【一文看懂】如何实现和评估绿色算力？

在数字化转型的大背景下，数据处理和计算能力成为推动经济社会发展的重要动力。然而，随之而来的巨大能源消耗和碳排放问题不容忽视。“绿色算力”应运而生，成为解决这一问题的关键方案之一。

本篇文章主要从以下7个角度，让您全方位了解绿色算力，特别是如何实现与评估绿色算力。

1.  什么是绿色算力？

2.  为何需要绿色算力？

3.  如何实现绿色算力？

4.  如何评估绿色算力？

5.  绿色算力的相关案例

6.  绿色算力的发展趋势

7.  绿色算力相关报告下载链接

什么是绿色算力？

绿色算力尚无统一的公认定义，目前存在两个不同维度的定义，分别为：

观点一：绿色算力是衡量计算系统从部件到整机到上层应用全堆栈的计算能效，主要是通过对服务器系统的升级、改造，使用创新的绿色算力设计方案，智能部件管理技术助力节能减碳，创新性整机系统设计，液冷技术理念成熟，整机柜设计得到广泛认可等措施来实现。

观点二：绿色算力是算力基础设施实现绿色、低碳、可持续发展的一种算力形式，是把自然资源、环境资源作为算力发展要考虑的关键，把 经济效益和环境保护、社会责任有机融合，可实现算力的低碳清洁、 高效利用与科学配置，达成算力设施、算力设备、算力平台和算力赋 能的“四位一体”绿色发展。 

为何需要绿色算力？

发展绿色算力不仅是保护环境的需要，也是降低运营成本、提高国家和企业竞争力的有效途径。具体体现在：

解决能源消耗与碳排放问题：随着云计算、大数据、人工智能等技术的快速发展，数据中心的数量和规模不断扩大，能源消耗也随之急剧上升。据统计，全球数据中心的总能耗已经占到电力总消耗的一定比例，并且这一数字还在持续增长中。此外，数据中心运行过程中产生的大量热量需要额外的冷却系统来解决，这进一步加剧了能源的消耗和碳排放问题。发展绿色算力可以降低对传统能源的依赖，减少碳排放，有助于减缓气候变化。

资源利用最大化与成本降低：从提升算力和减少碳排出发，可以进一步实现资源利用最大化并减少对环境的负面影响。在降本增效方面，采用集约的绿色算力、高能效的 AI 技术可以实现更低的碳排放，并且在保证企业环保合规的前提下，投入更低的碳排处理费用。对于国家层面，发展绿色算力能在保证碳排不增长或少量增长的前提下实现算力的大幅提升，促进国民经济平稳增长。

产业带动与经济发展：算力产业具有产业链条长、投资规模大、带动效应强的特点，对于地方数字经济和 GDP 的发展有着显著的带动作用。例如，我国 “东数西算” 工程的布局，既平衡了东西部算力，推动数字经济高质量发展，又带动了算力相关上下游产业向西部地区有效转移，促进西部地区绿色新能源产业发展，推动西部大开发形成新的发展格局。

目前，国家高度重视数据中心的绿色低碳发展，连续出台《新型数据中心发展三年行动计划（2021 - 2023 年）》《信息通信行业绿色低碳发展行动计划（2022 - 2025 年）》《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求推动数据中心和 5G 等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》等相关政策文件，明确绿色低碳发展目标，引导市场应用绿色低碳算力，赋能行业绿色低碳转型。

此外，一些地方政府也出台了支持绿色算力产业建设发展的措施，如安顺经济技术开发区对符合条件的提供算力服务的大数据企业给予融资贷款贴息、人才支持、上市奖励等，以加快推进当地绿色算力基地建设，培育新质生产力。

如何实现绿色算力？

需要的技术

可再生能源利用：将太阳能、风能等可再生能源应用于数据中心和计算设备，减少对传统化石能源的依赖。例如海底数据中心利用海洋作为自然冷源，具有省电、省水、省地、高安全、高可靠等独特优势。

