数据中心化身绿色友邻 软硬件巨擘各显神通

数据中心在现代IT基础设施中扮演关键角色，满足企业数据管理与储存的高效能运算所需。据Precedence Research报告估计，2021年全球数据中心建设市场规模达到2,189亿美元，预估未来将以年均复合成长率(CAGR)约6%的速度，上升至2030年的3,696亿美元。值得注意的是，忧虑温室气体排放等环境问题，将是推升绿色数据中心需求的最主要原因之一。

数据中心对环境造成的冲击，已遭诟病许久。据Statista截至2022年1月的最新统计，国内境内数据中心总数达到447座，名列全球第4。然而，国内70%数据中心仰赖燃煤发电，是相当严峻的环境议题。国内政府估计，运算需求将以每年20%以上的速度成长，且数据中心集中分布在繁荣的东部，土地与能源等资源分配日趋紧俏，因此于2022年2月中发布「东数西算」工程计划，规划10座国内西部国家级数据中心聚落，且希望善加利用国内西部丰富的再生能源。

然而，无论是否打出环保与再生能源之名，数据中心可观的能源消耗，仍旧令人难以忽视。举例来说，Facebook母公司Meta素以追求科技永续发展为名，也强调旗下数据中心都已经达到净零碳排标准，然而原先规划于荷兰建置的巨型数据中心，却仍旧遭遇来自当地各级政府与民间的强烈反弹声浪。建设计划最终在3月叫停。

即便使用再生能源仍不够

即便Meta声称在最刚开始，与当地社群的协调，就已是公司行事原则的重中之重，仍不能避免计划的失败。这座数据中心估计年耗电量高达13.8亿度，约相当于2.2万名居民需求。建设预定地荷兰Zeewolde的居民们，忧心将被Meta占用掉太多的再生能源，因此持反对态度。

这座数据中心原规划用来为欧洲大陆许多地区服务，但让单一地区承担发电外部成本的问题，显然成为说服当地居民接受的最大阻碍，即便是拥有茁壮的再生能源市场、早已吸引许多企业设置数据中心的荷兰，也是如此。因此，透过技术与设计上的不断改进，让数据中心不仅仅停留在以再生能源使用为宣传口号的阶段，而是提升用电效率并达到降低用电量之效，以真正担起环保之名，是业界亟需提出解决之道的一个重要议题。

英特尔(Intel)估计，数据中心占全世界1%电力需求和0.3%碳排放量。与传统数据中心相比，研究显示具备能源再利用优势的浸没式冷却技术，能够将碳排量降低45%。因此，英特尔决定投入7亿美元建置研发中心，设计下一代浸没式液冷解决方案，以及发展其他数据中心技术，并率业界之先推出开放式IP浸没式液冷解决方案以及参考设计，帮助数据中心降低技术导入成本。

随着数据中心设备不断进化、工作负载需求日益上升，芯片能源密度已达到相当惊人的水准，可与核子反应炉相比拟。主要原因在于，跟随摩尔定律的发展节奏，晶体管节点尺寸不断缩小，单一芯片的晶体管数量也以极快速度成长，然而相对于尺寸，个别晶体管消耗的能源却没有成比例降低的缘故。

好在除了最重要的运算效能以外，功耗与效能功耗比也是目前科技市场对芯片产品优劣评判的主要标准。超微(AMD)持续针对高效能运算(HPC)与人工智能(AI)应用，精进CPU与GPU技术，并订出30x25计划，对于新一代数据中心的永续发展愿景，应有深远的影响。计划目标是在2025年以前，将超微旗下AI与HPC加速数据中心平台的能源效率提高30倍以上。

假设全球AI与HPC服务器节点皆能以相同幅度提升能源效率，超微估计在2021～2025年期间将能省下510亿度电，节约62亿美元支出，大概是希望以此呼吁全体业界一起移动。超微本身亦已取得相当进展：以2020年Epyc 7742 CPU与4颗Instinct MI50运算GPU组成的服务器作为比较基准，自2021年9月30x25计划公布以来，超微处理器设计团队已经在8个月内，初步将能源效率提升6.79倍。

