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微信公众号：地球知识局

耗电大户-数据中心

作者：小贝

校稿：朝乾 / 编辑：养乐多

7月13日晚间，热门**平台哔哩哔哩服务器发生故障，无数网友突然之间无法收看B站的**。这一事件迅速在网上引起轩然**，也引发了人们对于数据安全的担忧。

随着近年来我国数字经济的蓬勃发展，全社会对于数据与算力的需求也在持续增加。而建造大型、超大型的数据中心，无疑是保障数据安全，缓解算力需求的必经之路。然而，这又带来了另一个广受社会关切的问题——数据中心的高额能耗。

去年9月，我国在***大会上承诺，努力争取在2060年前实现碳中和。所谓的“碳中和”，就是让二氧化碳的排放量等于二氧化碳的吸收量，从而使得大气中二氧化碳总量不再增加。

近几十年来，排放量是不断增加的

全世界还有很多国家要发展，实现“碳中和”难度很大

（参考：IEA）▼

为了实现这一目标，必须节能减排，淘汰过剩的落后产能，通过科技创新提升产业能效。因此，降低数据中心的能耗，是我国在实现碳中和的道路上必须解决的难题。

欢迎来到数据中心

（图：壹图网）▼

数据中心有多耗电？

所谓的数据中心，就是集中放置的电子信息设备提供运行环境的建筑场所，包括主机房、辅助区、支持区和行政管理区等。根据所有性质或服务对象不同，可分为互联网数据中心和企业数据中心；按照规模划分，可分为超大型、大型和中小型。

按照工信部对数据中心规模的等级划分

中小型数据中心的规模小于3000标准机架

大型数据中心规模在3000-10000标准机架之间

10000标准机架规模以上为超大型数据中心▼

数据中心是促进 5G、人工智能、云计算等新一代数字技术发展的数据中枢和算力载体。数字经济，离不开数据中心传递、加速、展示、计算、存储数据信息。

看片儿卡顿可以有很多种原因

数据中心忙不过来也是可能性之一▼

然而数据中心可是吞噬电能的巨兽，我国数据中心约占我国全社会用电量的2%。

2%看上去不多？这可是数据中心这一个细分领域的用电量，换个角度看，被认为是过剩产能的水泥行业，一年的用电量也就跟数据中心的用电量差不多。

数据中心的用电量已经约相当于太阳能板块的总发电量

（总用电量接近，但不等于总发电量）▼

如果不看比例，看具体数字，数据中心的用电量就更震撼了：全国的数据中心一年要用掉相当于两个半三峡水电站的年发电量，一座超大型数据中心的年耗电量就可以超过30万人口的城市。

巨量的服务器日夜不停地运转

耗电量其实是非常惊人的

（图：壹图网）▼

说好的高新技术产业，怎么耗电量和过剩产能差不多了？

数据中心是数字经济的基础，为了保证数字经济可高效运转，数据中心必须一年365天时时刻刻在线。而我国的数字经济，规模实在是太庞大了。

一上地铁，放眼望去，全是“数字经济”

大家时间上都在间接使用数据中心

（图：杔格）▼

我国网民规模9.89亿，其中手机上网人数9.86亿，这近十亿人每天网购300多亿元的商品，刷短**总共18多亿小时、使用小程序3亿多小时。你在网购时的每一次收藏、放进购物车或是拼一单，在段**网站上点的每颗心、上下翻动的每次选择，在微博上发的每条评论、每次转发，上下班、逛街每次出示健康码，都需要调用数据。

而这些数据全都储存在数据中心里。

看了一眼我的手机使用时间

深感还有更大的流量潜力没有贡献给互联网大厂...▼

手机内存小，App都把大部分数据储存在云端，而云端的数据其实就是储存在数据中心。

你用手机连上网，惬意地点开一个个App，无论是网购、看新闻、玩游戏、看搞笑**还是和朋友聊天，或是点开这篇文章，每一次*作都对应着从云端上传或下载数据，数据中心都要耗电。每天数以百亿次计的*作，汇聚成了我国数字经济汹涌澎湃的大合唱，而这背后则是数据中心在电力的涨落中内心持续的沸腾。

