數(shù)據(jù)中心用電需求。

目前，供配電系統(tǒng)占數(shù)據(jù)中心總能耗約10%，供電效率的提高也是數(shù)據(jù)中心供配電技術(shù)的研究熱點(diǎn)。數(shù)據(jù)中心為了保證不間斷運(yùn)行勢必會消耗大量的電力，在如此大基數(shù)的電力傳輸下，電力傳輸期間的電能損耗也會很大，電力傳輸效率的提高顯得尤其重要。縮短電力傳輸路徑、減少轉(zhuǎn)換層級、提升電力轉(zhuǎn)換效率等都是實(shí)現(xiàn)高效供電的措施。“高壓直流（HVDC）+市電直供”相結(jié)合的模式目前被廣泛應(yīng)用于IDC，其供電效率可普遍提高94%~95%，百度云計算（陽泉）數(shù)據(jù)中心“市電直供+HVDC離線”架構(gòu)，供電效率達(dá)到99.5%。HVDC技術(shù)在開/關(guān)電源側(cè)減少了一次直流/交流變換，在IT設(shè)備側(cè)也減少了一次，從而提高了電源使用效率，市電直供在一定程度上有利于能耗的降低，因此“HVDC+市電直供”模式可以實(shí)現(xiàn)低成本、高效能、高可靠性的數(shù)據(jù)中心供電。

對于數(shù)據(jù)中心而言，制冷系統(tǒng)是除IT系統(tǒng)能耗外最大的耗能單元，占總能耗的32%左右，制冷/散熱技術(shù)是影響數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展的重要因素。根據(jù)機(jī)柜的熱密度等級，依次可選擇的冷卻方式有房間空調(diào)、機(jī)架內(nèi)部冷卻、液冷冷卻等。當(dāng)前，針對機(jī)房冷卻和服務(wù)器冷卻的主流綠色技術(shù)有自然冷卻技術(shù)和液冷技術(shù)。自然冷卻技術(shù)相比機(jī)械制冷技術(shù)能耗低、碳排放少，其根據(jù)冷卻介質(zhì)可分為空氣自然冷卻和水自然冷卻，根據(jù)接觸方式又分為直接冷卻和間接冷卻。其中，直接新風(fēng)自然冷卻利用機(jī)房室外的自然環(huán)境作為制冷源，通過裝置將符合空氣質(zhì)量要求的冷風(fēng)引進(jìn)機(jī)房進(jìn)行制冷，這種冷卻方式路徑最短，散熱效率最高，但是空氣質(zhì)量較差，對于溫度、濕度不合適的數(shù)據(jù)中心不適用。自然冷源水冷卻技術(shù)是采用河水、海水等自然冷源水進(jìn)行冷卻的技術(shù)，其技術(shù)應(yīng)用在我國已經(jīng)取得了較大進(jìn)展。例如，海南海底數(shù)據(jù)中心示范項(xiàng)目以海洋作為自然冷源，將服務(wù)器安放在海底的壓力容器中，通過海水的流動進(jìn)行自然冷卻。液冷技術(shù)直接對服務(wù)器進(jìn)行冷卻，突破了物理機(jī)房的限制，正成為業(yè)內(nèi)主研的重點(diǎn)技術(shù)。液冷制冷能效更高，空間占用也更少，主要制冷方式為間接冷卻和直接冷卻。間接冷卻以冷板式液冷技術(shù)為主，直接冷卻以浸沒式液冷技術(shù)為主。冷板式液冷是利用裝有液體的冷板接觸或者利用導(dǎo)熱部件將熱量傳導(dǎo)至冷板來進(jìn)行散熱，浸沒式液冷是將發(fā)熱的原件浸沒在冷卻液中直接散熱。我國一些主流IT設(shè)備廠商均有液冷產(chǎn)品研發(fā)，覆蓋風(fēng)液冷混合、冷板液冷、浸沒式液冷等主流液冷技術(shù)。

（二）算力設(shè)備關(guān)鍵綠色技術(shù)

算力設(shè)備是生產(chǎn)算力的基礎(chǔ)和源頭，主要是對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和輸出。算力設(shè)備是以服務(wù)器、芯片作為主要核心部件，另外還綜合了網(wǎng)絡(luò)、存儲等設(shè)備。算力設(shè)備的數(shù)量大、種類多，其綠色技術(shù)發(fā)展對于整個綠色算力來說具有重要意義。服務(wù)器高效計算以及先進(jìn)存儲系統(tǒng)是發(fā)展綠色算力設(shè)備技術(shù)的主要因素。