仅降低处理器功耗也不够

超微30x25计划并非只考虑到硬件，还包括软件栈的改善等。可以预见，光是处理器本身能源效率的提升，并不足以解决数据中心耗能问题。例如，减少电力从输电网传输到处理器的过程中的浪费，也是一个可着力之处。

举例来说，美国普林斯顿大学及达特茅斯学院的研究人员，携手英特尔及Google，开发出能源处理器(energy processing unit)，希望在不牺牲速度的条件下，拉高数据中心CPU与硬盘的能源供应效率，避免过热问题，毕竟过热可能导致芯片故障，且提升冷却成本。

这款能源处理器采用LEGO-PoL CPU电压调节器设计，能应付高达780A的电流，最高效率则可达91%。据研究报告指出，LEGO-PoL调节器采垂直堆叠架构，以2阶段模式运作，首先利用开关电容有效将输入电压降成更低的汇流排电压，接下来再透过多相降压转换器，以高控制带宽调节输出电压。开关电容与多相降压转换器彼此堆叠的主要优势在于能够拉高调节器的电流密度，虽然伴随着整体系统高度与重量增加的问题，但可以透过更先进的电容器与封装技术来减轻困扰。

为满足客户对高效能且环保的数据中心需求，NVIDIA日前也发布A100 Tensor Core PCIe加速器的液冷版本，采用Ampere GPU架构，有助数据中心接近电力使用效率(PUE)1.0的理想。NVIDIA与合作夥伴Equinix各自的测试结果皆显示，在运行相同工作负载的前提下，数据中心使用液冷式技术，会比气冷式减少30%的功耗，将PUE从1.6降至1.15。

NVIDIA也估计，相较于使用全由CPU组成的服务器，若由善加利用GPU加速的系统来运行AI与HPC工作负载的话，每年能省下110亿度电，约等于150万人年消耗量。除了A100 PCIe GPU以外，将在2023年推出的H100，同样也会有液冷版本。

公有云端环保外部效益大

云端科技为运算产业带来一场革命，并促成原来难以实现的应用、商业模式应运而生。过去10年以来，云端运算成为提供移动与内容服务的基础，以及传统企业本地运算环境以外的另一种选择。随着企业陆续推动数码经济转型，云端也将扮演更重要的角色。云端具备立即可用性与可扩展性，以及协助降低资本支出与简化开发流程等优点，是企业决定采用与否时，会纳入考量的主要面向。

但容易遭到忽略的是，企业使用公有云进行数据管理与处理，碳排量会比使用本地服务器低得多，形成外部效益，背后原因包括公有云端数据中心是以规模化进行设计，注重能源使用效率；加上使用者众，服务器使用率较高，硬件更新频率也较高，便于引入新节能技术。

此外，公有云数据中心通常座落在靠近供电设施的位置，可减少长距离输电造成的能源浪费，另外为维护企业环保名誉，也倾向会将当地再生能源发电比例，列入数据中心选址的考量。作为全球最大云端服务供应商的亚马逊(Amazon)AWS，甚至会自掏腰包建设风场，为旗下数据中心供电。

市调机构IDC预期，包含云端服务与相关专业管理服务、软硬件等云端供应链在内的全球支出，将以CAGR 16.9%的速度，在2025年前成长至超过1.3万亿美元的规模。然而，云端运算也并非全无缺点，例如必须考虑数据传输过程中的安全性与耗能问题。据估计，1GB数据传输会消耗掉0.06度电。

随着企业社会责任受到重视程度与日俱增，相关工具也应运而生，如微软推出名为微软永续云(Microsoft Cloud for Sustainability)的SaaS平台，透过自动化数据连接，协助企业客户纪录碳排放活动，诸如云端或边缘服务，乃至传感器装置所产生的数据，都包含在内，例如排放量冲击仪表板可帮助客户，针对使用微软云端寄存服务时的排放量进行监控。无独有偶，Google近期也推出碳足迹工具，让客户了解使用Google Cloud平台时的碳排总量。

责任编辑：张兴民