通信世界网消息（CWW）当前，人工智能、数字孪生、元宇宙等新兴领域崛起，智能算力（简称智算）作为数字经济时代的新生产力，对推动科技进步、赋能行业数字化转型以及经济社会发展发挥着日益重要的作用。智算即人工智能算力，主要面向人工智能应用，提供人工智能算法模型训练与模型运行服务的计算机系统能力。
智算中心作为提供大规模智能算力服务的基础设施，是数字经济的重要载体之一。然而，智算中心的建设和运营往往伴随着能耗的问题，对环境和经济的可持续发展构成了挑战，因此，推动智算中心绿色发展已成为我国算力产业布局的关键。
智算中心绿色发展背景
算力中心建设规模稳步增长
算力中心运行涉及服务器、网络设备、储存设备、备份装置、冷却系统等基础设施，运行过程主要依赖电力。随着生成式AI技术及应用的快速推广，AI算力等大功率应用场景持续落地，AI芯片迭代加速，功耗逐渐提升，对算力中心绿色节能提出了更高要求。
截至2023年底，我国在用算力中心机架总规模达到810万标准机架（以功率2.5千瓦为一个标准机架），与2022年底相比，增长24.2%，算力总规模超过230EFlops，其中智能算力占比近30%。
在能耗方面，中国信通院研究报告显示，在用算力中心耗电量逐年升高，2023年我国算力中心耗电量超过1500亿千瓦时，同比增长15%，占全社会用电的1.6%。预计到2030年，我国算力中心能耗总量将超过4000亿千瓦时，若不加大可再生能源利用比例，2030年算力中心二氧化碳排放或将超2亿吨。在中国“双碳”目标背景下，算力中心在节能降耗、减少碳排放等方面都面临着严峻的挑战，需要采取更有力的措施推动节能减排。
智算中心建设现状
在智算中心领域，国家引导加快高性能智算中心部署，推进算力供应多元化，支撑各类智能应用。重点在西部算力网络枢纽及人工智能发展基础较好地区集约化开展智算中心建设，提高资源利用效率，降低能耗和碳排放。
在国家及地方政府的推动下，目前已经有百余个城市投入建设智算中心。据统计，智算中心主要集中于京津冀、长三角和珠三角区域，但东部地区特别是北京、上海、广州、深圳等一线城市能耗指标紧张，“碳瓶颈”问题使得智算中心外溢成为大势所趋，亟待统筹规划布局。西部地区气候环境适宜、清洁能源富集，当地政府针对用电、税收等出台优惠政策，旨在降低智算中心运行成本，提高清洁能源使用率。
随着我国数据规模的指数级增长，人工智能产业对智算资源的需求日益迫切。然而，当前国内智算中心的规模整体较小，为实现2025年智算占比达到35%的政策要求，全方位覆盖我国智算产业需要，应大力推动智算中心建设，构建算力产业发展新格局。
智算中心绿色发展途径
政策支持是智算中心绿色发展的重要保障。《新型数据中心发展三年行动计划（2021—2023年）》和《算力基础设施高质量发展行动计划》均明确提出，聚焦算力中心液冷、自然冷源、智能化系统等关键环节，构建新型智能算力生态体系。同时，2023年度国家绿色数据中心名单新增智算中心领域，凸显了加快智算中心绿色发展建设的价值导向。
技术创新是推动智算中心绿色发展的关键。液冷、新型储能等先进技术的应用，可以有效降低机房的散热能耗，提高能源利用效率。此外，可利用人工智能技术优化温控供电模式，进一步推动节能降耗。
智能化管理平台是智算中心提高运营效率、降低能耗的重要途径。通过建立数据实时采集、分析与控制平台，智算中心能够实现智能化精确制冷，进一步提高能源使用效率。
智算中心绿色发展面临的挑战
新建智算中心创新技术应用难
多数企业对采用先进冷却技术表现出较低的积极性，未能充分了解先进技术带来的长远利益，通常仅将满足PUE值的基本标准作为目标，较少企业采用能带来显著能效提升和环境效益的先进技术。
智算中心在硬件、软件和运维层面存在一定的专有性，限制了不同系统和组件之间的互操性，这种封闭缺陷导致新技术的集成和应用变得困难。此外，智算中心IT设施和算力应用服务的紧密耦合，难以适应快速变化的技术需求和市场，需要更多的时间、资源来重新配置和升级。
存量智算中心改造成本高
由于发展阶段不同，一部分智算中心建成时间较早，随着节能降耗技术的发展越来越快，许多建成时具备良好节能配置的智算中心逐渐落伍，其改造成本不断升高，资金投入压力越来越大。同时，由于建设时未能充分考虑后续关于可再生能源发展的需求，部分算力中心不具备使用光伏等可再生能源的条件。
智算中心绿色发展主要技术
为解决智算中心绿色发展面临的问题，普及采用低成本、高效率的绿色发展技术成为智算中心建设发展的重中之重。
液冷技术
液冷技术是目前智算中心节能技术中的一项重要创新，其以卓越的散热效率，成为解决高密度计算设备散热问题的关键。与传统的风冷技术相比，液冷技术能够高效地将热量从服务器中导出，降低算力中心的总体能耗。
液冷技术的高效散热能力可显著降低智算中心能耗，据研究，液冷技术可以减少算力中心高达40%的能耗，减少对空调系统的依赖，有效降低PUE值。此外，液冷技术的应用提高了设备的布置密度，使算力中心在有限的空间内实现更高的计算能力成为可能。