游戏玩得越凶，**刷得越快

这后面就越热

（图：壹图网）▼

这里所说的“沸腾”，正是字面意义上的。

由于数据中心每天要储存、传递、处理这么多数据，耗电量大，其发热是很严重的。如果不及时散热，机器会出故障，**会瘫痪，就会影响电脑和手机前的网民上网体验，次数多了还会大大降低元器件的使用寿命。

数据中心内部

（图：壹图网）▼

因此，除数据中心IT设备的能耗之外，为数据中心制冷，帮助其散热也要消耗大量电能。另外，供配电**、照明等其他方面也会耗能，这些耗电量加起来才是数据中心总的耗电量。

相比于堆积巨量的设备

更具重要性的是整体的运营维护、节能提效的能力

对人员和技术的要求其实很高

（图：XX / 图虫创意）▼

数据中心的电能利用效率(Power Usage Effectiveness, PUE) 指的是数据中心全年总耗电量与数据中心的IT设备全年耗电量的比值，PUE数值越高，说明数据中心IT设备之外耗电越多，也就是更多的电被用在了数据中心本身的功能之外，数据中心的电能利用效率越低。

除了计算设备本身用电外

其他用电中，制冷占据最**例

如果要提高效率，无疑要从制冷方面着手▼

高能耗的数据中心，导致了大量的温室气体排放，给资源和环境带来了巨大的挑战，也会提高“碳中和”目标的实现难度。

截至 2019 年年底，全国超大型数据中心平均PUE为1.46，大型数据中心平均 PUE为 1.55。按照工信部最新印发的《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》的要求，到2021年底，新建大型及以上数据中心PUE降低到1.35以下；到2023年底，新建大型及以上数据中心PUE降低到1.3以下，严寒和寒冷地区力争降低到1.25以下。

因此，预计未来几年，规划在建的超大型、大型数据中心平均设计PUE将进一步降低，我国数据中心的平均PUE还存在很大的节能减排潜力。

从PUE1.55逐步改进到1.36

相当于将八分之一的风力发电

从**照明等功能转移到真正创造价值的IT设备上▼

数据中心，还需更多

虽然数据中心是耗能巨兽，但我们一刻也离不开它，它还会愈发壮大起来。

21年前，网民才是小众群体，当时杭州还举办“网络生存比赛”，参赛选手被关在只有电脑和椅子的屋子里，要求通过网络生存下去，结果第一天只有一名选手做到网络订餐和购物。当时的人离开现实，只靠网络完全生存不下去。毕竟，如今的电商之城，当年阿里也才刚拿到软银的投资，连淘宝都还没有，就更别提“饿了么”了。

如今，不管你是饿了还是饱了

在设备面前都是一个可分析、可计算的对象

而这背后，是远方的超大服务器在一刻不停的计算

（图：壹图网）▼

21年后，一个宅男只要有钱，在家里依靠外卖、网购，上网交水电费，完全活得下去。有点本事的，还能在网上找到**，理论上完全可以足不出户一直生活。即使是没脱离现实的人，也有不少上班要上网工作，下班回到家刷短**看网剧，饿了点外卖，现在倒像是离开网络就生存不下去了。

这个时候，要是数据中心突然停电了，那真是要了不少人的老命——近十亿网民的网络世界就此消失。

看到的是外卖小哥

看不到的是背后的**和数据中心

（图：Chintung Lee图虫创意）▼

数据中心越来越大的耗电量，不仅不利于节能减排，加大了电网负担，还大大提高了数据中心的运行维护成本。

如果不能实现数据交换，就无法成功扫描这些二维码

其背后的网店、媒体、办事机构也就无法和你达成交易

自然也就无法创造GDP了▼

根据国家***最新统计，当前每消耗1吨标准煤，能够为数据中心直接贡献产值1.1万元，并可贡献88.8万元的数字产业化增加值，同时还可带动各行业数字化转型，间接产生360.5万元的产业数字化市场。

所以，数据中心用了全社会用电量的2%，似乎也不算多。

从性价比来看确实是收益颇高的新一代基础设施

但也是吞噬能源的巨兽，而且需求量还远没有止步

（图：壹图网）▼

然而，数据中心未来耗电量会越来越大。

这是因为随着5G时代的到来，流量将呈现指数级增长，现在每月人均9G至10G好像就不少了，可到以后每月人均流量80G至100G很有可能。这就意味着，为存储读取爆发式的海量数据，数据中心也得以指数级建设。

