算力是激活新質生產力、推動數字經濟高質量發(fā)展的核心力量，同時也是能源消耗增長較快的領域之一。在AI爆發(fā)增長情景下，2030年我國算力中心用電或超過7000億kWh，占全社會用電量將達到5.3%。2024年7月和8月，國家發(fā)改委、網信辦等部門先后發(fā)布《數據中心綠色低碳發(fā)展專項行動計劃》和《數字化綠色化協(xié)同轉型發(fā)展實施指南》，旨在推動數字產業(yè)綠色低碳發(fā)展，加快綠色數據中心建設。發(fā)展綠色算力成為支撐經濟社會高質量發(fā)展的必然選擇。
發(fā)展綠色算力是大勢所趨
1.綠色算力內涵
綠色算力是指面向算力全生命周期，對算力生產、供給、運營和應用的全過程，實現(xiàn)算力現(xiàn)代化高質量綠色化發(fā)展。包括算力設備綠色高效、算力設施節(jié)能運行、算能協(xié)同布局和算用普惠四個方面。
表1 綠色算力內涵
2.新形式推動綠色算力快速發(fā)展
AI算力爆發(fā)使節(jié)能降碳面臨更大挑戰(zhàn)。ChatGPT每天需處理約2億次請求，電力消耗超50萬kWh，約為1.7萬美國家庭的日用電量。英偉達H100峰值功耗為700W，遠超普通家庭平均功耗。預計至2025年，全球GPU產能將達600多萬片，年復合增速不低于30%，能源短缺或將隨之而來。相關數據顯示，2023年我國算力中心能耗總量1500億kWh，同比增長15.4%，約占全社會用電量的1.6%，預計到2030年，或超過7000億kWh，對算力用電規(guī)模、能源結構轉型提出更高要求。
國家和地方政策引領算力綠色低碳發(fā)展。國家層面，《算力基礎設施高質量發(fā)展行動計劃》、《關于深入實施“東數西算”工程加快構建全國一體化算力網的實施意見》等政策，推動綠色算力進入算力算效提升、綠色能源利用和數智賦能階段。地方層面，北京提出提升智算中心綠色低碳水平，廣東到2025年要建成全國第一、全球領先的算力樞紐中心，貴州支持數據中心企業(yè)采購綠色能源，因地制宜積極推動算力綠色化發(fā)展。
算力企業(yè)和科技巨頭積極踐行綠色算力。中國電信開展“1248”雙碳行動，十四五期間實現(xiàn)大型、超大型綠色數據中心占比超80%。中國移動發(fā)布“C2三能一碳達峰碳中和行動計劃”，創(chuàng)新構建“三能六綠”發(fā)展模式。中國聯(lián)通通過《“碳達峰、碳中和”十四五行動計劃》明確“3+5+1+1”碳達峰碳中和行動方案。谷歌自2010年起總計購買約10GW清潔能源發(fā)電能力（圖1），亞馬遜連續(xù)第四年成為全球最大的清潔能源買家（圖2），目前已實現(xiàn)數據中心100%可再生能源使用。
圖1 谷歌可再生能源采購量與總用電量的比較
圖2 全球企業(yè)可再生能源購電協(xié)議（PPA）亞馬遜位居榜首
綠色算力發(fā)展趨勢
2024年我國綠色算力在生產、供給、運營和應用等環(huán)節(jié)取得了相關進展，算力設備和設施、算能協(xié)同和算用普惠方面實現(xiàn)綠色化發(fā)展。
1.技術創(chuàng)新推動算力設備綠色高效發(fā)展，打造綠色算力源頭
從產業(yè)鏈看算力設備包括芯片、服務器、存儲設備、網絡設備、算法和模型等。當前，算力設備的綠色技術圍繞芯片、服務器等方面進行。
芯片方面，先進工藝和架構優(yōu)化促進高效節(jié)能。英偉達BlacKWell GPU，結合最新Transformer引擎、 NVLink、RAS引擎和解壓縮引擎等技術，支持10萬億參數模型進行訓練和實時LLM推理，性能提升30倍，能耗降低25倍。阿里倚天710內含128核CPU，與飛天操作系統(tǒng)及CIPU 融合，性能提升30%以上，單位算力功耗降低 60%以上。
建設高密度服務器和優(yōu)化整機結構提升計算效率和降低能耗。浪潮高密度服務器支持X86、ARM等多種計算平臺,性能提升60%—107%,支持CXL技術，有效數據帶寬提升達87%至125%。
2.多樣制冷技術、供配電和資源回收方案，助力算力設施綠色化
算力設施集信息計算力、網絡運載力、數據存儲力于一體，主要指算力中心基礎設施，涉及制冷、供配電、資源回收利用等方面。
液冷制冷技術優(yōu)勢明顯。采用冷板式液冷系統(tǒng)單機柜的功率密度從8-10kw提升至33kw，單機柜最大支持66kw供電。2023年6月，中國移動、中國電信、中國聯(lián)通三大運營商聯(lián)合發(fā)布《電信運營商液冷技術白皮書》。全國多地正加快建設液冷智算中心，大灣區(qū)、長三角、京津冀均有落地。
“源網荷儲”有機融合是數據中心能源結構革新的突破點。其原理是通過精確控制社會電力系統(tǒng)中用電負荷和儲能資源，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的平衡。廈門ABB 工業(yè)中心將光儲充、暖通空調、氣象預報、生產管理等系統(tǒng)接入管理平臺，實現(xiàn)對“源-網-荷-儲”的柔性精準調控。實施后，用電成本整體下降約22.98%。
