數(shù)字時代，我們在生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，它們的存、算、傳、用都離不開數(shù)據(jù)中心這類“新基建”，數(shù)據(jù)中心也順理成章地成為當今社會的耗電大戶。據(jù)“中國IDC圈”統(tǒng)計，2019年數(shù)據(jù)中心總耗電量超過2045億千瓦時，占全社會用電總量超過2.4%。
隨著我國“碳達峰”“碳中和”目標的提出，數(shù)據(jù)中心的能耗問題逐漸成為各方關(guān)注的焦點。近期，國家發(fā)展改革委等4部門更是印發(fā)《全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實施方案》，明確提出“推動數(shù)據(jù)中心綠色可持續(xù)發(fā)展”“加強綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)，強化節(jié)能降耗要求”。
把低碳綠色從愿景變成現(xiàn)實，大型、超大型數(shù)據(jù)中心都有哪些硬招、實招?近日，《中國科學報》實地探訪了阿里云張北數(shù)據(jù)中心。
一年300天，制冷“不花錢”
在北京西北200多公里處的張北縣草原天路附近，這座數(shù)據(jù)中心迎來一年最熱的節(jié)氣——大暑。但即便在三伏天，空調(diào)在這里的使用率也并不高。據(jù)查，張北坐擁得天獨厚的氣候優(yōu)勢，年均氣溫只有2.6℃，年內(nèi)最低氣溫更是曾創(chuàng)下零下40℃的紀錄。
與其說張北數(shù)據(jù)中心空調(diào)利用率極低，倒不如說這里更多用的是“天然空調(diào)”。在園區(qū)的氣冷機房，運轉(zhuǎn)著的不是空調(diào)，而是一種類似于新風系統(tǒng)的設(shè)備——AHU風墻。
AHU是Air Handler Unit(風機矩陣空氣處理單元)的縮寫。當室外溫度低于設(shè)置值(如25℃)時，AHU設(shè)備將室外冷空氣經(jīng)過濾及濕度處理后直接送入數(shù)據(jù)機房;當室外溫度高于設(shè)置值時，或通過噴淋降溫及過濾后送入數(shù)據(jù)機房，或啟動備用制冷空調(diào)為機房服務(wù)器降溫。
“AHU風墻技術(shù)的使用可以大大減少空調(diào)機組的運行、實現(xiàn)節(jié)能。”阿里云基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)中心總經(jīng)理高山淵告訴《中國科學報》，在張北數(shù)據(jù)中心，幾乎每年都有300多天可以利用室外冷空氣為數(shù)據(jù)機房降溫。
高山淵說，經(jīng)測算，張北數(shù)據(jù)中心的電源使用效率(即PUE值，數(shù)值越接近1表明效能越高)在冬天最低可達1.09，在夏天也只有1.3左右。
將服務(wù)器泡在液體里
在節(jié)能降耗方面，除了充分利用自然風冷，阿里云還自研出一套“將服務(wù)器泡在水里”的黑科技。
在張北數(shù)據(jù)中心的液冷機房，可以看到一排排價值不菲的服務(wù)器浸泡在液體中，湊近看去，還能看到有些部件在液體中閃著光，活像科幻大片里的橋段。
這就是浸沒式液冷技術(shù)。浸沒式液冷依賴于一種特殊的絕緣冷卻液，冷卻液與服務(wù)器各元器件零距離全方位接觸，器件在運行中產(chǎn)生的熱量將直接被吸收進入外循環(huán)冷卻。這種冷卻方式不需要開啟空調(diào)，全程用于散熱的能耗幾乎為零，整個機房也非常安靜。
“浸沒式液冷的節(jié)能效果超過70%，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心100%無機械制冷。”高山淵說，“如果將浸沒式液冷向全國推廣，那么全國數(shù)據(jù)中心的PUE都會降低到1.1以下。”
