當(dāng)你拿起手機，通過搜索引擎尋找答案的時候，可能永遠(yuǎn)不會想到，這一次搜索，大概將消耗能讓8瓦燈泡點亮一小時的電量，大概需要數(shù)萬臺服務(wù)器瞬間提供計算支持。
這些復(fù)雜的計算過程，都通過網(wǎng)絡(luò)在一個你不知地處何處的數(shù)據(jù)中心完成了。
而當(dāng)8億多中國網(wǎng)民同時在線，發(fā)朋友圈，刷抖音，往購物車?yán)锓湃胍患唐返臅r候，支撐這些計算的數(shù)據(jù)中心又將消耗多少電量？
近日，綠色和平與華北電力大學(xué)聯(lián)合發(fā)布的《點亮綠色云端：中國數(shù)據(jù)中心能耗與可再生能源使用潛力研究》（研究報告）報告給出了答案。
2018年，全國的數(shù)據(jù)中心總用電量為1608.89億千瓦時，比上海市2018年全社會用電量（1567億千瓦時）還多，相當(dāng)于三峽大壩的全年發(fā)電量。
低能耗數(shù)據(jù)中心呼之欲出，這不僅關(guān)系到環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，更直接決定了算力的成本和服務(wù)的競爭力。
把數(shù)據(jù)中心放進大自然的冰箱
數(shù)據(jù)中心成了電老虎，主要是因為IT設(shè)備與制冷系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，都需要消耗大量的電能，兩者大約各占據(jù)數(shù)據(jù)中心總能耗的40%。
要判斷一個數(shù)據(jù)中心的能耗水平，要看PUE指標(biāo)。
PUE全稱“Power Usage Effectiveness（平均電能使用效率）”，是指數(shù)據(jù)中心總設(shè)備能耗/IT設(shè)備能耗，比值越接近于1，表明能效、綠色化程度越好。如果達到1，便可以理解為，這座數(shù)據(jù)中心把所有電都用在計算上了。
可是，要想降低PUE，就得把數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)的能耗降下來，而這并非易事。
數(shù)據(jù)中心要穩(wěn)定工作，降溫是頭等大事——一枚不帶水冷的公版GPU芯片，在滿負(fù)載運行模型訓(xùn)練任務(wù)時，溫度會迅速飆升到85℃，而數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器CPU芯片，工作狀態(tài)下表面溫度也能達到60-70℃，如果用空氣降溫，要用20℃左右的空調(diào)冷風(fēng)一直吹，才能讓芯片溫度維持在50℃左右。
要降低制冷能耗，除非不用空調(diào)，將數(shù)據(jù)中心放到大自然的冰箱中去。這想法聽上去很瘋狂，卻是各大互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)近年來一直在嘗試并實踐的事。
Facebook去北極 微軟選擇“海底撈”
地球上哪里最冷？Facebook和大家想的一樣——南北極，所以他們把美國本土之外的第一個數(shù)據(jù)中心，建到了瑞典呂勒奧鎮(zhèn)邊沿的森林中，往北100公里就進入北極圈了。
Facebook位于瑞典呂勒奧鎮(zhèn)的數(shù)據(jù)中心
這里氣候寒冷，冬天平均氣溫差不多零下20℃，相當(dāng)于一個天然大型空調(diào)房。在被過濾器和霧化器處理后，從外界進來的冷空氣會像水一樣“沖洗”服務(wù)器，達到給服務(wù)器降溫的目的。根據(jù)測算，F(xiàn)acebook在呂勒奧鎮(zhèn)的數(shù)據(jù)中心PUE僅為1.04。
此外，瑞典還有大量水電站，可以提供廉價可靠的電力。
另一家科技巨頭微軟，索性把數(shù)據(jù)中心搬到了冰冰涼的海底。
2018年6月，微軟在蘇格蘭奧克尼島的海岸附近安裝水下數(shù)據(jù)中心，深度為35.6米，固定在海底的壓載三角基座上。數(shù)據(jù)中心與潛艇類似，長約12米，里面架設(shè)了12個機架，864臺服務(wù)器，包括所有必要的冷卻設(shè)施。
