在日前舉行的中國綠色算力大會上，中國信息通信研究院副院長王志勤指出，我們在享受算力帶來高價值驅(qū)動力的同時，也不能忽視算力背后的高能耗問題。在碳達峰碳中和目標(biāo)引領(lǐng)下，大力推動算力綠色化發(fā)展，實現(xiàn)綠色算力升級，是實現(xiàn)經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展的必然選擇與關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是我國建設(shè)數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施和展現(xiàn)節(jié)能減碳大國擔(dān)當(dāng)?shù)闹匾}。
會上，中國信息通信研究院產(chǎn)業(yè)與規(guī)劃所與內(nèi)蒙古和林格爾新區(qū)管理委員會共同發(fā)布《2023中國綠色算力發(fā)展研究報告》。報告告圍繞算力生產(chǎn)、算力運營、算力管理、算力應(yīng)用四個層次，建立綠色算力高效(Efficient)、低碳(Low carbon)、智能(Intelligent)、集約(Intensive)發(fā)展的ELII框架。
算力生產(chǎn)綠色化技術(shù)產(chǎn)品加速迭代
王志勤介紹，世界各國加快出臺算力政策推動算力生產(chǎn)技術(shù)的高效演進，科技龍頭企業(yè)圍繞算效的提升加快產(chǎn)品迭代升級。
在單芯片性能提升方面，目前臺積電和三星均已進入到3nm制程工藝時代，與5nm工藝相比，臺積電3nm工藝的晶體管邏輯密度可以提升1.7倍，性能有11%的提升。而在同等性能下，3nm工藝的功耗比5nm降低25%-30%。英特爾的Ponte Vecchio加速卡利用Chiplet技術(shù)，即片內(nèi)互連技術(shù)，將不同工藝下制造的多個芯片封裝集成到同一芯片中，晶體管數(shù)量突破1000億個，使異構(gòu)計算利用不同架構(gòu)芯片形成更高效的解決方案成為了可能。
計算存儲網(wǎng)絡(luò)協(xié)同方面，當(dāng)前存算一體技術(shù)正在由研究領(lǐng)域逐步進入商用化，在云端計算的應(yīng)用場景，存算一體方案主要是圍繞將計算和DRAM集成做創(chuàng)新，以降低內(nèi)存訪問的數(shù)據(jù)量和延遲。三星基于其HBM2 DRAM技術(shù)集成了計算邏輯，使得DRAM既可以當(dāng)作一塊普通存儲器來用，也可以在寫入和讀出的同時讓計算邏輯去做計算。存儲與網(wǎng)絡(luò)的融合也在日益加深，通過存儲網(wǎng)絡(luò)新興技術(shù)，有效提高主機通過遠程網(wǎng)絡(luò)訪問存儲的性能，解決通信協(xié)議帶來的存儲性能損失問題。
計算平臺統(tǒng)一調(diào)度方面，主要通過跨計算架構(gòu)的統(tǒng)一編程框架來實現(xiàn)，通過時間或空間的切分和復(fù)用，以及虛擬化、算力網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，實現(xiàn)硬件資源池化重構(gòu)。英特爾推出跨架構(gòu)編程工具oneAPI，旨在簡化跨架構(gòu)之間的編程，可以與英特爾自身設(shè)備及其他廠商的芯片配合使用，以優(yōu)化工作負載，為異構(gòu)計算提供了統(tǒng)一和簡化的應(yīng)用程序開發(fā)編程模型。
算效逐步提升，區(qū)域綠色算力發(fā)展成效將顯現(xiàn)
通過報告提出的綠色算力ELII框架，可知區(qū)域綠色算力發(fā)展成效與算力規(guī)模、算效、碳排放因子、PUE等關(guān)鍵因素密切相關(guān)。
