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隨著工業互聯網、人工智能、云計算、大數據、5G等新技術和新應用的快速發展以及數字經濟等的發展對算力、數據資源的存儲和應用需求大幅提升，數據中心需求激增。數據中心逐漸成為經濟社會運行不可或缺的數字基礎，支撐著我國數字經濟的蓬勃發展，推動各行業各領域數字化發展，高電數據中心越來越被大家重視，也將成為未來數據中心發展的趨勢。 數據中心是公認的高耗能行業，過去十年間，我國數據中心整體用電量以每年超過10%的速度遞增，其耗電量在2020年突破2000億千瓦時，約占全社會用電量的2.71%，2014-2020年，數據中心耗電量占比逐年升高鑒于世界上80%的能源仍然來自化石燃料，不斷增長的電力需求已經造成了嚴重的環境問題。好在，這個問題得到許多數據中心提供商的注意，他們致力于尋找解決方案來滿足消費者的電力需求，同時將能源使用保持在高效和合理的水平。總的來說，數據中心現在的電力使用效率比幾年前要高得多，正如其電力使用效率(PUE)分數所證明的那樣。然而，總是有新的改進方法，特別是因為大多數效率變化被認為是相對“容易實現的目標”。是時候讓數據中心向高效能源消耗領域邁出新的一步了。平均而言，冷卻系統和服務器占數據中心能源消耗的大部分，其次是網絡設備和存儲驅動器。根據美國能源部的數據，擁有數萬臺設備的最大數據中心需要超過100兆瓦的電力，足以為大約80,000戶家庭供電。隨著互聯網使用量的增加，對數據中心服務的需求也在增加，引發了人們的擔憂。關于不斷增長的能源使用。根據這項研究，從2010年到2018年，全球IP流量增長了10倍，而數據中心存儲容量增長了25倍。在同一時期，全球服務器上運行的計算實例總數增加了六倍多。隨著世界不斷消耗越來越多的數據，預計這些增長趨勢將繼續下去。此外，隨著人工智能等計算密集型服務的出現，對IT服務的需求可能會增長得更快。這就是為什么能夠量化和預測數據中心的能源消耗是至關重要的。當今的數據中心普遍存在電能質量監控問題，而解決這個問題可以節省時間和運營成本。數據中心停機的代價極其昂貴——可能會造成數十萬甚至數百萬美元的損失。根據Uptime Institute 的數據，電源問題占數據中心中斷的43%。如今，激增的電力需求、不斷增加的電力成本以及減少碳足跡的全球倡議推動了對更創新、更有效的方法的需求，以監測數據中心整個電源鏈的電能質量。因此，對新一代可靠、智能機架配電、監控和控制解決方案的需求從未如此強烈。電氣可靠性和電能質量對于解決停機預防至關重要。什么是電能質量?電能質量是電流的穩定性和可用性。良好的電能質量來自一致的電壓、穩定的交流頻率和類似于正弦波的平滑波形。監控和管理數據操作中的電能質量對于高效可靠地運行至關重要。然而，在電能質量方面仍然存在未解決的挑戰，包括數據可見性、效率和基礎設施的優化以及與現有BMS和DCIM系統的集成。馬斯克講了一個并不太好笑的笑話：“人們需要transformer（指：變壓器）來運行transformer（指：transformer模型）。”“這些transformer正在耗盡transformer。”電力短缺的根源是GPU需求暴漲。與傳統數據中心的CPU集群不同，AI算力集群通常需要高密度的電力供應，單機柜的電力需求從傳統的幾kW增加到幾十kW。對于一個AI數據中心來說，除了IT設備（存儲、運算、網絡和連接器）之外還需要供電設備（UPS、蓄電池、柴油發電機、配電單元）、溫控設備（冷源設備、機房空調、新風系統）等。業界用PUE（PUE=數據中心總能耗/IT設備能耗）衡量數據中心能源利用率，理想水平為1.6至2.0，但并不是每個數據中心都能做到理想PUE。換言之，數據中心IT設備能耗越大，總用電消耗一般就越大，這使得AI數據中心耗電量急劇膨脹。