信通院王志勤：PUE穩(wěn)步下降，算效逐步提升，綠色算力發(fā)展成效將顯現(xiàn)

7月2日消息（九九）當前，算力已經(jīng)成為推動數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的核心力量，正強有力地支撐數(shù)字中國建設。

在日前舉行的中國綠色算力大會上，中國信息通信研究院副院長王志勤指出，我們在享受算力帶來高價值驅(qū)動力的同時，也不能忽視算力背后的高能耗問題。在碳達峰碳中和目標引領下，大力推動算力綠色化發(fā)展，實現(xiàn)綠色算力升級，是實現(xiàn)經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展的必然選擇與關鍵環(huán)節(jié)，也是我國建設數(shù)字基礎設施和展現(xiàn)節(jié)能減碳大國擔當?shù)闹匾}。

會上，中國信息通信研究院產(chǎn)業(yè)與規(guī)劃所與內(nèi)蒙古和林格爾新區(qū)管理委員會共同發(fā)布《2023中國綠色算力發(fā)展研究報告》。報告告圍繞算力生產(chǎn)、算力運營、算力管理、算力應用四個層次，建立綠色算力高效（Efficient）、低碳（Low carbon）、智能（Intelligent）、集約（Intensive）發(fā)展的ELII框架。

算力生產(chǎn)綠色化技術產(chǎn)品加速迭代

王志勤介紹，世界各國加快出臺算力政策推動算力生產(chǎn)技術的高效演進，科技龍頭企業(yè)圍繞算效的提升加快產(chǎn)品迭代升級。

在單芯片性能提升方面，目前臺積電和三星均已進入到3nm制程工藝時代，與5nm工藝相比，臺積電3nm工藝的晶體管邏輯密度可以提升1.7倍，性能有11%的提升。而在同等性能下，3nm工藝的功耗比5nm降低25%-30%。英特爾的Ponte Vecchio加速卡利用Chiplet技術，即片內(nèi)互連技術，將不同工藝下制造的多個芯片封裝集成到同一芯片中，晶體管數(shù)量突破1000億個，使異構計算利用不同架構芯片形成更高效的解決方案成為了可能。

計算存儲網(wǎng)絡協(xié)同方面，當前存算一體技術正在由研究領域逐步進入商用化，在云端計算的應用場景，存算一體方案主要是圍繞將計算和DRAM集成做創(chuàng)新，以降低內(nèi)存訪問的數(shù)據(jù)量和延遲。三星基于其HBM2 DRAM技術集成了計算邏輯，使得DRAM既可以當作一塊普通存儲器來用，也可以在寫入和讀出的同時讓計算邏輯去做計算。存儲與網(wǎng)絡的融合也在日益加深，通過存儲網(wǎng)絡新興技術，有效提高主機通過遠程網(wǎng)絡訪問存儲的性能，解決通信協(xié)議帶來的存儲性能損失問題。

計算平臺統(tǒng)一調(diào)度方面，主要通過跨計算架構的統(tǒng)一編程框架來實現(xiàn)，通過時間或空間的切分和復用，以及虛擬化、算力網(wǎng)絡等技術，實現(xiàn)硬件資源池化重構。英特爾推出跨架構編程工具oneAPI，旨在簡化跨架構之間的編程，可以與英特爾自身設備及其他廠商的芯片配合使用，以優(yōu)化工作負載，為異構計算提供了統(tǒng)一和簡化的應用程序開發(fā)編程模型。

算效逐步提升，區(qū)域綠色算力發(fā)展成效將顯現(xiàn)

通過報告提出的綠色算力ELII框架，可知區(qū)域綠色算力發(fā)展成效與算力規(guī)模、算效、碳排放因子、PUE等關鍵因素密切相關。

王志勤指出，AI大模型及AIGC應用雙重爆發(fā)，算力規(guī)模CP激增，為區(qū)域綠色算力發(fā)展帶來挑戰(zhàn)。據(jù)工信部統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國算力規(guī)模年增長率近30%，截至2022年底，我國算力總規(guī)模達到180EFLOPS，位列全球第二。但從應用需求看，算力領域的缺口仍然不小，尤其是以AI大模型與AIGC為代表的AI技術實現(xiàn)突破性演進，帶來全球算力市場需求的高速上漲。