微軟的海底數(shù)據(jù)中心
法國海軍集團改造了用于潛艇冷卻的熱交換系統(tǒng)，以保證其可以適用于海底數(shù)據(jù)中心，主要原理是利用管道將海水直接流過服務(wù)器機架背面的散熱裝置，在加熱的同時被排回大海，由于海水較大的比熱容而且較快的流動性，從數(shù)據(jù)中心排出的熱水可以很快的與周圍的海水融合冷卻，如此反復(fù)，可以有效地降低數(shù)據(jù)中心的溫度。
微軟海底數(shù)據(jù)中心的部署地附近，便是歐洲海洋能源中心潮汐渦輪機與海浪能量轉(zhuǎn)換裝置的試驗場地，有充足的海水能電力資源，海岸邊還有不少風(fēng)力發(fā)電機和光伏發(fā)電裝置，微軟云計算和企業(yè)部門云基礎(chǔ)架構(gòu)戰(zhàn)略總經(jīng)理 Christian Belady 表示，利用這些可再生能源可以讓數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)能源自給自足。
阿里巴巴把數(shù)據(jù)中心建到壩上
在中國，作為云計算的引領(lǐng)者，阿里巴巴的數(shù)據(jù)中心在降溫方面也頗有心得。
2015年，阿里巴巴在千島湖建立了數(shù)據(jù)中心，利用湖水自然冷卻來給服務(wù)器降溫。該數(shù)據(jù)中心90%的時間無需借助湖水之外的制冷能源，比傳統(tǒng)的空調(diào)制冷方式要節(jié)約能耗超過八成，比普通數(shù)據(jù)中心全年節(jié)電數(shù)千萬度，其年平均PUE低于1.3，最低的時候可以達到1.17。
阿里巴巴千島湖數(shù)據(jù)中心
2016年，阿里巴巴又在張北縣啟用新數(shù)據(jù)中心，此地位于河北省西北部，屬于內(nèi)蒙古高原南緣的壩上地區(qū)，全年平均氣溫只有2.3℃，且空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)高達346天，數(shù)據(jù)中心可以采用更節(jié)能的新風(fēng)自然冷散熱方案，全年大約只有15天的時間需要開啟傳統(tǒng)壓縮機空調(diào)，僅制冷能耗就可以降低59%。
另外，張北縣境內(nèi)有大量的風(fēng)電和太陽能發(fā)電設(shè)施，可以為數(shù)據(jù)中心源源不斷地提供清潔能源。
阿里巴巴張北數(shù)據(jù)中心
據(jù)了解，阿里張北數(shù)據(jù)中心50%的能耗由風(fēng)電和太陽能電提供，可實際節(jié)約標(biāo)煤3萬噸，相當(dāng)于種植了150萬棵樹木，設(shè)計年均PUE僅為1.25，最低可達1.13。
液冷服務(wù)器將為北京冬奧會服務(wù)
此外，阿里巴巴還打磨出一項獨特的降溫黑科技。
眾所周知，數(shù)據(jù)中心電子元器件最怕進水，然而阿里巴巴居然研究出了直接把服務(wù)器“泡”在液體里的技術(shù)，名叫“沉浸式液冷技術(shù)”。
這項技術(shù)從2015年起就開始測試，阿里巴巴的工程師采用無腐蝕性的絕緣冷卻液，以確保長時間浸沒電子元器件，也不會對其產(chǎn)生任何影響。
阿里巴巴沉浸式液冷技術(shù)
2017年云棲大會，阿里巴巴正式對外展示了全浸沒液冷服務(wù)器集群——麒麟。麒麟無需風(fēng)扇或空調(diào)等大型冷卻設(shè)備，可在任何地方部署，在單位體積內(nèi)的計算能力比過去提升了10倍。目前，這套全球獨一無二的液冷服務(wù)器已經(jīng)在阿里巴巴冬奧云數(shù)據(jù)中心投入使用。
隨著5G和物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，全國數(shù)據(jù)中心總能耗據(jù)預(yù)測將在2023年突破2500億千瓦時。不過，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)在相關(guān)領(lǐng)域的研發(fā)投入，也許會讓數(shù)據(jù)中心的PUE進一步降低，畢竟這有利于降低企業(yè)經(jīng)營負(fù)擔(dān)，也能減少全社會能源浪費。