如果真的能实现稳定可靠随时随地的高速传输

APP所占存储就可以大幅减少，因为一切可储存在云端

但这同样也会导致对云端存储需求的激增

相当于将海量的分散碎片信息都集中管理

（图：XX / 图虫创意）▼

还有工业互联网、物联网和区块链技术发展，以及日渐成熟的自动驾驶等产业，每天产生数据的存储和处理。无论是无人工厂、万物互联下的智能家居还是自动驾驶的汽车，运行时都是海量数据的产生和调用终端。它们这些数据血液的终端组织运行，都仰仗数据血液在数据中心的进出，而更猛烈的用电，则是这颗数据心脏强有力的搏动消耗的能量。

为此，工信部在《新型数据中心发展三年行动计划》中提出，要推动新型数据中心的发展。与传统数据中心相比，新型数据中心一方面是对算力和算效提出了更高要求，另一方面则运用绿色低碳技术，提高能效与安全系数。

目前我们感触最深的还是通过手机联网

与此同时，还有越来越多的设备连入网络

他们对数据交换及其质量的需求更大、更高

（图：壹图网）▼

数据中心能省电吗？

数据中心越来越大的耗电量，不仅不利于节能减排，加大了电网负担，还大大提高了数据中心的运行维护成本。

所以运行维护者也在想方设法给数据中心节能。

数据中心IT设备的能耗之外，供配电**、照明等其他方面耗能有限，最大头还是为数据中心散热消耗的能量。

以前我们也介绍过**人在西伯利亚搞比特币矿场

靠天然低温来降温

（图：shutterstock）▼

为了数据中心的散热，IT巨头们可谓八仙过海，各显神通。微软将数据中心放入海底，Facebook则将其建在北极，而**则在西南喀斯特地貌的山洞中建设数据中心。

微软搞水下数据中心当时也是个大新闻

确实颇具创意但也有很多问题

故障率更低，但是人员很难下水维护

无法做大规模，选址也颇为苛刻

（图：www.microsoft.com/zh-cn/）▼

可是，由于自然环境无法**，数据中心建设“靠天吃饭”显然不是长久之计，还是得多依靠技术创新。

而且在低温环境中建设数据中心，固然能解决散热问题，可是热量仍白白散失，无法重复利用，有些浪费。通过创新科技来散热，可以减缓“熵增”，更节约，也更环保。

传统的散热办法，简单理解就是用空调**吹冷风。空气的比热容小，效率比较低。

你手头的电脑就是这么散热的

散热差的可能3A大作就已经烫手了

（图：*********@MrBurns）▼

这就像夏天天气热，吹空调很耗电。想要尽快凉快下来，最快的办法是冲个冷水澡。

这是因为水有很大的比热容，所以同样的温度变化时，同样质量的水吸收的热量最多，而且水的黏度较小，输送时阻力也小，无毒无腐蚀性，是理想的**介质。

所以高耗能的重工业普遍还是在用水来**设备

（图：壹图网）▼

数据中心也可以“冲个冷水澡”。这就是液冷法，即用**水通过冷板将热量从服务器带走，从而实现**。

目前，数据中心通常是采用16摄氏度的冷水，流经数据中心的服务器散热，排出的水温在20度左右。这种水由于温度太低而不能再做其它用途，还是有些浪费。假如采用温水，流经需要散热的服务器，温水变热水，用来循环利用，岂不是更加节能环保？

如果能接进我们小区地热水管，一年也能省不少钱

（图：Adobe Stoc k图虫创意）▼

还真有人这么做。

一种特殊的数据中心，高性能计算机也是用电发热大户。北京大学的计算主力，“未名一号”高性能计算机，其****介质就是45摄氏度以上的温水，散热后烧成热水，可供学生洗澡，每年为北京大学节约电费60万元。

未名一号的PUE值是1.1，效率相当高了，它是由联想集团搭建的。北大高性能计算这么“硬核”的活，交给联想来做，那是因为作为市场占有率全球前三的顶尖服务器供应商，联想在服务器行业有着核心科技。

