AI,成了巨頭碳中和的絆腳石 | 36碳焦點

.. 文 | 袁寧

編輯 | 雪小頑

花大力氣減碳的科技巨頭,碳排放不降反增。

7月2日,谷歌發佈2024年度環境報告。相較於2019年,谷歌溫室氣體排放量在五年內上升了48%,僅在上一年就增加了13%。

無獨有偶,微軟5月發佈的可持續發展報告中也提到,2023財年的碳排放量相較於2020年增加了近30%。

分析碳排放增加的原因,兩大巨頭同時將矛頭指向數據中心。認為數據中心的電力消耗和供應鏈排放,是導致公司碳排放量增長的罪魁禍首。

AI巨浪之下,數據中心成為新基建。全球科技大廠正以豪擲、搶佔、加速的姿勢,擴建數據中心。

僅今年6月,微軟、亞馬遜、英偉達相繼宣布投資建設數據中心,其中以英偉達最大手筆,計劃未來5年內投資3萬億美元。

但新問題隨之而來——無論是已在運營中還是規劃中,規模瘋長的數據中心,成了巨頭減碳的新高地。

回顧他們曾經定下的承諾,2020年微軟表示,將在2030年達到碳負排放,並進一步計劃至2050年清除自1975年成立以來的所有碳足跡。谷歌和Meta則將時間點定在2030年,承諾屆時不僅是自身運營,連同整個價值鏈都將實現碳中和。

沒人能精準預測未來。大公司做出承諾之時,數據中心減碳尚未進入公眾視野。

而眼下,他們能否兌現承諾的不確定性大增。此前,微軟曾將自身的碳中和目標比作「登月計劃」,而現在,總裁布拉德·史密斯表示:「登月距離比2020年時遠了5倍。」谷歌也承認,其碳中和目標訂得有些「雄心勃勃」。

數據中心之所以成為碳排放大戶,在於其巨大的能源電力需求。

國際能源署預測,到2026年,數據中心的總用電量可能達到1000TWh,相當於日本全國的電力需求。半導體產業分析機構SemiAnalysis也預測,到2030年,人工智能將導致數據中心消耗全球4.5%的能源。

數據中心減碳,成了時下熱門議題。

數據中心內部,圖片來源:視覺中國

數據中心減碳,難在散熱

減碳的第一步,是摸清碳排放出自哪裡。

36碳了解到,數據中心的碳排放主要集中在運營階段,佔比達90%。更具體地來說,除了AI服務器運行本身所需能耗之外,製冷系統以30%-40%的高能耗佔比,成為碳排放的大頭。

曙光數創CTO張鵬告訴36碳,近五年,芯片功耗急劇增加,從過去十年基本穩定的兩三百瓦,飆升350至450瓦,增長几乎超過50%。而一個單櫃,即容納多台服務器、存儲設備和其他網絡設備的獨立機架,功耗更是從幾千瓦飆升至六七十千瓦。

這一躍升對散熱技術帶來巨大的挑戰。

如果散熱能力跟不上,不僅會加劇能源消耗,還會帶來設備性能的損失,影響用戶收益——製冷,成為數據中心的剛需。

許多數據中心選址在天然的低溫環境下。例如貴州天然的山體、河北張家口的大風口,都為數據中心提供了理想的冷卻環境。同樣Meta把數據中心建到距離北極圈僅僅100公里的瑞典呂勒奧鎮,也是這個道理。

環境之外,技術的力量必不可少。目前,雖然風冷仍是主流的散熱技術,但液冷正憑藉其更高的散熱效率,逐漸進入規模化擴展階段。

浸沒式液冷,圖片來源:作者拍攝

張鵬介紹,當機櫃功耗較低時,風冷技術更有優勢。

然而一旦機櫃功耗超過十千瓦,液冷技術就會顯示出其性價比,特別是對於功耗密度極高的機櫃,利用液體的相變過程來吸收和帶走熱量,即相變浸沒液冷技術,優勢則更為顯著。據悉,曙光數創浸沒冷板的PUE值能到1.04,幾乎接近1。

(註:PUE,Power Usage Effectiveness,即「電力使用效率」,是數據中心消耗的所有能源與IT負載使用的能源之比。PUE值越接近1,表明數據中心的能源利用效率越高,浪費越少。想降低PUE,關鍵就在製冷。

「如果數據中心中的30%採用冷板或浸沒式液冷技術,那麼全社會將有3%的電能可以用於餘熱利用。即使只利用一半,也將是一個巨大的數字,對社會的能源結構和環境保護都會產生深遠影響。」張鵬說道。