計算軟硬件架構持續(xù)協(xié)同優(yōu)化，未來需要新一代半導體芯片、量子計算技術突破，從而極大提升算效CE。隨著摩爾定律發(fā)展逐漸接近物理和經(jīng)濟極限，追逐高主頻和CPU性能等架構設計遭遇“功耗墻”、“內(nèi)存墻”的限制，以摩爾定律為驅(qū)動、硬件能力提升為主導的固有升級路徑已經(jīng)臨近天花板，底層軟硬件架構計算的創(chuàng)新模式由單點突破逐步向端到端優(yōu)化演進。不僅如此，半導體新體系及其微電子等多功能器件技術也在更新迭代，業(yè)界將目光開始轉向擁有小體積、低功耗等優(yōu)勢的第四代半導體。此外，新的計算范式也在醞釀中，量子計算的算力指數(shù)級遠超越傳統(tǒng)電子計算，業(yè)界已認識到量子計算對人類社會的巨大影響，當前許多國家都在開展量子計算研究。

隨著可再生能源對化石能源的替代，數(shù)據(jù)中心可再生能源占比向著100%發(fā)力，碳排因子CEF在持續(xù)降低，力爭在能源層面實現(xiàn)零碳排。2022年11月，國家發(fā)改委、國家統(tǒng)計局和國家能源局聯(lián)合發(fā)布的《關于進一步做好新增可再生能源消費不納入能源消費總量控制有關工作的通知》，明確“新增可再生能源電力消費量不納入能源消費總量控制”，為數(shù)據(jù)中心能源層面實現(xiàn)零碳排奠定政策機制基礎。

隨著液冷技術逐漸開始應用和規(guī)模化，PUE在持續(xù)降低逼近1，力爭在IT設備外實現(xiàn)零碳排。數(shù)據(jù)中心的用能部分為IT設備、制冷系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、照明及其它。制冷是IT設備之外的最大耗能源。以PUE為1.5的數(shù)據(jù)中心為例，其IT設備耗能約占67%，制冷系統(tǒng)約占27%，供配電系統(tǒng)約占5%，照明及其它約占1%。減少制冷能耗，是降低PUE的主要途徑。液冷、間接蒸發(fā)冷、全變頻氟泵等先進技術正逐步應用于數(shù)據(jù)中心，均可有效減少數(shù)據(jù)中心制冷方面的用電，提升制冷效率，助力PUE值持續(xù)降低。

王志勤表示，當前算力規(guī)模爆炸式增長，帶來算力能耗的急劇增長，不過隨著PUE穩(wěn)步下降，算效短期內(nèi)逐步提升，以及可再生能源利用率穩(wěn)步提升后碳排因子降低，區(qū)域綠色算力發(fā)展成效將顯現(xiàn)，綠色算力技術產(chǎn)品將有力支撐算力領域節(jié)能降碳。

預計到2030年，液冷技術規(guī)模落地后PUE接近1，單位能耗碳排放隨著綠電在電網(wǎng)中占比不斷提高將有所下降。此外，算力規(guī)模進入穩(wěn)步增長階段，區(qū)域綠色算力碳排將放緩并達到頂峰。

會上，王志勤提出建議多措并舉推進綠色算力發(fā)展：一是頂層保障，健全綠色算力一體化發(fā)展機制；二是創(chuàng)新先行，加速綠色算力核心技術研發(fā)；三是行業(yè)發(fā)力，構筑綠色算力產(chǎn)業(yè)協(xié)同生態(tài)；四是引導布局，強化綠色算力與東數(shù)西算協(xié)同；應用賦能，推進綠色算力賦能千行百業(yè)。

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