余熱和水資源回收助力綠色算力變碳為零。中國移動哈爾濱數據中心將園區(qū)機房內IT設備產生的余熱重復利用，作為辦公采暖和熱水的熱源。一期共提供余熱利用量10327kw，可供冬季采暖面積87117m²，每年節(jié)約供暖成本209萬元。
3.綠電綠證交易護航可再生能源使用，算能協(xié)同助力算力綠色高效利用
算能協(xié)同指通過算力和電力之間的協(xié)同作用，實現(xiàn)信息與能源的高效利用和優(yōu)化配置。2024年8月發(fā)布的《數字化綠色化協(xié)同轉型發(fā)展實施指南》落實國家戰(zhàn)略，有效推動新能源與算力的匹配布局。
可再生能源利用是算力綠色發(fā)展的重要手段。各國都在統(tǒng)籌可再生能源供應與算力低碳發(fā)展�！稓W洲氣候中立數據中心公約》提出，2025年數據中心使用可再生能源電力要達75%，2030年達到100%。根據我國《綠色數據中心政府采購需求標準(試行)》，2025年可再生能源使用率達30%，2027年50%、2030年75%、2032年達到100%。
綠電綠證交易為可再生能源利用保駕護航。該交易即滿足清潔用能的需求，也是企業(yè)低碳轉型的重要措施。2024年4月，國家能源局印發(fā)《可再生能源綠色電力證書核發(fā)和交易規(guī)則》，為推動可再生能源高質量發(fā)展提供指導。截至2024年7月，全國累計核發(fā)綠證8.89億個，全國累計交易綠證2.91億個。
算能協(xié)同實現(xiàn)算力資源有效動態(tài)調度，提升資源利用率。國家層面，2024年8月，“東數西算”六大集群算力調度平臺實現(xiàn)互聯(lián)互通；企業(yè)層面，電信運營商及云服務商聯(lián)合產業(yè)鏈上下游建設算力調度平臺，基于能源調度系統(tǒng)，實現(xiàn)算能協(xié)同，推動按需、動態(tài)用能。
4.算用普惠推動綠色算力賦能千行百業(yè)
算力已經融入經濟社會發(fā)展各領域全過程，改變了人們的生產生活方式和社會治理方式，帶動了產業(yè)綠色低碳轉型。
算用普惠助力交通運輸行業(yè)降碳減排。交通運輸行業(yè)的碳排量約占全國總排放量的10%。2024年5月，國務院印發(fā)《2024—2025年節(jié)能降碳行動方案》要求，2025年底交通運輸領域碳排放強度較2020年降低5%。綠色算力賦能交通運輸場景，通過將城市交通中相關對象的數據傳遞給交通“智慧大腦”,實現(xiàn)公共交通的整體優(yōu)化、精細運營和降碳減排。早在2022年，北京智能交通系統(tǒng)就通過采集五環(huán)路內1535個路口的交通流量信息，實現(xiàn)路口信號協(xié)調控制，路網通行能力提升15%，有效減少機動車排放。
算用普惠賦能園區(qū)綠色運營。我國園區(qū)耗能約占全社會總耗能的69%，碳排放約占全國總排放的40%。零碳園區(qū)的建設對落實“雙碳”政策至關重要。綠色算力助力園區(qū)實現(xiàn)安全生產管控、環(huán)境質量檢測、能源管理等，全面提高園區(qū)的智能化水平和運營效率。海寧泛半導體產業(yè)園通過數字化園區(qū)平臺，統(tǒng)籌管理能耗數據，通過“碳大腦+多能協(xié)同+綠電基建”運行模式，科學客觀反映園內企業(yè)的碳排放狀況和碳中和進程，為雙碳目標提供數據支撐。
算用普惠賦能工業(yè)領域節(jié)能降碳。我國工業(yè)領域碳排放量占全國總排放量的約40%，算力與新一代信息技術結合，從能源消費、利用和生產過程等方面，助力工業(yè)節(jié)能減排。寶鋼股份數字化碳管理平臺，基于云邊協(xié)同大數據中心，集成各生產單元生產、能源、排放、運輸、等實時數據，進行實時碳管理模型運算，動態(tài)跟蹤各單元碳排放。投運后，排放強度從2.16左右下降到1.98以下。
運營商綠色算力發(fā)展的建議
大力推動算力綠色化發(fā)展，是實現(xiàn)我國建設數字化基礎設施、展現(xiàn)大國擔當的重要命題。運營商作為國資央企，應當積極響應國家雙碳目標，通過切實可行的舉措積極推動算力“向綠而行”。
扎實推進數據中心節(jié)能降碳。依托高效加速芯片、開源計算框架、MOE模型等協(xié)同優(yōu)化，降低GPU集群用能成本。優(yōu)化數據中心設計，可利用自然冷源、熱回收技術以及高效率的電源管理系統(tǒng)，降低能耗。密切跟蹤氫能、先進儲能電池等新能源技術發(fā)展，完善自研綠色低碳解決方案，推進AI算法和大數據賦能數據中心節(jié)能降碳。
加強算力和電力的協(xié)同發(fā)展。推進運營商與電力主導企業(yè)的深度合作，開展綠電長期直購電協(xié)議、算力+能源融合建設等創(chuàng)新模式，加強超萬卡GPU集群附近的新型電力基礎設施合作建設等。
匯聚社會算力，推進算力普惠。依托運營商在算力并網、算網調度平臺等方面有優(yōu)勢基礎，持續(xù)優(yōu)化算力網絡建設，接入和納管社會算力，強化多元算力互聯(lián)互通，為中小企業(yè)提供綠色、普惠和易用算力。