未名一号资料图▼

就说这给服务器散热的液冷法，联想集团独创了温水液冷技术，还不断改进，将服务器进水的口温度从45℃提高到了50℃，热移除率从原来的80%提高到90%，可以获得**的能耗比和经济效用。产生的回水温度高，可以回收利用，例如楼宇采暖、游泳池供热、或者将产生的废热用于吸附式冷水机，用来制作冰水来用于空调**制冷或者直接用于液冷服务器制冷。

这只是联想强大技术实力的一个方面，联想具备从底层的服务器、网络、存储、配套软件，到节能环保、风火水电等全栈式绿色算力基础设施建设能力和白手套式交付能力，全套做下来，客户无需*心，其数据中心PUE值就能降低到1.1以下，实现每年超过42%的电费节省和排放降低。

随着“十四五”规划的公布，加快数字化发展、建设数字我国成为中央和各地政府的重点之一。而未来的“数字我国”，决不能建立在高耗能、高排放基础上。工信部《新型数据中心发展三年行动计划》提出的一项重点任务为“绿色低碳提升工程”，即鼓励企业发布数据中心碳减排路线图，引导数据中心企业开展碳排放核查与管理，加快探索实现碳中和目标。

据国家***统计，如果从数据中心的建设标准、建设模式、建设布局、技术创新和资源调度等五个方面探索数据中心节能降耗空间，到2025年，我国数据中心年用电量可由4000亿度降低到3000亿度左右，节省约3000万吨标准煤。

在这一过程中，联想是节能技术的领军者，行业标准的制定者。联想参与起草的“《数据中心液冷服务器**总体技术要求和测试方法》等6项团体标准”荣获我国通信标准化协会(CCSA)的肯定，推动液冷散热技术的有序发展。联想还帮助德国莱布尼茨高性能计算中心、西班牙巴塞罗那、意大利博洛尼亚CINECA等众多客户搭建了世界级高性能计算**，欧洲顶尖高性能计算中心用上了温水水冷服务器。

联想位于西班牙巴塞罗那的高性能计算中心▼

联想通过技术创新实现“低碳云端”，不但可以赋能云计算、大数据、万物互联等数字经济的发展，而且必将助力我国实现“碳中和”大目标。

在不久的将来，超大型、大型数据中心的PUE足够低，则没有必要建在寒带、海底，或电价便宜的偏远地区，而是能够融入现代都市的肌理，成为一道独特的风景线。比如巴塞罗那的高性能计算中心，就建在一座美轮美奂的教堂中，现代化的数字设施不再是一头赛博朋克的机械巨兽，而是与都市文明、建筑美学完美融合。

参考文献

用电量和水泥行业相当 耗能大户数据中心距离绿电消费还有多远？ http://www.eeo.com.cn/2019/0907/365269.shtml

电脑废热可烧洗澡水 北大每年节约电费60万元

http://news.china.com.cn/2018-09/27/content_64171381.htm

IDC：联想集团服务器份额升至全球第三！

https://mp.weixin.qq.com/s/15If_78aCCusU--V3Vto9g

高效节能，绿色低碳：联想水冷解决方案赋能绿色智能算力基础设施

https://mp.weixin.qq.com/s/OD0SnMWuesBYb00M5E8Yhg

杭州再次进行网络生存比赛

http://tech.sina.com.cn/news/internet-china/2000-05-11/24818.shtml

第47次《我国互联网络发展状况统计报告》（全文）

http://www.cac.gov.cn/2021-02/03/c_1613923423079314.htm

大咖录丨5G时代流量指数级增长 数据中心建设发力势在必行

https://www.yicai.com/news/100581825.html

独创温水水冷 联想数据中心的秘密**

https://biz.zol.com.cn/658/6582386.html

耗电多的数据中心如何“碳中和”？

https://www.yicai.com/news/101079525.html

数据中心——新基建中的电力大客户

http://www.sdzdxm.com/index/index/zixunshow/id/5531.html

赛迪智库：从三方面优化政府对数据中心建设引导支持

http://www.cena.com.cn/ia/20200617/107273.html

36氪研究院：2020年城市数据中心发展指数报告

- 推广 -

*本内容为作者提供，不代表地球知识局立场

封面图片：壹图网

END

作者提供，不代表地球知识局立场

封面图片：壹图网

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