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AI,成了巨头碳中和的绊脚石

文 | 袁宁

编辑 | 雪小顽

花大力气减碳的科技巨头,碳排放不降反增。

7月2日,谷歌发布2024年度环境报告。相较于2019年,谷歌温室气体排放量在五年内上升了48%,仅在上一年就增加了13%。

无独有偶,微软5月发布的可持续发展报告中也提到,2023财年的碳排放量相较于2020年增加了近30%。

分析碳排放增加的原因,两大巨头同时将矛头指向数据中心。认为数据中心的电力消耗和供应链排放,是导致公司碳排放量增长的罪魁祸首。

AI巨浪之下,数据中心成为新基建。全球科技大厂正以豪掷、抢占、加速的姿势,扩建数据中心。

仅今年6月,微软、亚马逊、英伟达相继宣布投资建设数据中心,其中以英伟达最大手笔,计划未来5年内投资3万亿美元。

但新问题随之而来——无论是已在运营中还是规划中,规模疯长的数据中心,成了巨头减碳的新高地。

回顾他们曾经定下的承诺,2020年微软表示,将在2030年达到碳负排放,并进一步计划至2050年清除自1975年成立以来的所有碳足迹。谷歌和Meta则将时间点定在2030年,承诺届时不仅是自身运营,连同整个价值链都将实现碳中和。

没人能精准预测未来。大公司做出承诺之时,数据中心减碳尚未进入公众视野。

而眼下,他们能否兑现承诺的不确定性大增。此前,微软曾将自身的碳中和目标比作“登月计划”,而现在,总裁布拉德·史密斯表示:“登月距离比2020年时远了5倍。”谷歌也承认,其碳中和目标订得有些“雄心勃勃”。

数据中心之所以成为碳排放大户,在于其巨大的能源电力需求。

国际能源署预测,到2026年,数据中心的总用电量可能达到1000TWh,相当于日本全国的电力需求。半导体产业分析机构SemiAnalysis也预测,到2030年,人工智能将导致数据中心消耗全球4.5%的能源。

数据中心减碳,成了时下热门议题。

AI,成了巨头碳中和的绊脚石

数据中心内部,图片来源:视觉中国

数据中心减碳,难在散热

减碳的第一步,是摸清碳排放出自哪里。

36碳了解到,数据中心的碳排放主要集中在运营阶段,占比达90%。更具体地来说,除了AI服务器运行本身所需能耗之外,制冷系统以30%-40%的高能耗占比,成为碳排放的大头。

曙光数创CTO张鹏告诉36碳,近五年,芯片功耗急剧增加,从过去十年基本稳定的两三百瓦,飙升350至450瓦,增长几乎超过50%。而一个单柜,即容纳多台服务器、存储设备和其他网络设备的独立机架,功耗更是从几千瓦飙升至六七十千瓦。

这一跃升对散热技术带来巨大的挑战。

如果散热能力跟不上,不仅会加剧能源消耗,还会带来设备性能的损失,影响用户收益——制冷,成为数据中心的刚需。

许多数据中心选址在天然的低温环境下。例如贵州天然的山体、河北张家口的大风口,都为数据中心提供了理想的冷却环境。同样Meta把数据中心建到距离北极圈仅仅100公里的瑞典吕勒奥镇,也是这个道理。

环境之外,技术的力量必不可少。目前,虽然风冷仍是主流的散热技术,但液冷正凭借其更高的散热效率,逐渐进入规模化扩展阶段。

AI,成了巨头碳中和的绊脚石

浸没式液冷,图片来源:作者拍摄

张鹏介绍,当机柜功耗较低时,风冷技术更有优势。

然而一旦机柜功耗超过十千瓦,液冷技术就会显示出其性价比,特别是对于功耗密度极高的机柜,利用液体的相变过程来吸收和带走热量,即相变浸没液冷技术,优势则更为显著。据悉,曙光数创浸没冷板的PUE值能到1.04,几乎接近1。

“如果数据中心中的30%采用冷板或浸没式液冷技术,那么全社会将有3%的电能可以用于余热利用。即使只利用一半,也将是一个巨大的数字,对社会的能源结构和环境保护都会产生深远影响。”张鹏说道。

