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当比特遇上瓦特:算力与电力如何走上协同、绿色之路?

来源:21世纪经济报道 时间:2024-05-24 16:14:24

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当算力掀起风暴时,业内将这一产业未来发展的最大瓶颈定位为电力能源的供应。


国际能源署预测,全球数据中心的用电量可能从2022年的460太瓦时飙升至2026年的1050太瓦时,在四年内翻一番。且随着未来深度学习计算机能力的进一步提高,其对电力的需求将倍增式提升。


面对“比特”和“瓦特”之间可能出现的供需矛盾,提倡“算力电力协同发展”的呼声在近两年来响起。


更值一提的是,在提倡降低能耗的基础上,业内对于“绿色算力”发展期待越来越大。


“算力和电力的协同发展是实现能源转型和提升社会能效的重要途径,而绿色算力作为这一协同发展的核心,已经成为未来发展的重要趋势。”协鑫能科相关人士在接受21世纪经济报道记者采访时指出。


算力或将重构电力需求结构


电力正在成为新的紧俏商品,AI数据中心正将电力需求的逻辑重构。


2020年,OpenAI预训练GPT-3这样的大语言模型参数达到1750亿,需要将近130万度电。而GPT预训练所需的参数已经从1750亿,提高至GPT-4的1.8万亿。再到GPT-5即将突破的10万亿,意味着只要生成式AI应用的范围越来越广,耗电量只会节节攀升。


Meta首席执行官扎克伯格今年5月在最新的采访中提到,建造AI数据中心的算力GPU供应紧张正在逐步缓解,但下一步电力将是发展瓶颈。“目前建立单一的数据中心功耗在50~150MW,如果发展到1GW级别的数据中心,将需要一整个核电站的发电机组为AI数据中心供电。”


这也意味着,芯片、算力的技术竞争之余,电力竞争也将重燃战火。


高盛的一份报告显示,2022年算力数据中心在美国电力需求占的比例仅为3%,但是到2030年将增加到8%,电力需求年复合增长率为2.4%。相比之下,过去20年数据中心发电量年复合增率不到0.5%。此外,该报告还预计,到2030年AI数据中心的电力需求将增长160%。


而在国内,自“东数西算”概念提出以来,国内数据中心的用电量增长同样快速。国家能源局发布的数据显示,2022年,全国数据中心耗电量达到2700亿千瓦时,为同期三峡电站累计发电量1036.49亿千瓦时的两倍以上,占全社会用电量约3%。


该比例可能会继续增加。例如,在广东和江苏这样的区域,数据中心的用电量增长预计将超过5%。


与此同时,数据中心规模正快速扩展并转移重心,由环渤海、长三角和珠三角地区转向新疆、青海、内蒙古、贵州等地。


联想相关负责人在接受21世纪经济报道记者采访时表示,数据中心规模的不断扩大和算力的持续增长,导致电力需求也急剧增加,这在未来将给电力系统带来巨大供电压力。另外,数据中心的运行通常持续且集中,造成电网负荷的尖峰,需要更精细的负荷管理和调度策略以平衡供需。


诚如“AI的尽头是能源”,而目前,人们将未来解决算力电力需求的希望寄托在可再生能源的开发上。


今年5月1日,微软(Microsoft)与布鲁克菲尔德资产管理公司宣布,双方已签署协议,将投资100多亿美元开发可再生能源发电能力,计划到2030年在美国和欧洲建设10.5吉瓦的绿色产能,以满足人工智能和数据中心日益增长的需求。


这是有史以来全球最大单笔的企业级清洁能源采购协议,使得微软成为仅次于亚马逊的第二大清洁能源企业买家。


根据最新的季度报告,谷歌、亚马逊和微软一季度共投资了400亿美元,其中绝大部分都用在了提升数据中心的电力供应上。


然而,一旦未来更多的可再生能源发电进入电网,其对电网调度的要求将进一步提高。


值得肯定的是,算力对于电力并非单向性索取。


通过多模态大模型、语言大模型和视觉大模型优化电力系统,或应用于场景调度运行决策、源负荷预测、电力数据智能处理等案例,目前已经在科技企业和能源企业之间出现。


“新型电力系统以数字信息技术为驱动,以新能源为主体,是实现‘双碳’目标的关键载体。算力与电力的结合能够增强电力系统的‘可观、可测、可控’能力,支撑系统的精准感知和调节。”协鑫能科相关人士告诉21世纪经济报道记者,算力作为新型生产力,与电力结合可以推动能源生产和消费模式的创新。“算力基础设施的建设和发展需要电力的支撑,同时算力技术的发展也可以促进能源产业的数字化升级。”


