【行业研报】中国绿色算力发展研究报告(2023年)_市场营销策划_重点报告20230704_doc.docx
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1、CAICT中国信通院m蓝皮报告1中国绿色算力发展研究报告(2023年)中国信息通信研究院产业与规划所内蒙古和林格尔新区管理委员会2023年7月一、绿色算力即算力的绿色低碳追求(-)绿色算力的内涵及价值建设数字中国是数字时代推进中国式现代化的重要引擎,作为一种新型生产力,算力已成为推动数字经济发展的核心力量,正强有力地支撑数字中国建设。当前,算力已广泛融合到社会生产生活的各个方面,为千行百业的数字化转型提供基础动力,是当今社会的核心资源,也是支撑经济社会加速数字化转型的重要底座。享受算力带来高价值驱动力的同时,也不能忽视算力背后的高能耗问题。据国家发展改革委高技术司公布数据显示,我国数据中心年用
2、电量已占全社会用电的2%左右,且该占比仍在快速增长。绿色算力,即算力的绿色低碳追求,是算力高质量发展的重要目标,可通过推进算力生产、算力运营、算力管理、算力应用等层次的绿色化来实现。推进绿色算力发展,具有重要战略意义。第一,发展绿色算力,将致力于在算力供给侧各层次推进绿色低碳化,这也是算力持续高能耗形势下的必然选择。第二,发展绿色算力,将致力于进一步降低算力成本,通过构建公共算力服务平台,加强数据、算力和经济之间的协同联动,从而有效赋能千行百业绿色化转型升级,促进数字经济的可持续发展。第三,发展绿色算力,是信息通信行业践行国家双碳战略、落实节能降耗的关键举措之一,可为民众营造更好的生活和生态环
3、境。(二)绿色算力发展E1I1框架结合绿色算力的内涵和特点,本报告围绕算力生产、算力运营、算力管理、算力应用四个层次,建立绿色算力高效(EffiCient)、低碳(1owcarbon)、智能(Inte11igent)、集约(Intensive)发展的E1II*妁IntCnMVe框架。旨装Inte11igent进行数据处理的存内计算,以及以GPU、NPU、TPUDPU等异构芯片为代表的异构计算,有望突破冯诺依曼架构,成为绿色算力落地的关键技术。算力规模、算效是算力生产高效性的核心指征。CP(Computiona1Power)即算力规模,指区域内计算设备产生的算力总规模,一般单位为FIOPSoCE
4、(Computiona1Efficiency)即算效,指IT计算设备的算力效率,表示单位能耗可产生的算力规模,一般单位为Fk)PS/W。图1绿色算力发展E1n框架1算力生产绿色化:高效算力生产绿色化,主要指算力生产IT计算设备运行的高效化,通过提升底层软硬件架构计算的高效性从而降低能耗,是绿色算力在算力设备微观层面的核心体现。算力生产的高效主要通过工艺技术进步、ChiPIet(芯粒)封装以及架构创新提升单芯片性能(芯片层),运用存算一体、网络存储融合等技术促进计算存储网络协同(系统层),以及通过异构计算资源池化实现计算平台统一调度(平台层)等方式来提高算效。在摩尔定律下的集成电路尺寸微缩提升了
5、单位面积的晶体管密度,从而提高了单芯片算力,但随着器件尺寸逐渐逼近物理极限,后续很难继续通过提升芯片面积和晶体管集成度来增加算力。同时,传统冯诺依曼存储墙与功耗墙瓶颈无法满足未来的应用需求,而直接利用存储器本身2 .算力运营绿色化:低碳算力运营绿色化,主要指算力运营层面用能的低碳化,包括用能源头方面提升可再生能源利用率与推进能源循环利用,以及能源使用方面通过运用新技术持续优化能源使用效率,是支撑算力规模化、绿色化发展的关键所在,也是绿色算力在能源消耗口观层面的集中体现。用能源头低碳化,包括绿电交易、绿证购买,采用分布式电站就近消纳及集中式绿电发电站供电,绿电直供或混合供电,以及推进资源及能源的
6、循环利用。绿电交易是“证电合一的交易,购买绿电时可以取得电能使用权和绿色电力证书;绿证交易是“证电分离”的交易,用户可以单独购买绿证,以获得绿色电力消费证明。部署分布式光伏发电,实现就近消纳绿电,降低运行成本、提高用能的安全性和可靠性。集中式绿电发电站供电,主要通过电网公司的电网将大型新能源发电站的清洁能源输送到用电侧来实现电力脱碳,主要有集中式风电、集中式光伏发电等。推进资源及能源的循环利用,包括水资源回收利用、余热回收利用、电子设备回收利用等,将废弃的可循环利用资源进行二次或多次利用。CEF(CarbonEmissionFactor)即碳排放因子,是用能源头低碳化的核心指征,指单位能耗对应
7、的碳排放量,一般单位为tCCh/MWh。能源利用低碳化,主要是优化电能使用效率。随着数据中心信息设备高密度集成化,信息设备产生的热量在不断增加,而数据中心的空调制冷占数据中心总功耗的10%50%,因此降低数据中心的空调耗电量可以有效的优化电能使用效率。当前,液冷技术是当下最有效的散热技术,其原理是通过利用液体的高热容和高热传导性能,将信息设备产生的热量传递到液体中,然后通过液体的流动将热量带走。尤其是浸没式液冷,将发热元器件完全浸没在电介质流体中,依靠冷却液吸收热量,替代冷空气给信息设备降温。相对于直接用电制冷散热,采用液冷技术不仅节约能源消耗,而且还有效地减少用电制冷过程中34倍的碳排放,从
8、而达到算力运营的绿色化。PUE(PowerUsageEffectiveness)即电能使用效率,指数据中心总能耗与IT负载能耗的比值,其中数据中心总能耗包括IT设备能耗和制冷、配电等系统的能耗,其值大于1,越接近1表明非IT设备耗能越少,即能效水平越好。3 .算力管理绿色化:智能算力管理绿色化,主要指算力管理调度层面的智能化,依托算力网络对分散、异构的算力进行智能感知、连接和统筹调度,实现绿色算力资源的配置优化,是当前算力绿色化发展正努力实践的方向。算力管理智能化,主要包括算力调度、算网协同。算力调度实现算力区域布局优化,使算力任务倾向于能源供给绿色化和气候寒冷PUE值低的区域。算力调度是算力
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