更多的数据中心则根据实际情况,融合多种技术来实现效果最优。36碳了解到,华为云芜湖数据中心通过其首创的直通风和间接通风自适应融合方案,利用自然通风和液冷技术,配合AI能效精准调优,让其PUE在东部气候相对较高的情况下将降至1.1。

这意味着,每100万台服务器每年可以节省10亿度电,相当于105万人一年的用电需求,减排二氧化碳约80万吨。

发力绿色能源,减碳要从源头抓起

相较于散热,提高可再生能源使用比例,优化供能结构,对于数据中心减碳的效果更加直接。

36碳了解到,在数据中心行业,目前主要有三种方式来直接应用可再生能源:直接采购可再生能源电力、获取绿色电力证书,以及利用分布式可再生能源。

大型科技公司是可再生能源的主要购买者。2024年仅前两个月,谷歌、微软就分别宣布签署609兆瓦和295兆瓦的可再生能源购电协议。

微软更是已经成为全球最大的可再生能源企业买家之一。今年5月,微软与布鲁克菲尔德资产管理公司以及布鲁克菲尔德可再生能源公司 ,共同宣布签订了10.5千兆瓦发电量的购电协议,成为史上最大一笔单一企业清洁能源购电协议。

购买,只是绿电使用走出的第一步。如何最大程度地保障绿电应用,才是更贴近现实的问题。

远景智能副总裁赵楚泓介绍,其新型电力系统主要通过三个技术来保障绿电使用。一是微网技术,确保在源网荷储场景下对用户平稳供电;二是图计算技术,用于捕捉全链条碳因子,帮助实现全生命周期的碳追踪和管理;三是区块链技术,为绿电交易提供认证,确保交易获得社会和行业的广泛认可。

“绿色能源成本的下降趋势符合摩尔定律,从长期的经济账上来看,绿色能源已经能够支撑数据中心的长期发展。”赵楚泓说。

AI,成了巨头碳中和的绊脚石

远景新一代绿色能源AIDC解决方案 ,图片来源:远景零碳行动报告2024

我国《算力基础设施高质量发展行动计划》明确提出要引入绿色能源,鼓励算力中心采用源网荷储等技术,支持与风电、光伏等可再生能源融合开发、就近消纳。

相关实践已在进行。

合盈数据CTO周天宇告诉36碳,合盈数据科技产业园是目前全国范围内最大的“源网荷储”一体化项目。新能源与数据中心项目完全投产以后,一年可发绿电130亿度,满足数据中心每年的用电需求,达成“投产即零碳”以及100%绿电供应。

风电、光伏之外,科技大厂还在探索更多样、更前沿的新能源电力。例如,微软与Helion Energy合作,预计到2028年将获得核聚变产生的电力。谷歌则与NV Energy合作,为其内华达州的数据中心提供地热能。

巨头对绿色能源的发力,也延伸到供应链管理。以微软为例,其要求供应商更多地提供纯绿电,包括要求特定规模、大批量供应商到2030年为Microsoft交付的商品和服务使用100%无碳电力。

更多绿色困境待解

数据中心想走向绿色,是一条漫长旅途。

现阶段,企业的绿电使用率还远远不够。据绿色和平和苏州高新区碳中和国际研究院共同发布的《绿色云端2024》统计显示,过去两年,在国内互联网科技头部企业中,仅有万国数据一家可再生能源占比超过三分之一,阿里巴巴、腾讯与秦淮数据可再生能源占比超过10%。

“我们看到部分第一梯队企业在绿电消费总量和绿电消纳占比上都实现了新的突破,但遗憾的是,这一现象并未延伸至整个行业,部分已经做出100%可再生能源承诺的企业在实际行动上进展缓慢。”绿色和平气候与能源资深项目主任吕歆说,“要想在AI技术发展推高用电量的压力下实现气候目标,企业亟需进一步加速提升可再生能源比例。”

其他问题也相应而出。

例如在国内,36碳与多位业内人士交流后发现,数据中心想实现绿色化,还面临着绿电交易市场体系和认证机制不完善,额外增加储能装置成本高,碳排放核算难度大等问题。

多方都在探索解法,例如发挥绿色金融的激励作用。浦发银行投行部总经理牟军告诉36碳:“我们会把融资的成本和算力的绿色程度挂钩,通过浮动的贷款利率,鼓励这个产业更好的持续发展。”

数据中心减碳,未来还有很多想象空间。

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