高山淵說，隨著未來對能耗密集型服務(wù)器(如人工智能服務(wù)器)的需求加劇，浸沒式液冷或許是唯一解。
液冷的好處不僅體現(xiàn)在散熱方面，還在于它能夠提升設(shè)備的穩(wěn)定性、降低設(shè)備事故率。高山淵告訴《中國科學報》，液冷機房運行3年來，與同等規(guī)模的其他機房相比，事故率降低了54%。
但是，浸沒式液冷也不是全無死角的“六邊形戰(zhàn)士”。一方面，液冷雖然從全生命周期來看成本還可以接受，但它的一次性投入成本很高;另一方面，絕緣冷卻液跟各類元器件的“磨合”還需要時間給予證明。比如，目前還未校驗它與GPU等計算單元的兼容性如何。此外，囿于生產(chǎn)工藝和技術(shù)，目前絕緣冷卻液距離實現(xiàn)國產(chǎn)化還有一段路程。
“減碳三環(huán)”打造“零碳云”
高山淵說，加上模塊化設(shè)計、AI調(diào)溫等技術(shù)，張北數(shù)據(jù)中心的全年P(guān)UE低于1.2，最低可以達到1.09——這是一個領(lǐng)先行業(yè)的數(shù)字，這一能效約等于每年可節(jié)約標煤8萬噸，相當于種植了400萬棵樹木。
用大自然的冷風吹、用絕緣冷卻液浸泡，把數(shù)據(jù)中心的PUE值降低到接近1， 提高了數(shù)據(jù)中心的能效。不過，數(shù)據(jù)中心仍是耗電大戶——據(jù)“中國IDC圈”統(tǒng)計，2019年數(shù)據(jù)中心總耗電量超過2045億千瓦時，占全社會用電總量超過2.4%。
數(shù)據(jù)中心負荷實在太大了，就算是能耗全部用來支撐計算，它們?nèi)隉o休地開機運行，用電量也是一個天文數(shù)字。當這個天文數(shù)字遇到“碳中和”這樣的宏偉目標，無疑是一個“需要解決的問題”。
好在張北有“綠電”。早在七八年前，張北就是“廣袤的原野上風車林立，數(shù)千畝光伏面板如波蕩漾”，經(jīng)過這些年的發(fā)展，風車和光伏電板已經(jīng)成為張家口市的重要電力來源。
使用“綠電”，成為張北數(shù)據(jù)中心的必然之選。
高山淵透露，張北數(shù)據(jù)中心無疑是張北綠電的消納大戶。2018年起，阿里就加入張家口“四方協(xié)作機制”風電交易，截至今年5月，共交易綠電約4.5億千瓦時，累計減排二氧化碳近40萬噸。
從自身節(jié)能減排做起，還只是阿里云數(shù)據(jù)中心邁向“零碳云”的一環(huán)。今年5月，阿里云發(fā)布“零碳云”計劃，希望在推動自身節(jié)能減排的同時，向生態(tài)企業(yè)輸出數(shù)字減碳能力、支持綠色技術(shù)創(chuàng)新。他們希望向電力能源、鋼鐵、交通、制造等碳排放大戶提供高效云平臺支持，為其引入大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)，幫助上云企業(yè)提高效率、節(jié)能降耗。
比如，通過向攀鋼集團引入阿里云工業(yè)大腦，對其煉鋼全流程進行工藝優(yōu)化，幫助攀鋼旗下的西昌鋼釩公司煉鋼廠節(jié)省了25%的人工、每生產(chǎn)一噸鋼節(jié)省1.28公斤鐵，生產(chǎn)效益提升2.4倍。在西南某大型垃圾焚燒發(fā)電機組上，阿里云利用優(yōu)化的人工智能算法幫助客戶將固廢垃圾焚燒效率提升2.6%，相當于燃燒同樣的垃圾每年多發(fā)電4000多萬千瓦時，碳排放相比之前降低約48%。
踐行“碳中和”，打造“零碳云”，阿里希望利用數(shù)字化能力做好“減碳三環(huán)”：自身節(jié)能減排的“內(nèi)環(huán)”、推動生態(tài)企業(yè)脫碳減排的“中環(huán)”、公眾綠色低碳消費的“外環(huán)”。
就像阿里巴巴首席技術(shù)官程立說的那樣，“碳中和”不僅是環(huán)保概念，更是技術(shù)路線，在落實“雙碳”戰(zhàn)略過程中，數(shù)字基建會朝著綠色基建邁進。
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