液冷技术：相比传统风冷模式，液冷技术能更高效地散热，降低设备温度，提高能源利用效率，减少能源消耗和碳排放，如中科曙光的硅立方浸没液冷计算机。

硬件设计与能效改进：通过优化硬件的架构、制程工艺和组件选择，如采用能效更高的处理器、内存和存储设备，以及先进的散热技术，可降低计算设备的能源消耗。

智能部件管理技术：电源逐渐向能效化、模块化、数字化、智能化等方向发展，体现在高效率、高功率密度、高可靠性、高智能化、远程控制、实时监控、冗余并机等方面；并采用直流电源，提升电源转换效率。同时为降低服务器在负载较低时，采用动态节能技术，可以自动监控服务器资源使用情况，根据资源利用率动态调整服务器运行状态，按照业务需求提供供电，将服务器用电损耗降到最低。

智能节能算法：开发和应用智能算法，对计算任务进行优化调度，根据负载情况动态调整计算资源，使服务器工作在高能效状态，避免资源浪费。采用动态节能技术，自动监控服务器资源使用情况，根据资源利用率动态调整服务器运行状态，按照业务需求提供供电，将服务器用电损耗降到最低。

整机系统设计技术：为降低服务器碳排放，需从设计层面着手，通过负载优化使服务器工作在高能效状态，对服务器待机进行优化。通过整机层面创新的系统设计，实现制冷和空调散热在时间和空间上进行匹配，打造节能低碳的绿色服务器。

整机柜设计技术：通过机柜级的节能技术可以实现整体能耗优化。采用集中散热的方式，减少风扇数量，提高散热效率，从而降低能耗。

技术难点

可再生能源的稳定性：可再生能源的供应受自然条件影响，存在不稳定性，如太阳能在夜晚或阴天、风能在风力不足时，如何保证计算的连续性是需要解决的问题。

技术创新的高投入与高风险：研发新的节能算法、设计更高效的芯片以及优化数据中心架构等技术创新，需要巨大的人力、物力和财力投入，且研发过程充满不确定性，可能面临失败和反复。

技术集成与优化：将多种绿色技术进行集成，并使其协同工作以达到最佳效果，存在一定难度。例如，如何将可再生能源与传统能源进行合理调配，如何优化液冷系统与硬件设备的配合等。

如何评估绿色算力？

我们分别引用以下两个报告来看评估绿色算力的维度

【中国通信院】

绿色算力技术创新研究报告（2024年）

【清华大学】国家“东数西算”枢纽节点

绿色算力指数研究报告

绿色算力的相关案例

中科曙光硅立方浸没液冷计算机：能提供超强的算力支持，还实现了节能高效的 “绿色算力”。其服务器芯片、主板等所有计算部件被浸没于液态冷媒中，实现了高效散热，将 PUE（评价数据中心能源效率的指标）降至 1.04。如果全部采用这种计算机，全国数据中心每年可节电 400 亿度，相当于 1/3 个三峡大坝的发电量。

海底数据中心海南示范开发项目：把服务器等 IT 基础设施安放在海底的压力容器中，采用重力热管技术，通过海水的流动对数据中心设备进行自然冷却。具有绿色低碳、安全可靠、降本增效等优势。该项目计划建设 100 套海底数据舱，全部建设完成后，相较于同等规模的陆地传统数据中心，每年能节省用电 1.22 亿千瓦时、节省建设用地面积 6.8 万平方米、节省淡水 10.5 万吨。

联想为上海交通大学计算中心打造的 “思源一号”：作为中国高校高性能计算排名第一的 HPC 集群，“思源一号” 计算密度是通用数据中心的 5 倍，机房面积却不足通用机房的 1/10。在联想温水水冷技术加持下，数据中心 PUE 降低至 1.1 左右，实现 42% 的节能减排，同时还利用余热回收技术，实现每年 950 吨的额外碳补偿。

绿色算力的发展趋势

绿色算力的实现主要有两个方向：降低算力平均能源消耗和提升计算效率。基于此目标，绿色算力的发展呈现三个趋势：算力技术将成绿色算力落地新机遇，算力服务逐步普及将极大提升算力利用效率，人工智能技术在绿色算力、算法效果逐步显现：

算力技术创新：新型节能算法、可再生能源应用和硬件设计等创新将不断提升绿色算力的能效，成为绿色算力落地的新机遇。

算力服务普及：算力服务逐步普及将极大提升算力利用效率，进一步推动绿色算力的发展。

与人工智能结合：人工智能技术在绿色算力、算法效果方面将逐步显现，例如通过人工智能优化计算任务调度、实现智能节能等。