數字時代，我們在生產生活中產生的海量數據，它們的存、算、傳、用都離不開數據中心這類“新基建”，數據中心也順理成章地成為當今社會的耗電大戶。據“中國IDC圈”統計，2019年數據中心總耗電量超過2045億千瓦時，占全社會用電總量超過2.4%。

隨著我國“碳達峰”“碳中和”目標的提出，數據中心的能耗問題逐漸成為各方關注的焦點。近期，國家發展改革委等4部門更是印發《全國一體化大數據中心協同創新體系算力樞紐實施方案》，明確提出“推動數據中心綠色可持續發展”“加強綠色數據中心建設，強化節能降耗要求”。

把低碳綠色從愿景變成現實，大型、超大型數據中心都有哪些硬招、實招?近日，《中國科學報》實地探訪了阿里云張北數據中心。

一年300天，制冷“不花錢”

在北京西北200多公里處的張北縣草原天路附近，這座數據中心迎來一年最熱的節氣——大暑。但即便在三伏天，空調在這里的使用率也并不高。據查，張北坐擁得天獨厚的氣候優勢，年均氣溫只有2.6℃，年內最低氣溫更是曾創下零下40℃的紀錄。

與其說張北數據中心空調利用率極低，倒不如說這里更多用的是“天然空調”。在園區的氣冷機房，運轉著的不是空調，而是一種類似于新風系統的設備——AHU風墻。

AHU是Air Handler Unit(風機矩陣空氣處理單元)的縮寫。當室外溫度低于設置值(如25℃)時，AHU設備將室外冷空氣經過濾及濕度處理后直接送入數據機房;當室外溫度高于設置值時，或通過噴淋降溫及過濾后送入數據機房，或啟動備用制冷空調為機房服務器降溫。

“AHU風墻技術的使用可以大大減少空調機組的運行、實現節能。”阿里云基礎設施數據中心總經理高山淵告訴《中國科學報》，在張北數據中心，幾乎每年都有300多天可以利用室外冷空氣為數據機房降溫。

高山淵說，經測算，張北數據中心的電源使用效率(即PUE值，數值越接近1表明效能越高)在冬天最低可達1.09，在夏天也只有1.3左右。

將服務器泡在液體里

在節能降耗方面，除了充分利用自然風冷，阿里云還自研出一套“將服務器泡在水里”的黑科技。

在張北數據中心的液冷機房，可以看到一排排價值不菲的服務器浸泡在液體中，湊近看去，還能看到有些部件在液體中閃著光，活像科幻大片里的橋段。

這就是浸沒式液冷技術。浸沒式液冷依賴于一種特殊的絕緣冷卻液，冷卻液與服務器各元器件零距離全方位接觸，器件在運行中產生的熱量將直接被吸收進入外循環冷卻。這種冷卻方式不需要開啟空調，全程用于散熱的能耗幾乎為零，整個機房也非常安靜。

“浸沒式液冷的節能效果超過70%，實現了數據中心100%無機械制冷。”高山淵說，“如果將浸沒式液冷向全國推廣，那么全國數據中心的PUE都會降低到1.1以下。”

高山淵說，隨著未來對能耗密集型服務器(如人工智能服務器)的需求加劇，浸沒式液冷或許是唯一解。

液冷的好處不僅體現在散熱方面，還在于它能夠提升設備的穩定性、降低設備事故率。高山淵告訴《中國科學報》，液冷機房運行3年來，與同等規模的其他機房相比，事故率降低了54%。

但是，浸沒式液冷也不是全無死角的“六邊形戰士”。一方面，液冷雖然從全生命周期來看成本還可以接受，但它的一次性投入成本很高;另一方面，絕緣冷卻液跟各類元器件的“磨合”還需要時間給予證明。比如，目前還未校驗它與GPU等計算單元的兼容性如何。此外，囿于生產工藝和技術，目前絕緣冷卻液距離實現國產化還有一段路程。

“減碳三環”打造“零碳云”

高山淵說，加上模塊化設計、AI調溫等技術，張北數據中心的全年PUE低于1.2，最低可以達到1.09——這是一個領先行業的數字，這一能效約等于每年可節約標煤8萬噸，相當于種植了400萬棵樹木。

用大自然的冷風吹、用絕緣冷卻液浸泡，把數據中心的PUE值降低到接近1， 提高了數據中心的能效。不過，數據中心仍是耗電大戶——據“中國IDC圈”統計，2019年數據中心總耗電量超過2045億千瓦時，占全社會用電總量超過2.4%。

數據中心負荷實在太大了，就算是能耗全部用來支撐計算，它們全年無休地開機運行，用電量也是一個天文數字。當這個天文數字遇到“碳中和”這樣的宏偉目標，無疑是一個“需要解決的問題”。

好在張北有“綠電”。早在七八年前，張北就是“廣袤的原野上風車林立，數千畝光伏面板如波蕩漾”，經過這些年的發展，風車和光伏電板已經成為張家口市的重要電力來源。

使用“綠電”，成為張北數據中心的必然之選。

高山淵透露，張北數據中心無疑是張北綠電的消納大戶。2018年起，阿里就加入張家口“四方協作機制”風電交易，截至今年5月，共交易綠電約4.5億千瓦時，累計減排二氧化碳近40萬噸。

從自身節能減排做起，還只是阿里云數據中心邁向“零碳云”的一環。今年5月，阿里云發布“零碳云”計劃，希望在推動自身節能減排的同時，向生態企業輸出數字減碳能力、支持綠色技術創新。他們希望向電力能源、鋼鐵、交通、制造等碳排放大戶提供高效云平臺支持，為其引入大數據、人工智能技術，幫助上云企業提高效率、節能降耗。

比如，通過向攀鋼集團引入阿里云工業大腦，對其煉鋼全流程進行工藝優化，幫助攀鋼旗下的西昌鋼釩公司煉鋼廠節省了25%的人工、每生產一噸鋼節省1.28公斤鐵，生產效益提升2.4倍。在西南某大型垃圾焚燒發電機組上，阿里云利用優化的人工智能算法幫助客戶將固廢垃圾焚燒效率提升2.6%，相當于燃燒同樣的垃圾每年多發電4000多萬千瓦時，碳排放相比之前降低約48%。

踐行“碳中和”，打造“零碳云”，阿里希望利用數字化能力做好“減碳三環”：自身節能減排的“內環”、推動生態企業脫碳減排的“中環”、公眾綠色低碳消費的“外環”。

就像阿里巴巴首席技術官程立說的那樣，“碳中和”不僅是環保概念，更是技術路線，在落實“雙碳”戰略過程中，數字基建會朝著綠色基建邁進。

標簽： 耗電 碳中和 強化 節能