2021年11月11日凌晨，張北的冬夜星垂平野，寂靜無(wú)聲。

此刻，中國(guó)一年一度的商業(yè)狂歡盛宴——“雙十一”購(gòu)物節(jié)正在上演。一個(gè)坐在家里刷淘寶的消費(fèi)者，也許從未聽(tīng)說(shuō)過(guò)張北，但只要他連接上網(wǎng)絡(luò)，便享受著來(lái)自張北的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)服務(wù)。

張北是連接華北平原和內(nèi)蒙古高原的要塞，是距離北京最近的高原地區(qū)。風(fēng)無(wú)半日靜，地?zé)o三尺平。河北省張北縣境內(nèi)，10米高度以上，年平均風(fēng)速達(dá)6.2米/秒，全縣優(yōu)質(zhì)風(fēng)能資源達(dá)350萬(wàn)千瓦以上。

千百年來(lái)，西伯利亞的寒風(fēng)吹過(guò)六朝古長(zhǎng)城，而今它除了帶動(dòng)著張北成群的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，還驅(qū)動(dòng)著數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的新型基礎(chǔ)設(shè)施——互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）。

數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，生產(chǎn)關(guān)系各要素有了新變化，數(shù)據(jù)成為新的生產(chǎn)要素，算法是新的生產(chǎn)關(guān)系，而算力就是新型生產(chǎn)力。承載這一切的數(shù)據(jù)中心，毫不夸張地說(shuō)，就是數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代基礎(chǔ)設(shè)施中的基石。

能源危機(jī)降臨數(shù)智時(shí)代

2021年9月底，從東北三省到江浙、兩廣，不同地區(qū)之間的限電細(xì)則指向了同一個(gè)現(xiàn)實(shí)：一場(chǎng)全球性的能源危機(jī)到來(lái)了。2021年下半年，世界各國(guó)交錯(cuò)上演電荒、油荒、氣荒，恐慌情緒隨著不斷創(chuàng)新高的能源價(jià)格和越發(fā)緊缺的庫(kù)存蔓延，更隨著北半球冬天腳步的臨近而愈演愈烈。

據(jù)國(guó)際能源署調(diào)查，直到2018年，全球化石能源發(fā)電比例仍高達(dá)64%，而可再生能源發(fā)電占比僅為26%，核電占比為10%。面對(duì)溫室效應(yīng)、能源枯竭等生存危機(jī)，在被倒逼著朝低碳時(shí)代狂奔的路上，人類對(duì)“高能耗”越來(lái)越敏感。

消耗巨大電力轉(zhuǎn)化成算力的數(shù)據(jù)中心，首先引起了人們的注意。2021年5月，國(guó)家發(fā)展改革委創(chuàng)新和高技術(shù)發(fā)展司數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)中心年用電量已占全社會(huì)用電的2%左右。數(shù)據(jù)中心由此被列入高能耗大戶。《2020全球計(jì)算力指數(shù)評(píng)估報(bào)告》顯示，計(jì)算力指數(shù)平均每提高1個(gè)百分點(diǎn)，數(shù)字經(jīng)濟(jì)和GDP（國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值）將分別增長(zhǎng)3.3‰和1.8‰。因而，算力就像一個(gè)杠桿，具有放大數(shù)字經(jīng)濟(jì)效益的作用。得益于此，數(shù)字經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)速度是非數(shù)字經(jīng)濟(jì)的3.5倍，數(shù)字經(jīng)濟(jì)的投資回報(bào)率更是非數(shù)字經(jīng)濟(jì)的6.7倍。

但是，數(shù)據(jù)中心行業(yè)高能耗和高產(chǎn)出高效率之間的矛盾該如何解決？

“年植400萬(wàn)棵樹(shù)”的散熱黑科技

隨著萬(wàn)物互聯(lián)及萬(wàn)物智能時(shí)代的開(kāi)啟，目前全球算力規(guī)模正以每年超過(guò)50%的速度增長(zhǎng)。到2025年，整體規(guī)模將達(dá)到3300EFlops（每秒浮點(diǎn)運(yùn)算速度）。