王志勤指出，AI大模型及AIGC應(yīng)用雙重爆發(fā)，算力規(guī)模CP激增，為區(qū)域綠色算力發(fā)展帶來挑戰(zhàn)。據(jù)工信部統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國算力規(guī)模年增長率近30%，截至2022年底，我國算力總規(guī)模達到180EFLOPS，位列全球第二。但從應(yīng)用需求看，算力領(lǐng)域的缺口仍然不小，尤其是以AI大模型與AIGC為代表的AI技術(shù)實現(xiàn)突破性演進，帶來全球算力市場需求的高速上漲。
計算軟硬件架構(gòu)持續(xù)協(xié)同優(yōu)化，未來需要新一代半導(dǎo)體芯片、量子計算技術(shù)突破，從而極大提升算效CE。隨著摩爾定律發(fā)展逐漸接近物理和經(jīng)濟極限，追逐高主頻和CPU性能等架構(gòu)設(shè)計遭遇“功耗墻”、“內(nèi)存墻”的限制，以摩爾定律為驅(qū)動、硬件能力提升為主導(dǎo)的固有升級路徑已經(jīng)臨近天花板，底層軟硬件架構(gòu)計算的創(chuàng)新模式由單點突破逐步向端到端優(yōu)化演進。不僅如此，半導(dǎo)體新體系及其微電子等多功能器件技術(shù)也在更新迭代，業(yè)界將目光開始轉(zhuǎn)向擁有小體積、低功耗等優(yōu)勢的第四代半導(dǎo)體。此外，新的計算范式也在醞釀中，量子計算的算力指數(shù)級遠超越傳統(tǒng)電子計算，業(yè)界已認(rèn)識到量子計算對人類社會的巨大影響，當(dāng)前許多國家都在開展量子計算研究。
隨著可再生能源對化石能源的替代，數(shù)據(jù)中心可再生能源占比向著100%發(fā)力，碳排因子CEF在持續(xù)降低，力爭在能源層面實現(xiàn)零碳排。2022年11月，國家發(fā)改委、國家統(tǒng)計局和國家能源局聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于進一步做好新增可再生能源消費不納入能源消費總量控制有關(guān)工作的通知》，明確“新增可再生能源電力消費量不納入能源消費總量控制”，為數(shù)據(jù)中心能源層面實現(xiàn)零碳排奠定政策機制基礎(chǔ)。
隨著液冷技術(shù)逐漸開始應(yīng)用和規(guī)�；�，PUE在持續(xù)降低逼近1，力爭在IT設(shè)備外實現(xiàn)零碳排。數(shù)據(jù)中心的用能部分為IT設(shè)備、制冷系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、照明及其它。制冷是IT設(shè)備之外的最大耗能源。以PUE為1.5的數(shù)據(jù)中心為例，其IT設(shè)備耗能約占67%，制冷系統(tǒng)約占27%，供配電系統(tǒng)約占5%，照明及其它約占1%。減少制冷能耗，是降低PUE的主要途徑。液冷、間接蒸發(fā)冷、全變頻氟泵等先進技術(shù)正逐步應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心，均可有效減少數(shù)據(jù)中心制冷方面的用電，提升制冷效率，助力PUE值持續(xù)降低。
王志勤表示，當(dāng)前算力規(guī)模爆炸式增長，帶來算力能耗的急劇增長，不過隨著PUE穩(wěn)步下降，算效短期內(nèi)逐步提升，以及可再生能源利用率穩(wěn)步提升后碳排因子降低，區(qū)域綠色算力發(fā)展成效將顯現(xiàn)，綠色算力技術(shù)產(chǎn)品將有力支撐算力領(lǐng)域節(jié)能降碳。
預(yù)計到2030年，液冷技術(shù)規(guī)模落地后PUE接近1，單位能耗碳排放隨著綠電在電網(wǎng)中占比不斷提高將有所下降。此外，算力規(guī)模進入穩(wěn)步增長階段，區(qū)域綠色算力碳排將放緩并達到頂峰。
會上，王志勤提出建議多措并舉推進綠色算力發(fā)展：一是頂層保障，健全綠色算力一體化發(fā)展機制;二是創(chuàng)新先行，加速綠色算力核心技術(shù)研發(fā);三是行業(yè)發(fā)力，構(gòu)筑綠色算力產(chǎn)業(yè)協(xié)同生態(tài);四是引導(dǎo)布局，強化綠色算力與東數(shù)西算協(xié)同;應(yīng)用賦能，推進綠色算力賦能千行百業(yè)。