更多的數據中心則根據實際情況,融合多種技術來實現效果最優。36碳了解到,華為雲蕪湖數據中心通過其首創的直通風和間接通風自適應融合方案,利用自然通風和液冷技術,配合AI能效精準調優,讓其PUE在東部氣候相對較高的情況下將降至1.1。

這意味着,每100萬台服務器每年可以節省10億度電,相當於105萬人一年的用電需求,減排二氧化碳約80萬噸。

發力綠色能源,減碳要從源頭抓起

相較於散熱,提高可再生能源使用比例,優化供能結構,對於數據中心減碳的效果更加直接。

36碳了解到,在數據中心行業,目前主要有三種方式來直接應用可再生能源:直接採購可再生能源電力、獲取綠色電力證書,以及利用分佈式可再生能源。

大型科技公司是可再生能源的主要購買者。2024年僅前兩個月,谷歌、微軟就分別宣布簽署609兆瓦和295兆瓦的可再生能源購電協議(PPA)。

微軟更是已經成為全球最大的可再生能源企業買家之一。今年5月,微軟與布魯克菲爾德資產管理公司(Brookfield Asset Management)以及布魯克菲爾德可再生能源公司 (Brookfield Renewable),共同宣布簽訂了10.5千兆瓦發電量的購電協議,成為史上最大一筆單一企業清潔能源購電協議。

購買,只是綠電使用走出的第一步。如何最大程度地保障綠電應用,才是更貼近現實的問題。

遠景智能副總裁趙楚泓介紹,其新型電力系統主要通過三個技術來保障綠電使用。一是微網技術,確保在源網荷儲場景下對用戶平穩供電;二是圖計算技術,用於捕捉全鏈條碳因子,幫助實現全生命周期的碳追蹤和管理;三是區塊鏈技術,為綠電交易提供認證,確保交易獲得社會和行業的廣泛認可。

「綠色能源成本的下降趨勢符合摩爾定律,從長期的經濟賬上來看,綠色能源已經能夠支撐數據中心的長期發展。」趙楚泓說。

遠景新一代綠色能源AIDC解決方案 ,圖片來源:遠景零碳行動報告2024

我國《算力基礎設施高質量發展行動計劃》明確提出要引入綠色能源,鼓勵算力中心採用源網荷儲等技術,支持與風電、光伏等可再生能源融合開發、就近消納。

相關實踐已在進行。

合盈數據CTO周天宇告訴36碳,合盈數據(懷來)科技產業園是目前全國範圍內最大的「源網荷儲」一體化項目。新能源與數據中心項目完全投產以後,一年可發綠電130億度,滿足數據中心每年的用電需求,達成「投產即零碳」以及100%綠電供應。

風電、光伏之外,科技大廠還在探索更多樣、更前沿的新能源電力。例如,微軟與Helion Energy合作,預計到2028年將獲得核聚變產生的電力。谷歌則與NV Energy合作,為其內華達州的數據中心提供地熱能。

巨頭對綠色能源的發力,也延伸到供應鏈管理。以微軟為例,其要求供應商更多地提供純綠電,包括要求特定規模、大批量供應商到2030年為Microsoft交付的商品和服務使用100%無碳電力。

更多綠色困境待解

數據中心想走向綠色,是一條漫長旅途。

現階段,企業的綠電使用率還遠遠不夠。據綠色和平和蘇州高新區(虎丘區)碳中和國際研究院共同發佈的《綠色雲端2024》統計顯示,過去兩年,在國內互聯網科技頭部企業中,僅有萬國數據一家可再生能源佔比超過三分之一,阿里巴巴、騰訊與秦淮數據可再生能源佔比超過10%。

「我們看到部分第一梯隊企業在綠電消費總量和綠電消納佔比上都實現了新的突破,但遺憾的是,這一現象並未延伸至整個行業,部分已經做出100%可再生能源承諾的企業在實際行動上進展緩慢。」綠色和平氣候與能源資深項目主任呂歆說,「要想在AI技術發展推高用電量的壓力下實現氣候目標,企業亟需進一步加速提升可再生能源比例。」

其他問題也相應而出。

例如在國內,36碳與多位業內人士交流后發現,數據中心想實現綠色化,還面臨著綠電交易市場體系和認證機制不完善,額外增加儲能裝置成本高,碳排放核算難度大等問題。

多方都在探索解法,例如發揮綠色金融的激勵作用。浦發銀行投行部總經理牟軍告訴36碳:「我們會把融資的成本和算力的綠色程度掛鈎,通過浮動的貸款利率,鼓勵這個產業更好的持續發展。」

數據中心減碳,未來還有很多想象空間。


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