服務(wù)器是算力供給的核心設(shè)備，具有處理數(shù)據(jù)和輸出結(jié)果的功能，也是數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備中能耗最高的設(shè)備。服務(wù)器的高效節(jié)能對于綠色算力發(fā)展極其重要。精簡指令集是CPU指令集按照邏輯分類的一種，ARM架構(gòu)是精簡指令集的主要代表，擁有完整的生態(tài)系統(tǒng)，涵蓋了人工智能、云計算、高性能計算等領(lǐng)域。此外，精簡指令集還包括MIPS架構(gòu)、RISC-V架構(gòu)等，RISC-V架構(gòu)是一種新型架構(gòu)，建立在已有的體系結(jié)構(gòu)所暴露的問題之上。基于精簡指令集架構(gòu)的處理器具有低功耗、高效能、高可靠性的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使其成為了推動算力設(shè)備綠色發(fā)展的主力。在產(chǎn)品形態(tài)方面，高密度服務(wù)器的建設(shè)也是提高計算效率的有效措施。高密度服務(wù)器可以使一臺機(jī)箱內(nèi)的多臺服務(wù)器共享電源和風(fēng)扇，一方面提高了電源和散熱系統(tǒng)的使用效率，另一方面也提高了單位面積的算力。刀片服務(wù)器是高密度服務(wù)器的一種，可以有效降低耗電量，并且具有高可靠性。除了提高能效之外，降低能耗也是服務(wù)器綠色發(fā)展的重點(diǎn)，動態(tài)調(diào)頻調(diào)壓、智能能耗管理、啟動低功耗以及功耗封頂?shù)燃夹g(shù)都是降低能耗的先進(jìn)技術(shù)。動態(tài)調(diào)頻調(diào)壓技術(shù)保證在服務(wù)器低負(fù)載時降低處理器的頻率和電壓，從而降低處理器功耗；智能能耗管理技術(shù)可以實(shí)時監(jiān)測CPU負(fù)載，通過調(diào)節(jié)CPU頻率來減少能源浪費(fèi)；啟動低功耗技術(shù)可以降低上電時功耗過大而帶來的能源消耗；功耗封頂技術(shù)則可以通過限制處理器的性能，保證總功耗控制在設(shè)定的上限以下，防止功耗超標(biāo)。

數(shù)據(jù)中心算力水平不僅取決于服務(wù)器，存儲和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也很重要，數(shù)據(jù)存儲是數(shù)據(jù)利用的基礎(chǔ)，也是數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)價值等實(shí)現(xiàn)的前提。因此，存儲綠色技術(shù)發(fā)展也是算力設(shè)備綠色發(fā)展的重要部分。隨著全球算力的發(fā)展，到2025年，全球數(shù)據(jù)年產(chǎn)量將達(dá)到175 ZB，為了存儲如此海量數(shù)據(jù)，存儲耗電量增長迅速，對于低能耗的存儲需求激增。數(shù)據(jù)分級、冷/熱數(shù)據(jù)分治以及優(yōu)化存儲設(shè)計都是降低存儲成本和功耗的有效手段。數(shù)據(jù)分級就是按照數(shù)據(jù)的訪問頻率將數(shù)據(jù)分為冷、溫、熱數(shù)據(jù)；冷/熱數(shù)據(jù)分治就是將熱數(shù)據(jù)存儲在具有讀寫速度快、功效低、發(fā)熱少的存儲介質(zhì)上，將冷數(shù)據(jù)存儲在不需要實(shí)時訪問的存儲介質(zhì)上。數(shù)據(jù)分級和冷/熱數(shù)據(jù)分治可以更好地降低存儲能耗。存儲設(shè)計也是影響能耗的關(guān)鍵因素，全閃存、高密度硬件、風(fēng)液冷技術(shù)等都可以大幅降低存儲能耗。閃存介質(zhì)相比傳統(tǒng)機(jī)械硬盤介質(zhì)能減少70%能耗；高密度存儲介質(zhì)可以大大提高單位存儲效率，結(jié)合存算分離架構(gòu)可以節(jié)約能耗10%~30%；風(fēng)液冷技術(shù)可以針對不同部件采用不同冷卻技術(shù)，既能夠降低溫度又能夠減少冷卻負(fù)荷，從而降低能耗。除此之外，數(shù)據(jù)融合技術(shù)、數(shù)據(jù)算法等也是目前業(yè)內(nèi)研究的熱點(diǎn)。

