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随着DeepSeek等AI大模型的迅速普及与用户量激增,算力需求正呈现指数级增长。国际数据公司(IDC)发布的数据显示,2024年,中国智能算力规模达725.3百亿亿次/秒(EFLOPS),同比增长74.1%,增幅是同期通用算力增幅(20.6%)的3倍以上。
同时,算力正成为耗电大户。据国际能源署(IEA)数据,数据中心的用电量已占全球总用电量的1.5%至2%,大致相当于整个英国的用电量,到2030年,这一比例预计将上升至4%。在这场算力狂飙的背后,数据中心该如何实现能源资源的高效利用与可持续发展?
近日,在以“携手同行,共筑绿色未来”为主题的“算电协同绿色发展及应用跨行业生态论坛”期间,清华大学长聘教授、博士生导师李震接受C114等媒体采访,围绕“数据中心能源资源管理的挑战与对策”,从五个方面深度剖析数据中心低碳转型的突围密码。
算力狂飙下的低碳电力供应
近年来,大语言模型、自动驾驶、语音助手、图像识别等实时应用广泛普及,数据中心算力需求及能耗需求均呈爆发式增长,平衡算力需求与能耗压力是当前亟待解决的问题。
那么,该如何降低数据中心服务器电耗?李震表示,要提高算效来降低电耗。一方面,可以就近接入风光电,利用自身UPS储能调峰。另一方面,可通过预测任务需求和资源使用情况,动态调整资源分配,将任务分配到最合适的服务器上。当任务较少时,也可以通过关闭或休眠闲置服务器,以提高算效。
不仅如此,数据中心进行需求侧响应,实现柔性用电也是低碳电力供应的重要一环。
具体而言,基于数据中心业务的实时性,可通过调整业务时间来调节负荷实现柔性用电;也可通过调整服务器负载的并行规模和时间分布,实现电力灵活性响应;利用算力网的任务可调度性,实现电力与算力的空间上的供需平衡;利用数据中心的UPS建立储能系统,动态地将储能电池分为备电与灵活调度两部分,这既能保证供电可靠性,还可以通过峰谷电价差实现套利;此外,还可推进锂电池在数据中心的应用,研究电池可调度容量刻画与电池充放电策略。
根据不同发热密度选择冷却方式
冷却技术是数据中心的“温控命脉”,其性能优劣直接关乎数据中心的稳定运行与能源利用效率。
李震指出,目前数据中心主要有七个高效冷却方向,包括优化气流组织、充分利用自然冷源、缩短气流输运距离、调整运行控制策略、高功率机柜、研发新型液冷介质、构建新型散热末端方式。
冷却系统在保障运行安全与能效指标之间的权衡至关重要。数据中心的冷却系统应起好辅助设施的作用,提高自身能效,争取能够应对服务器负载的各种变化情况,在保证服务器运行安全的条件下提高自身能效。在这种情况下,既不能过度牺牲服务器性能,也不能过分依赖算力调度。
对于冷却方式的采取,李震则认为,“核心是要根据不同的发热密度来选,并不是液冷一定就适合。”传统数据中心单机柜功率为3-5kW,随着AI算力的发展,机柜功率进一步提升至15-30kW,目前市面上投入使用的机柜最高功率密度为35kW。行业预测到2030年,单机柜功率可突破50kW。“液冷技术是高密度机柜冷却的主要解决方案,但风冷技术也可以满足50kW的冷却需求。”此外,在自然冷源利用方式上,有空气干冷冷却、直接蒸发冷却、间接蒸发冷却、利用水库水、利用海水这五种选择。
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