全球數據中心關鍵IT電力需求（單位：MW），圖片來源：SemiAnalysis澎拜新聞曾在報道數據中心耗電問題時提到，據不完全統計，2020年全球發電量的5%左右用于計算能力消耗，而這一數字到2030年可能提高到15%到25%左右。而2020年中國數據中心耗電量突破2000億度，是同時期三峽大壩和葛洲壩電廠發電量總和的2倍。除了未來的電力困境之外，數據中心建設和運營在當前也面臨很多挑戰。目前，“東數西算”工程正在穩步推進，8個國家算力樞紐節點建設已全部開工，10個國家數據中心集群同步布局。西部地區新開工建設的數據中心項目數量穩步增長，我國算力集聚效應初步顯現。但《中國工業報》今年1月的報道指出，受技術、成本、機制等多重因素制約，西部部分數據中心利用效率不高，面臨算不了、算不起、算不好等問題，“東數西算”目前整體上仍處于“東數西存”階段。“做不完，根本做不完”！在AI浪潮起來之后，這句話成為了很多芯片代工廠工人和數據中心施工團隊的口頭禪。AI數據中心的“發動機”在于GPU。大型科技公司對于數據中心建設的狂熱需求也讓英偉達的出貨量節節攀升。從2021年到2024年底，英偉達交付的H100及同等功率GPU數量超過500萬個。按約3.5萬美元的市場價，這相當于500萬輛特斯拉Model 3。英偉達H100出貨量，圖片來源：Omdia Research甲子光年智庫在《中國AIGC產業算力發展報告》中指出，智能算力持續增長，未來需求增加，進一步加快了智算中心建設及相關設備增長。2月19日，國務院國資委召開“AI賦能 產業煥新”中央企業人工智能專題推進會。會議強調，中央企業要把發展人工智能放在全局工作中統籌謀劃，深入推進產業煥新，加快布局和發展智能產業。要夯實發展基礎底座，把主要資源集中投入到最需要、最有優勢的領域，加快建設一批智能算力中心，進一步深化開放合作，更好發揮跨央企協同創新平臺作用。Semianalyst統計了全球電價情況，其中美國電價全球最低，平均為0.083美元/度。中國的工業電價為0.092美元/度，在全球范圍也處于低位。中國的大量電力來自煤炭發電，而美國得益于2000年代初的頁巖氣革命，如今全美天然氣發電量占總發電量的40%，煤炭發電量占比從2012年的37%減少到2022年的20%。燃煤電廠的碳強度遠高于天然氣，每千克產出的電量效益遠不及天然氣。這意味著在建設數據中心時，美國將擁有更多清潔能源，更少受到全球碳排放協議的限制。中國本身是建設新型發電能力最好的國家之一，但由于種種原因，現階段中國無法完全轉向天然氣，而必須依靠煤炭和核電作為主要發電手段。根據中國政府網報道，近年來中國通過優化綠色供電架構、提高綠電使用比例、綠色智能運營等方式實現節能降耗。目前中國已經創建了三批共計153家國家綠色數據中心，分布在內蒙，寧夏等地。例如萬國數據公司的十一號數據中心通過采用單路高壓直流供電和采購使用綠電，已經開始實現低碳轉型。工信部印發的《新型數據中心發展三年行動計劃（2021-2023年）》提出，到2023年底，新建大型及以上數據中心PUE降低到1.3以下，嚴寒和寒冷地區力爭降低到1.25以下，以加快綠色數據中心的普及。3月29日，一場與綠色數據中心有關的活動在京舉行。國家數據局黨組書記、局長劉烈宏在活動上表示，在“東數西算”與城市算力中心協同推進的過程中，需要進一步明確國家樞紐節點的算力“蓄水池”定位，面向風光水電等清潔能源豐富、區位優勢突出、產業基礎較好的非國家樞紐節點地區，有序推進建設本區域高效低碳、集約循環的綠色數據中心。劉烈宏公布了一項最新數據，位于青海的數據中心平均能效指標PUE值保持在1.2以下，處于全國領先水平。如何不讓“transformer耗盡transformer”？綠色數據中心給出了答案。
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