（三）算力平臺關(guān)鍵綠色技術(shù)

算力平臺是給用戶提供通用算力、智能算力以及高性能算力的算力服務(wù)平臺，它實(shí)現(xiàn)了算力資源與計算要求的有效對接、算力與用戶的有效適配以及算力在節(jié)點(diǎn)間的靈活調(diào)度和智能管理（見圖1）。算力平臺可以整合算力資源，根據(jù)需求來進(jìn)行算力分配，避免了資源浪費(fèi)，這對于發(fā)展綠色算力具有重大意義。算力資源全局調(diào)度以及智能產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)是提高算力利用效率、實(shí)現(xiàn)平臺層面綠色低碳的重要舉措。

算力調(diào)度是實(shí)現(xiàn)算力供需高效對接的重要技術(shù)手段，算力調(diào)度可以根據(jù)不同的任務(wù)和需求進(jìn)行算力資源的合理分配，實(shí)現(xiàn)彈性泛在、高效敏捷的算力供給。虛擬化和云原生技術(shù)可以提高服務(wù)器利用率，減少能源消耗和碳排放。算力虛擬化是在服務(wù)器上通過將物理資源抽象成邏輯資源，從而使多個操作系統(tǒng)同時在單臺物理服務(wù)器上運(yùn)行的技術(shù)，該技術(shù)可以整合服務(wù)器資源，將服務(wù)器CPU平均占用率提高10%~30%，從而減少機(jī)房制冷系統(tǒng)負(fù)荷降低能耗，有效節(jié)能20%~50%。算力池化技術(shù)是一種云原生技術(shù)，它會將多個算力資源匯聚到一個池中來進(jìn)行靈活調(diào)度，從而提高資源利用率；算力池化技術(shù)基于虛擬化發(fā)展而來，它可以將物理資源進(jìn)行動態(tài)分配和管理，從而提高計算效率和靈活性；算力池化技術(shù)擁有彈性伸縮的特點(diǎn)，算力平臺可以根據(jù)用戶的實(shí)時需求來自動調(diào)整資源池的規(guī)模，這樣可以大大提高資源利用率并降低用戶成本。無論是企業(yè)自用算力平臺還是用戶范圍更廣的全國性或地區(qū)性算力平臺，先進(jìn)的資源調(diào)度技術(shù)都可以更好地管理和使用算力資源，提高效率，降低資源浪費(fèi)。

計算架構(gòu)可以屏蔽異構(gòu)硬件差異，提供統(tǒng)一異構(gòu)硬件開發(fā)工具，減少用戶跨架構(gòu)編程成本，并提供便捷化業(yè)務(wù)開發(fā)和部署方式，從而實(shí)現(xiàn)算力的優(yōu)化配置和高效利用。平臺工程和無服務(wù)架構(gòu)是簡化產(chǎn)品開發(fā)，提高算力資源利用效率的兩種架構(gòu)模式。平臺工程是一套用來構(gòu)建和運(yùn)營、支持軟件交付和生命周期管理的自助式內(nèi)部開發(fā)者平臺架構(gòu)，開發(fā)人員的自助服務(wù)可以達(dá)到降本增效的目的。平臺工程主要應(yīng)用于系統(tǒng)軟件協(xié)同設(shè)計、透明研發(fā)、部署解耦，系統(tǒng)軟件以模塊化方式交付從而提升產(chǎn)品研發(fā)效率，加快業(yè)務(wù)迭代速度。無服務(wù)架構(gòu)是一種新型的計算架構(gòu)，它基于事件驅(qū)動，可以自動擴(kuò)展和縮減計算資源，無需用戶管理服務(wù)器。無服務(wù)架構(gòu)抽象了底層基礎(chǔ)架構(gòu)的細(xì)節(jié)，消除了對傳統(tǒng)的始終在線的服務(wù)器的大部分需求，顯著降低了運(yùn)維成本。人工智能應(yīng)用框架可以作為人工智能應(yīng)用開發(fā)中平臺架構(gòu)的一部分。PyTorch和TensorFlow是兩個熱度很大的框架，TensorFlow歷史較為久遠(yuǎn)，并且功能強(qiáng)大，在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛；PyTorch時間較短，可以讓開發(fā)者無縫地將人工智能模型從研究轉(zhuǎn)到生產(chǎn)，無需處理遷移，從而獲得大量研究人員青睞。兩者都具備優(yōu)化的性能、易于理解的框架與編碼、良好的社區(qū)支持、并行化的進(jìn)程以及自動計算梯度等特征。當(dāng)前，業(yè)界正在探索無服務(wù)架構(gòu)和人工智能的協(xié)同效應(yīng)，以期進(jìn)一步提高開發(fā)效率與算力利用效率，實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新和綠色低碳發(fā)展。降低代碼運(yùn)行能耗也是實(shí)現(xiàn)綠色算力的措施之一，在應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計和優(yōu)化上，考慮發(fā)展綠色算法，優(yōu)化策略和參數(shù)設(shè)置，從而降低能耗。應(yīng)用程序的架構(gòu)和設(shè)計都會影響服務(wù)器的利用率，利用并行處理和分布式計算能力可以有效利用算力資源，高效的軟件設(shè)計、良好的代碼都可以提高整體的運(yùn)行效率。