绿色算力是一项系统性工程


算力对于能源的巨大需求,必然伴随着能耗问题。


根据业内计算,在数据中心的运营成本中,电费占比可达到60%。数据中心的能耗主要集中在制冷系统和机柜设备,分别各占约40%和45%。


因此,面对数据中心能耗“猛于虎”的趋势,一场关乎算力产业的“能效革命”已经掀起。绿色算力的概念应运而生。

什么是绿色算力?由中国信通院开放数据中心委员会联合国内多家IT、CT领域单位发布的《绿色算力技术白皮书(2023年)》,绿色算力是一个综合性的概念,它涉及算力的生产、供给、服务等全过程的绿色低碳。具体来说,绿色算力即算力的绿色低碳追求,可通过融合推进算力生产、算力运营、算力管理、算力应用等层次的绿色化来实现。


从技术角度上看,实现算力绿色化将主要围绕供配电系统、制冷散热系统、储能系统三个部分展开。其中,供配电系统方面连接能源供应端,主要在于绿色消费比例的提升;制冷散热系统方面则对应冷却技术,目前以液冷技术普及度较高;储能系统方面则关乎储能设备,包括电化学储能、物理储能等。


“从推广绿色数据中心,到加大可再生能源利用是当前有效实现我国绿色算力发展的一些措施。”上述联想相关负责人告诉21世纪经济报道记者,绿色算力的发展还离不开政策支持以及加强国际合作。“在政策支持方面,政府应出台相关政策,支持绿色数据中心的建设和发展,包括税收优惠、资金扶持等。”


21世纪经济报道记者注意到,截至目前,多地已经明确布局绿色数据中心建设并加快推动算力绿色发展。


西至青海,今年4月起,《青海省促进绿色算力产业发展若干措施》已正式实施。这份文件从绿电支撑、产业培育、金融支持、科技创新、人才引育、营商环境等六大层面予以产业扶持。例如,青海表示将依托其清洁能源资源优势,实现绿色算力产业用电80%以上的绿电用能保障,且对绿色算力企业执行青海省绿电价格,并长期保持绿色算力企业用电价格处于全国较低水平。而在贷款层面,青海则对纳入《绿色低碳转型产业指导目录(2024年版)》的绿色算力产业项目,加大信贷投放力度,以优惠利率给予融资支持。


东到上海,今年3月,上海市通信管理局等11个部门联合印发《上海市智能算力基础设施高质量发展 “算力浦江”智算行动实施方案(2024~2025年)》亦提出,力争到2025年,打造智算设施高效协同、智算要素自主可控、智算应用融合泛在、绿色智算效能突出、智算生态安全开放的智能算力支撑体系。其中,在这一时间点上,上海市智算中心内绿色能源使用占比力争超过20%,液冷机柜数量占比超过50%。


不过,绿色算力并不止于绿电使用。


“作为一个系统性工程,绿色算力贯穿芯片、服务器、系统集、云服务、电力系统、储能等多个主体环节。”一位提供算力服务的企业人士对21世纪经济报道记者表示,降低算力中心碳排放是现实问题,例如降低PUE值(电能利用效率)。“而使用绿电只是实现绿色算力系统性方法的构成,这还要考虑配合储能系统降低碳排放、废弃物降低与处理、全生命周期硬件回收等等方面。”


另外,技术创新依然是实现绿色算力的核心一环。


为降低能耗,目前业内主攻的方向包括设备更新换代、高效制冷技术应用以及利用可再生能源与储能手段实现峰谷电价差以降低成本。


以液冷技术为例,其技术成熟可推动液冷服务器的快速发展,加速液冷算力中心的普及,从而推进绿色低碳算力中心建设。对此,赛迪顾问的数据显示,2023年全球数据中心平均单机柜功率将达到20kW以上,单机柜20kW一般认为是风冷可解的散热极限,因此未来3~5年冷板液冷产品迎来快速发展期。


“人工智能应用的兴起将进一步提升单机柜部署功率,浸没相变液冷在未来的市场规模应该会得到显著提高。”该机构认为。


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