當(dāng)你拿起手機(jī)，通過搜索引擎尋找答案的時(shí)候，可能永遠(yuǎn)不會(huì)想到，這一次搜索，大概將消耗能讓8瓦燈泡點(diǎn)亮一小時(shí)的電量，大概需要數(shù)萬臺(tái)服務(wù)器瞬間提供計(jì)算支持。
這些復(fù)雜的計(jì)算過程，都通過網(wǎng)絡(luò)在一個(gè)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(guó)網(wǎng)民同時(shí)在線，發(fā)朋友圈，刷抖音，往購(gòu)物車?yán)锓湃胍患唐返臅r(shí)候，支撐這些計(jì)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(diǎn)亮綠色云端：中國(guó)數(shù)據(jù)中心能耗與可再生能源使用潛力研究》（研究報(bào)告）報(bào)告給出了答案。
2018年，全國(guó)的數(shù)據(jù)中心總用電量為1608.89億千瓦時(shí)，比上海市2018年全社會(huì)用電量（1567億千瓦時(shí)）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(jìng)爭(zhēng)力。
把數(shù)據(jù)中心放進(jìn)大自然的冰箱
數(shù)據(jù)中心成了電老虎，主要是因?yàn)镮T設(shè)備與制冷系統(tǒng)的運(yùn)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(gè)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(dá)到1，便可以理解為，這座數(shù)據(jù)中心把所有電都用在計(jì)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(yùn)行模型訓(xùn)練任務(wù)時(shí)，溫度會(huì)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(dá)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(shí)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(guó)本土之外的第一個(gè)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(jìn)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(gè)天然大型空調(diào)房。在被過濾器和霧化器處理后，從外界進(jìn)來的冷空氣會(huì)像水一樣“沖洗”服務(wù)器，達(dá)到給服務(wù)器降溫的目的。根據(jù)測(cè)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(jià)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(zhǎng)約12米，里面架設(shè)了12個(gè)機(jī)架，864臺(tái)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(guó)海軍集團(tuán)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(jī)架背面的散熱裝置，在加熱的同時(shí)被排回大海，由于海水較大的比熱容而且較快的流動(dòng)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(jī)與海浪能量轉(zhuǎn)換裝置的試驗(yàn)場(chǎng)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(jī)和光伏發(fā)電裝置，微軟云計(jì)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(shí)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(guó)，作為云計(jì)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(shí)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(shí)候可以達(dá)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?jī)?yōu)良天數(shù)高達(dá)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(shí)間需要開啟傳統(tǒng)壓縮機(jī)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(shí)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(jì)年均PUE僅為1.25，最低可達(dá)1.13。
液冷服務(wù)器將為北京冬奧會(huì)服務(wù)
此外，阿里巴巴還打磨出一項(xiàng)獨(dú)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(jìn)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(xiàng)技術(shù)從2015年起就開始測(cè)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(zhǎng)時(shí)間浸沒電子元器件，也不會(huì)對(duì)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(huì)，阿里巴巴正式對(duì)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(jì)算能力比過去提升了10倍。目前，這套全球獨(dú)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(shí)代的到來，全國(guó)數(shù)據(jù)中心總能耗據(jù)預(yù)測(cè)將在2023年突破2500億千瓦時(shí)。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(huì)讓數(shù)據(jù)中心的PUE進(jìn)一步降低，畢竟這有利于降低企業(yè)經(jīng)營(yíng)負(fù)擔(dān)，也能減少全社會(huì)能源浪費(fèi)。