四、綠色算力展望與建議

（一）綠色設(shè)施、綠色設(shè)備、綠色平臺和綠色應(yīng)用共同筑起綠色算力未來

能源是算力產(chǎn)業(yè)發(fā)展必不可少的驅(qū)動力，算力流轉(zhuǎn)中的每一個過程都與能源利用密切相關(guān)，無論是服務(wù)器的運(yùn)轉(zhuǎn)、制冷/散熱設(shè)備的驅(qū)動，還是大模型平臺資源調(diào)度都離不開持續(xù)穩(wěn)定的能源支持。因此，推廣綠色供能和綠色用能設(shè)施在促進(jìn)綠色算力發(fā)展中扮演著舉足輕重的角色。未來，綠色算力底層基礎(chǔ)將被全面夯實(shí)，算力產(chǎn)業(yè)加快提升新能源電力供給比例，針對維持電力穩(wěn)定不間斷問題加強(qiáng)微電網(wǎng)系統(tǒng)研究與構(gòu)建，積極開展儲能材料的探索和技術(shù)研發(fā)；針對制冷低功耗需求著力推動液冷相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新、探索余熱回收等節(jié)能方向，算力設(shè)施的關(guān)鍵核心技術(shù)全面創(chuàng)新。

算力設(shè)備是決定算力供給能力的關(guān)鍵，算力生產(chǎn)的多少主要取決于計算芯片的運(yùn)算能力，另外還需要存儲和網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)設(shè)備的協(xié)同配合，算力才能夠更好地發(fā)揮生產(chǎn)力作用。算力設(shè)備綠色低碳運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)算力產(chǎn)業(yè)鏈整體節(jié)能高效的重要一步。要繼續(xù)鞏固和發(fā)展綠色算力設(shè)備，從設(shè)備選型、系統(tǒng)部署、配套設(shè)施的全流程進(jìn)行綠色技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新應(yīng)用，支持深度應(yīng)用浸沒式、冷板式液冷服務(wù)器，推動研發(fā)高性能的人工智能芯片，使用先進(jìn)閃存介質(zhì)降低能源消耗，探索存算分離架構(gòu)結(jié)合高密存儲帶來能耗節(jié)約。

算力平臺是以算力載體或算力集群為底層基礎(chǔ)，基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展而構(gòu)建出的軟件環(huán)境，使用算力平臺，向上可以統(tǒng)籌管理算力設(shè)備輸入的硬件資源，向下賦能行業(yè)應(yīng)用滿足工業(yè)、金融等各個行業(yè)的算力消費(fèi)需求，是幫助產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)算力靈活調(diào)配和高效應(yīng)用的重要支持。未來，算力產(chǎn)業(yè)將持續(xù)聚焦軟件技術(shù)使其充分激發(fā)硬件性能潛力，包括根據(jù)服務(wù)框架、計算框架、存儲引擎屬性進(jìn)行硬件性能動態(tài)調(diào)節(jié)優(yōu)化，以及運(yùn)用人工智能和大數(shù)據(jù)能力進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)分析和未來趨勢預(yù)測實(shí)現(xiàn)工作負(fù)載綠色，從而進(jìn)一步深化平臺算法能力優(yōu)化策略和參數(shù)設(shè)置，降低代碼運(yùn)行能耗。