强适应性的液冷技术能够在多种运维环境下保证设备的正常运行，智算中心液冷系统比风冷对环境的依赖性较小，避免了智算中心因环境因素导致的设备故障和维护成本的增加。当AI服务器的运行功耗超过传统风冷散热的阈值，液冷技术将成为实际应用中的最佳选项。
新型储能技术
新型储能技术是智算中心电力系统发展的未来趋势，具有快速响应、灵活配置、高效率等优点，能够有效解决可再生能源的波动性和间歇性问题。与传统储能解决方案相比，新型储能技术展现出更强的环境适应性和灵活性，可承受更为多变的运行条件，对智算中心软硬件集成运维有着更高的容错性。
新型储能技术以输出电力为主要形式，构建以新能源为主体的新型电力系统，通过数字化、智能化技术，实现分布式能源、储能、负荷的深度融合，使得智算中心负荷、可再生能源电源、储能成为有机整体，推动智算中心绿色低碳发展。
自然冷源利用
自然冷源的利用对于推动智算中心的绿色低碳和可持续发展具有至关重要的作用。自然冷源（如海水、地下水、冷空气等）为智算中心运营提供了一种经济且环保的解决方案，显著降低算力中心的能耗和碳排放，提高能源利用效率，减少对传统能源的依赖，降低运营成本。
自然冷源的高效散热性能有助于提升算力中心的整体能效，部分智算中心利用自然冷源实现了PUE值的显著降低，常年实际运营PUE值小于1.1，在节能减排方面具有显著优势。此外，自然冷源的利用还能根据地区气候和地理特点进行优化，充分利用地理优势（如海洋、山洞等）为算力中心提供稳定的冷源。
绿色电力应用
绿色电力是支撑智算中心发展的关键因素，在生产电力的过程中二氧化碳排放量为零或趋近于零，相较于其他方式（如火力发电）对于环境冲击影响较少，主要来源为太阳能、风力、生物质能、地热等。
我国已建成全球规模最大的电力供应系统和清洁发电体系，正加快推进新能源发电从增量替代向存量替代转变，为智算中心应用绿电提供了坚实保障。为更好地推进绿电和智能算力融合发展，应对智算中心发展规模、类型、用电需求进行动态研判，开展智算中心“源网荷储一体化”绿色供电模式创新，鼓励智算中心参与新能源市场化交易，开展绿色算力采购。绿电资源可有效缓解算力行业的碳排放增长压力，加快智算中心绿色发展，提升智算行业国际竞争力，助力我国“双碳”目标实现。
智能化管理平台
智能化管理平台是实现智算中心高效、稳定运行的核心。智能化管理平台通过集成先进的监控系统、自动化工具和人工智能算法，实时监控智算中心的运行状态，优化资源分配，自动化运维流程，显著提升运营效率。智能化管理可提高能源使用效率，推动制冷耗电量下降，保障智算中心的安全稳定与低碳运行。
管理平台的智能化特性能够有效降低能耗，通过精确控制温控和供电系统，减少能源浪费，保障智算中心的稳定性和可靠性；通过对大量运行数据的分析，为管理人员提供决策支持，帮助制定更加科学合理的运营策略。
智能化管理平台建设是响应国家绿色发展号召，通过精细化管理助力智算中心实现节能减排，推动智算中心向绿色低碳的方向发展。通过智能化管理平台构建开放、协同的生态圈，可吸引更多合作伙伴，共同推动智算中心的发展，实现技术与市场的良性互动，为数字经济的繁荣发展提供支撑。
智算中心绿色标准体系建设
2021年，工业和信息化部印发的《新型数据中心发展三年行动计划（2021—2023年）》提出建立健全新型数据中心标准体系，加快推进边缘数据中心、智能计算中心等标准建设，支撑新技术、新应用落地，促进绿色数据中心的建设。因此，在“双碳”目标和算力产业的可持续发展之间实现平衡，必须从更高的视角以及全生命周期的角度来管理智算中心，通过建立智算中心绿色标准体系，引导智算中心绿色节能发展。
绿色标准应分为设计和运行两部分，分别对应新建智算中心和已建成运营智算中心。设计部分的评价着重于方案技术先进性，重点关注设备选型及配置，淡化理论测算值。运行部分可在GB/T43331《互联网数据中心（IDC）技术和分级要求》的基础上，针对智算中心特点重点关注实际运行指标，相对淡化设备选型及配置。
为推动智算中心节能和能效提升，引导智算中心走高效、低碳、集约、循环的绿色发展道路，助力实现碳达峰、碳中和目标，中国信通院深入剖析智算产业链上下游，构建DC Tech智算认证体系（1.0），如图1所示，围绕智算基础设施、软硬件协同、工具平台、应用场景等方面制定标准规范；开展智算绿色低碳系列测试认证工作，从技术研发、应用场景到运营管理等不同层面实现智算产业的全方位覆盖，有效推动智算产业标准化、规范化与专业化发展。
图1 DC Tech智算认证体系（1.0）
智算中心作为数字经济时代的关键基础设施，对推动科技进步和经济社会发展具有重要作用。然而，随着其规模的不断扩大，能耗问题也日益凸显，对环境和经济的可持续发展构成挑战。为解决智算中心绿色发展面临的问题，本文从智算中心发展背景、发展途径、面临的挑战进行剖析，介绍了部分先进节能技术以及体系建设方案，对智算中心绿色发展提供了参考。
智算中心的绿色发展是实现数字经济可持续发展的必然选择，通过政策引导、技术创新和标准体系建设，可以有效推动智算中心向绿色、低碳、高效、智能的方向发展，为经济社会发展提供更加强劲、可持续的算力支持。
