1.前言从各种数据表面分析，数据中心无疑是一个“能源消耗大户”。从微观上看，一个超大型数据中心每年消耗近亿度电；从宏观上看，全球数据中心用电规模为205TWh[1]，占全球用电规模的1%。据中国信息通信研究院（以下简称“信通院”）发布的《数据中心白皮书》统计数??据显示，我国数据中心产业年均增长超过30%。有人担心数据中心的能耗也会快速增长，但事实是这样吗？2020年初，发表在世界顶级学术期刊《Science》上的论文《重新校准全球数据中心能耗估算》的数据显示，全球数据中心的能源消耗增长实际上正在放缓。在一般概念中，只提到功耗的“总量”，而没有提到功耗的“余量”。数据中心耗电量的“总量”看似庞大。事实上，从“边际”来看，数据中心确实在通过努力逐步将其去除。“能耗大”的帽子。《重新校准全球数据中心能耗估算》的研究显示，与2010年相比，2018年全球数据中心的计算实例增长了550%，而同期全球数据中心的功耗仅增长了6%。从每个计算实例来看，自2010年以来，全球数据中心的能源消耗强度每年下降20%，能源消耗效率显着提升。2.能源消费增速放缓的原因从《重新校准全球数据中心能耗估算》和全球发展现状分析，数据中心能源消费增速放缓的原因主要有以下三点：一是受益于积极的政策引导。在全球各个地区的政策引导下，数据中心从传统的小型数据中心向超大规模数据中心转型，有效降低了PUE值。目前，数据中心的规模正在从规模较小的传统数据中心向规模更大、能效更高的超大规模数据中心转变。2010年全球传统小型数据中心规模占计算实例的79%。到2018年，全球超大规模数据中心Scale占计算实例的89%。二是得益于IT设备技术和效率的不断提升。在2010-2018年期间，全球服务器效率和虚拟化的增加相结合，降低了每个计算实例所需的功率，导致全球计算实例增加6倍，而服务器功耗仅增加25%；存储驱动器效率这与密度的增加相结合，导致全球存储容量增加了25倍，而存储能量使用仅增加了3倍。三是受益于制冷、供配电等基础设施技术的不断提升。这些基础设施的技术进步显着降低了能源使用量，有效降低了PUE值。预计2018年全球数据中心平均PUE约为2010年的75%，得到有效改善。三、改善能耗的实践1、政策政策引导数据中心规模化、集约化，有效降低能耗。2013年之前，国内数据中心存在过热、盲目、重复建设等问题。同时，国内多数数据中心存在规模小、布局不合理、能效低下等问题。2013年以来，工信部先后联合四部委发布《关于数据中心建设布局的指导意见》，滚动更新《全国数据中心应用发展指引》（云计算与大数据研究所专项支持）指导数据中心合理建设布局，中国信息通信研究院），多个省市相继出台了一系列政策，引导和规范数据中心建设，我国数据中心能效水平普遍提高。2013年之前，全国对外服务数据中心的平均PUE在2.5左右，而到2019年底，全国对外服务数据中心的平均PUE接近1.6，实现了质的飞跃。与此同时，数据中心也在朝着规模化、集约化的方向发展。2013年之前，全国大型及以上数据中心数量较少，但到2019年，对外服务型数据中心中，大型及以上数据中心机架规模占比已达70%左右，极大地促进了数据中心能效的提升。不仅PUE平均水平在优化，我国数据中心最佳PUE也在不断刷新新低。2013年以来，中国信息通信研究院云计算与大数据研究所对多个数据中心进行了PUE测算，PUE表现较好的多为互联网、通信行业的大型数据中心。显然，随着时间的推移，参考数据中心的PUE已经从1.4-1.5区间降低到1.2-1.3区间。国际上测得的数据中心年均PUE，以美国公共机构为例，美国政府在十年内通过了美国联邦数据中心整合倡议（FDCCI）和联邦政府信息技术采购改革法案（FITARA）2010年至2019年）、数据中心优化倡议（DCOI）等政策措施，减少数据中心数量7000个，减少约50%；近半数大型数据中心的PUE从平均2.0以上优化到1.5甚至低于1.4；一些服务器的利用率从5%到65%以上。2、技术上，数据中心供电结构逐步简化，提高用电效率。随着产业规模的快速增长，高压直流电（HVDC）逐渐成为数据中心供电系统的新选择。“高压直流+市电直供”模式组合，供电效率提升至94%-95%。如果采用高压直流离线方式，供电效率可提高到97%以上。目前，高压直流输电已广泛应用于大型互联网企业。由于高压直流输电容量有限等原因，巴拿马电源应运而生。它颠覆了传统的IDC电源架构。将中压10KV交流电直接转换为240V直流电，减少转换次数，缩短电流路程。与传统双U结构配电相比，节省投资44%，IDC整体投资节省7%以上。液冷逐渐成为数据中心制冷的新方向，更加节能。随着新兴技术的快速发展，尤其是高性能计算设备和GPU服务器的使用，单机柜的功耗规模将向20kW-30kW甚至更高发展，功率密度的提升对数据中心提出挑战冷却系统。传统的风冷已经无法达到所需的制冷量，液冷逐渐成为数据中心的一种新的制冷方式。液冷方式将液体引向热源带走热量，散热效率更高，更节能。以ODCC（开放数据中心委员会）为代表的国内行业平台积极推进液冷标准化进程，加快出台数据中心液冷团体标准和行业标准。全机柜服务器支持新技术、新应用，有效降低能耗。天蝎整机柜服务器完成了三代技术演进，实现了服务器供电、散热和系统管理标准化，资源池化，不仅可以提升性能，降低总成本，还可以降低能耗。例如，整柜ARM64服务器，与同配置的X86服务器相比，计算性能提升1-2倍，单节点能耗节省40W；整柜GPU服务器，通信带宽提升2-4倍，时延降低1倍，相比传统GPU服务器性能提升30%，能耗降低超过7%。4.小结由于计算能力与能耗之间的比例关系，数据中心的高能耗属性不会改变，但我们可以通过政策引导和技术创新实现数据中心的高能效和高质量发展。同时，我们还需要关注数据中心对经济发展的重大贡献。随着数据中心进入新基建序列，社会对数据中心的关注度急剧上升，相关政策紧锣密鼓地研究出台。我们也期待并尽最大努力推动数据中心更多的技术创新。