算力應(yīng)用即算力賦能，是指將算力作為驅(qū)動生產(chǎn)方式變革和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵要素，應(yīng)用于高新技術(shù)、產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型以及移動消費(fèi)智能終端，賦能各行各業(yè)實(shí)現(xiàn)能源效率提升、數(shù)字化轉(zhuǎn)型及供應(yīng)鏈優(yōu)化。隨著算力在各領(lǐng)域應(yīng)用的走深向?qū)崳懔?yīng)用正逐漸由互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)向交通、工業(yè)、金融、政務(wù)、醫(yī)療、教育等傳統(tǒng)行業(yè)加速滲透，應(yīng)用場景也從通用場景拓展到行業(yè)特定場景，如智能座艙、智慧城市大腦、人工智能數(shù)字人等。但不同應(yīng)用場景對算力的需求不同，如何處理好多樣化需求與低能耗低排放的關(guān)系仍是算力產(chǎn)業(yè)亟待解決的問題。未來，在賦能應(yīng)用層面，要廣泛建立算力綠色低碳化標(biāo)識，形成綠色算力消費(fèi)的碳減排方法論，引導(dǎo)消費(fèi)者在日常生活中選擇消費(fèi)綠色算力，促使產(chǎn)業(yè)上游供給綠色算力以滿足消費(fèi)需求，倒逼生產(chǎn)方式實(shí)現(xiàn)算力產(chǎn)業(yè)整體綠色低碳發(fā)展。

（二）促進(jìn)綠色算力發(fā)展相關(guān)建議

算力基礎(chǔ)設(shè)施綠色化、低碳化、智能化發(fā)展是我國綠色算力發(fā)展的主旋律，“綠色數(shù)據(jù)中心”“綠色智能的數(shù)據(jù)與算力設(shè)施”“新型智能算力生態(tài)體系”成為了各相關(guān)政策文件關(guān)注的焦點(diǎn)。當(dāng)前，以綠色算力為施策方向，針對軟件平臺高效集約、算法應(yīng)用綠色低碳進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃的政策文件較少，缺乏從用能開始，經(jīng)過生產(chǎn)調(diào)度，再到落地應(yīng)用的算力全流程一體化規(guī)劃設(shè)計。未來，在政策規(guī)劃上，要構(gòu)建高效協(xié)同的綠色算力技術(shù)產(chǎn)業(yè)生態(tài)，積極引導(dǎo)綠色算力創(chuàng)新體系建設(shè)，培育全棧綠色化算力創(chuàng)新聯(lián)合體，搭建具備節(jié)能環(huán)保綠色低碳屬性的算力基礎(chǔ)設(shè)施。支持算力企業(yè)提升自主創(chuàng)新水平，加大研發(fā)投入，提升核心技術(shù)競爭力，不斷拓展綠色算力服務(wù)邊界。在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，圍繞碳利用效率、碳中和評估、IT設(shè)備能效已經(jīng)存在了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，電能利用效率、碳利用效率、水資源利用效率、基礎(chǔ)設(shè)施利用效率以及算力碳效等關(guān)鍵能效指標(biāo)被陸續(xù)提出，但綠色算力標(biāo)準(zhǔn)體系還存在空白，對于術(shù)語、定義等基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)尚不完善，計算評測、分類分級方法亟需制定。未來，要建立和完善綠色算力標(biāo)準(zhǔn)體系，推進(jìn)綠色算力標(biāo)準(zhǔn)在算力基礎(chǔ)設(shè)施等相關(guān)重點(diǎn)企業(yè)和重點(diǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用，對算力全生命周期綠色化提供指導(dǎo)和建議。

五、結(jié)束語

算力是數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代集信息計算力、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)載力、數(shù)據(jù)存儲力于一體的關(guān)鍵生產(chǎn)力，已成為推動各領(lǐng)域數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型的重要基石，并為“數(shù)字中國”建設(shè)提供了有力支撐。自我國正式提出碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)以來，綠色低碳、節(jié)能環(huán)保成為各產(chǎn)業(yè)布局的底層邏輯，經(jīng)濟(jì)社會對生產(chǎn)、應(yīng)用和消費(fèi)綠色算力提出明確訴求。技術(shù)創(chuàng)新是算力發(fā)展的根本。近年來，算力產(chǎn)業(yè)鏈上下游各方共同協(xié)作與融合發(fā)展，綠色算力在新技術(shù)、新產(chǎn)品、新解決方案落地應(yīng)用上也已取得了積極進(jìn)展。未來，相信綠色算力技術(shù)將不斷成熟，綠色算力相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、評價指標(biāo)將不斷完善，算力行業(yè)各方會逐步將綠色意識和算力發(fā)展融合統(tǒng)一，建立科學(xué)有效的綠色戰(zhàn)略和路線圖，算力產(chǎn)業(yè)整體實(shí)現(xiàn)“數(shù)字化”+“綠色化”雙輪驅(qū)動高質(zhì)量發(fā)展。