算力、算力、算力……各行各業(yè)，各種新技術(shù)，各種終端，以及我們所處的數(shù)字時(shí)代，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在追逐算力。而建立綠色數(shù)據(jù)中心，同時(shí)滿足高算力密度與低碳運(yùn)營(yíng)，將成為剛需和趨勢(shì)。

目前來(lái)看，降低電力消耗的過(guò)程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是降低PUE（數(shù)據(jù)中心總能耗/IT設(shè)備能耗）。PUE是國(guó)際通用的數(shù)據(jù)中心能源效率指標(biāo)，這個(gè)數(shù)值越接近1，說(shuō)明能效水平越高。2021年11月，在中國(guó)數(shù)據(jù)中心工作組（CDCC）第九屆數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)峰會(huì)上發(fā)布的《2021年中國(guó)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)報(bào)告》顯示，2021年度全國(guó)數(shù)據(jù)中心平均PUE為1.49。

數(shù)據(jù)中心的能耗由IT設(shè)備、制冷系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及其他設(shè)施產(chǎn)生。其中，制冷系統(tǒng)在整個(gè)數(shù)據(jù)中心的電能消耗中占比最大。由于IT設(shè)備等設(shè)施工作時(shí)的功耗無(wú)法改變，從技術(shù)角度看，從制冷系統(tǒng)著手改進(jìn)，成為降低數(shù)據(jù)中心PUE的關(guān)鍵。依靠風(fēng)冷、湖冷等制冷技術(shù)，阿里云在河北張北、廣東河源、內(nèi)蒙古烏蘭察布等地的五大超級(jí)數(shù)據(jù)中心，全年平均PUE小于1.3。

用液冷來(lái)替代風(fēng)冷給數(shù)據(jù)中心散熱，是近幾年業(yè)內(nèi)公認(rèn)的重大創(chuàng)新舉措。液冷技術(shù)是指將高比熱容的絕緣液體作為傳輸介質(zhì)的傳熱冷卻技術(shù)，通過(guò)冷卻液的外部循環(huán)將熱量帶走。相比空氣，液體的比熱容更高，是空氣比熱容的一兩千倍，而且比需要“看天吃飯”的風(fēng)冷更可控。

2015年，阿里云開(kāi)始探索液冷技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐，2016年首次發(fā)布浸沒(méi)式液冷系統(tǒng)。2017年，阿里巴巴建立起互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)全球首個(gè)浸沒(méi)式液冷服務(wù)器集群，隨后在阿里云張北數(shù)據(jù)中心進(jìn)行規(guī)?；渴稹?/p>

根據(jù)阿里云基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)中心總經(jīng)理高山淵的解釋，如果用風(fēng)冷技術(shù)，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜里做到30千瓦的散熱能力已經(jīng)是極限，而浸沒(méi)式液冷可以輕松做到120千瓦，經(jīng)過(guò)技術(shù)改進(jìn)還能做到200～300千瓦。在實(shí)際應(yīng)用中，浸沒(méi)式液冷技術(shù)適用于AI、超算這類高密度的計(jì)算場(chǎng)景。

與傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)相比，液冷系統(tǒng)可節(jié)省30%～50%的電量，機(jī)房整體能效提升30%。而阿里云目前實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心100%無(wú)機(jī)械制冷，張北數(shù)據(jù)中心的年P(guān)UE已經(jīng)低于1.2，最低時(shí)可達(dá)到1.09，屬全球最低。這相當(dāng)于每年節(jié)約標(biāo)煤8萬(wàn)噸，或種植了400萬(wàn)棵樹(shù)。初步估算，如果全國(guó)的數(shù)據(jù)中心都采用液冷技術(shù)，一年可節(jié)省電量相當(dāng)于三峽電站2020年全年發(fā)電量的2/3。

