作者:赵广立 来源:中国科学报 发布时间:2021/7/27 18:55:30
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耗电大户何以践行“碳中和”?
——访中国规模最大的云数据中心

 

数字时代,我们在生产生活中产生的海量数据,它们的存、算、传、用都离不开数据中心这类“新基建”,数据中心也顺理成章地成为当今社会的耗电大户——据“中国IDC圈”统计,2019年数据中心总耗电量超过2045亿千瓦时,占全社会用电总量超过2.4%。

随着我国“碳达峰”“碳中和”宏伟目标的提出,数据中心的能耗问题逐渐成为各方关注的焦点。近期,国家发展改革委等4部门更是印发《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》,明确提出“推动数据中心绿色可持续发展”“加强绿色数据中心建设,强化节能降耗要求”。

把低碳绿色从愿景变成现实,大型、超大型数据中心都有哪些硬招实招?近日,《中国科学报》实地探访了目前中国规模最大的云数据中心——阿里云张北数据中心。

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泡在液体中的服务器 阿里云 供图

一年300天,制冷“不花钱”

在北京西北200多公里处的张北县草原天路附近,这座数据中心正经历着一年最热的节气——大暑。但即便在三伏天,空调在这里的使用率也并不高。据查,张北坐拥得天独厚的气候优势,年均气温只有2.6℃,年内最低气温更是曾创下零下40℃的记录。

与其说张北数据中心空调利用率极低,倒不如说这里更多用得是“天然空调”。在园区的气冷机房,运转着的不是空调,而是一种类似于新风系统的设备——AHU风墙。

AHU是Air Handler Unit(风机矩阵空气处理单元)的缩写。当室外温度低于设置值(如25℃)时,AHU设备将室外冷空气经过滤及湿度处理后直接送入数据机房;当室外温度高于设置值时,或通过喷淋降温及过滤后送入数据机房,或启动备用制冷空调为机房服务器降温。

“AHU风墙技术的使用可以大大减少空调机组的运行而节能。”阿里云基础设施数据中心总经理高山渊告诉《中国科学报》,在张北数据中心,几乎每年都有300多天可以利用室外冷空气为数据机房降温。

高山渊说,经测算,张北数据中心的电源使用效率(即PUE值,数值越接近1表明效能越高)在冬天PUE最低可达1.09,在夏天也只有1.3左右。

将服务器泡在液体里

在节能降耗的,除了充分利用自然风冷,阿里云还自研出一套“将服务器泡在水里”的黑科技。

在张北数据中心的液冷机房,可以看到一排排价值不菲的服务器被浸泡在液体中,凑近看去,还能看到有些部件在水中闪着光,活像科幻大片里的桥段。

这就是浸没式液冷技术。浸没式液冷依赖于一种特殊的绝缘冷却液,冷却液与服务器各元器件零距离全方位接触,器件在运行中产生的热量将直接被吸收进入外循环冷却。这种冷却方式不需要开启空调,全程用于散热的能耗几乎为零,整个机房也非常安静。

“浸没式液冷的节能效果超过70%,实现了数据中心100%无机械制冷。”高山渊说:“如果将浸没式液冷向全国推广,那么全国数据中心的PUE都会降低到1.1以下。”

高山渊说,随着未来对能耗密集型服务器(如AI服务器)的需求加剧,浸没式液冷或许是唯一解。

液冷的好处不仅体现在散热方面,还在于它能够提升设备的稳定性、降低设备事故率。高山渊告诉《中国科学报》,液冷机房运行3年来,与同等规模的其他机房相比,事故率降低了54%。

但是,浸没式液冷也不是全无死角的“六边形战士”。一方面,液冷虽然从全生命周期来看成本还可以接受,但它的一次性投入成本很高;另一方面,绝缘冷却液跟各类元器件的“磨合”还需要时间给以证明。比如,目前还未校验它与GPU等计算单元的兼容性如何。此外,囿于生产工艺和技术,目前绝缘冷却液距离实现国产化还有一段路程。

“减碳三环”打造“零碳云”

高山渊说,加上模块化设计、AI调温等技术,张北数据中心的全年PUE低于1.2,最低可以达到1.09——这是一个领先行业的数字,这一能效约等于每年可节约标煤8万吨,相当于种植了400万棵树木。

用大自然的冷风吹、用绝缘冷却液浸泡,把数据中心的PUE值降低到接近于1, 提高了数据中心的能效。不过,数据中心仍是耗电大户——据“中国IDC圈”统计,2019年数据中心总耗电量超过2045亿千瓦时,占全社会用电总量超过2.4%。

数据中心负荷实在太大了,就算是能耗全部用来支撑计算,它们全年无休地开机运行,用电量也是一个天文数字。当这个天文数字遇到“碳中和”这样的宏伟目标,无疑是一个“需要解决的问题”。

好在张北有“绿电”。早在七八年前,张北就是“广袤的原野上风车林立,数千亩光伏电板如波荡漾”,经过这些年的发展,风车和光伏电板已经成为张家口市的重要电力来源。

使用“绿电”,成为张北数据中心的应然之选。

高山渊透露,张北数据中心无疑是张北绿电的消纳大户。2018年起,阿里就加入张家口“四方协作机制”风电交易,截至今年5月,共交易绿电约4.5亿千瓦时,累计减排二氧化碳近40万吨。

从自身节能减排做起,还只是阿里云数据中心迈向“零碳云”的一环。今年5月,阿里云发布“零碳云”计划,希望在推动自身节能减排的同时,向生态企业输出数字减碳能力、支持绿色技术创新。他们希望向电力能源、钢铁、交通、制造等碳排放大户提供高效云平台支持,为其引入大数据、AI技术,帮助上云企业提高效率、节能降耗。

比如,通过向攀钢集团引入阿里云工业大脑,对其炼钢全流程进行工艺优化,帮助攀钢旗下的西昌钢钒公司炼钢厂节省了25%的人工、每生产一吨钢节省1.28公斤铁,生产效益提升2.4倍。在西南某大型垃圾焚烧发电机组上,阿里云利用优化的AI算法帮助客户将固废垃圾焚烧效率提升2.6%,相当于燃烧同样的垃圾每年可多发电4000多万千瓦时,碳排放相比之前降低约48%。

践行“碳中和”,打造“零碳云”,阿里希望利用数字化能力做好“减碳三环”:自身节能减排的“内环”,推动生态企业脱碳减排的“中环”,公众绿色低碳消费的“外环”。

就像阿里巴巴首席技术官程立说得那样,“碳中和”不仅是环保概念,更是技术路线,在落实“双碳”战略过程中,数字基建会朝着绿色基建迈进。

 
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