“煮蛋”是業(yè)界對(duì)數(shù)據(jù)中心能耗變化最津津樂(lè)道的比喻：2005年，阿里10筆電商交易消耗的能源可以煮熟4個(gè)雞蛋；2015年能煮熟1個(gè)雞蛋；2016年啟用最新的液冷技術(shù)后，僅能煮熟1個(gè)鵪鶉蛋了。未來(lái)消耗的熱量可能連鵪鶉蛋都煮不熟了。從4個(gè)雞蛋到1個(gè)鵪鶉蛋，背后是數(shù)萬(wàn)名工程師十余年對(duì)IT系統(tǒng)極致高性能和高效率的不懈追求。

2020年，阿里云在浙江杭州的云計(jì)算仁和數(shù)據(jù)中心部署了全球規(guī)模最大的浸沒(méi)式液冷數(shù)據(jù)中心，并聯(lián)合開(kāi)放數(shù)據(jù)中心委員會(huì)（ODCC）向全社會(huì)開(kāi)放“浸沒(méi)式液冷數(shù)據(jù)中心技術(shù)規(guī)范”，也即技術(shù)開(kāi)源，著力引領(lǐng)和推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的技術(shù)升級(jí)迭代。

張北高原上的“熄燈數(shù)據(jù)中心”

數(shù)據(jù)中心里每分每秒都充斥著冷與熱的矛盾。在這兩者之間找到平衡，是數(shù)據(jù)中心的技術(shù)工程師們永不停息的戰(zhàn)斗。

張北的冬季，氣溫可達(dá)到零下三十多攝氏度，在這樣的低溫天氣里，數(shù)據(jù)中心的部分設(shè)備如果不能保溫，就會(huì)影響設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，并且損耗設(shè)備的使用壽命。但要給設(shè)備保溫供熱，又會(huì)產(chǎn)生額外的能耗。

于是，阿里云設(shè)計(jì)了一個(gè)余熱回收系統(tǒng)，把各種設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的熱量收集起來(lái)，除了滿足張北數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備保溫和辦公區(qū)、生活區(qū)的供熱，多余的熱量還直接輸送給周邊地區(qū)的機(jī)構(gòu)，減少了該地區(qū)傳統(tǒng)供熱方式所產(chǎn)生的碳排放。

2020年，張北數(shù)據(jù)中心成為行業(yè)內(nèi)首個(gè)碳普惠試點(diǎn)項(xiàng)目，同時(shí)獲評(píng)“2020年度國(guó)家綠色數(shù)據(jù)中心”。2021年9月，作為首批全國(guó)綠色電力交易主體，阿里云數(shù)據(jù)中心率先交易1億千瓦時(shí)綠色電力，成為國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)最大的綠色電力交易主體?！半p十一”期間，阿里云張北數(shù)據(jù)中心使用綠電近3000萬(wàn)千瓦時(shí)，減排二氧化碳2.6萬(wàn)噸。

經(jīng)過(guò)一系列智能化運(yùn)營(yíng)的努力，張北數(shù)據(jù)中心已經(jīng)基本成為“熄燈數(shù)據(jù)中心”。平時(shí)，除了有少部分工作人員在辦公區(qū)值守，偌大的建筑空間絕大部分區(qū)域都處于“熄燈”狀態(tài)，在一個(gè)全黑的環(huán)境里，只有各種設(shè)備微弱的指示燈閃爍著。

5年前，張北數(shù)據(jù)中心所在地塊還是一片荒地，曠野上只有北風(fēng)呼嘯的聲音。而今，這里已經(jīng)是一座成熟的產(chǎn)業(yè)園區(qū)，并且用最低的PUE跑著這片土地上最繁忙的數(shù)據(jù)，為云上的世界提供支撐。

新一輪科技和產(chǎn)業(yè)變革正席卷全球?！皵?shù)字中國(guó)”的建設(shè)，正在從量的增長(zhǎng)向質(zhì)的提升轉(zhuǎn)變。如果時(shí)代是一列永不回頭的列車，那么算力正逐漸成為驅(qū)動(dòng)列車前進(jìn)的核心動(dòng)力。綠色算力，已成為保證這列列車高速且穩(wěn)定行駛的必然選擇。

（摘自中信出版集團(tuán)《云上的中國(guó)2：科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)未來(lái)》）