近日，有消息称富士通、NEC、AIO core 、富士通光器件、京瓷、铠侠以及日本瑞翁，将联合开发可以使数据中心（DC）的耗电量降低40%的新技术。该技术预计将于2030年之前完成研发。

近几年，随着数据中心、云计算、大数据等新兴领域不断发展，信息量激增。有调查显示，2021年，数据中心相关设备的全球市场规模约24万亿日元（约合1.2万亿元人民币），同比增加10％。未来5年将以年均约5％的速度增长。如果保持目前的性能，全球数据中心的耗电量将在10年时间增加约15倍，因此，如何实现数据中心的节能将成为目前最紧迫的研究课题。

对此，爱尔兰、新加坡等国家对数据中心的用电量提出了限制要求。2022年4月，日本经济产业省也将数据中心纳入节能政策中。

数据中心耗电量最大的是计算和存储芯片。富士通、京瓷、铠侠等7家日本企业表示，此次合作将利用各企业的技术，开发出可以使数据中心大幅节能的芯片和通信设备。

据悉，在功率相同的情况下，富士通将通过可在低电压下稳定运行的电路设计方式，同时兼顾低功损和较好的性能，开发出可发挥10倍性能的CPU。

NEC负责开发对大型计算（如人工智能）提供辅助的加速器，目标是将电力效率提高到目前的10倍。

在存储装置方面，日本瑞翁负责开发实用化存储新材料。NRAM（纳米随机存储器）是一种使用碳材料“碳纳米管（CNT）”的技术，与DRAM存储器同等存储速度的情况下，用电量更低。

据了解，其中还包括支持“光电融合”的产品。光电融合是日本企业领先的开发领域，如果能应用于数据中心，电力效率将有望大幅提升。

半导体行业专家指出，日本的芯片和数据中心设备在国际上并不突出，此次7家企业联合研发节能技术，有望助力日本企业在元器件方面建立优势。

“吃掉”三峡大坝和葛洲坝的数据中心

作为网络的物理基石，数据中心一直是一个大众相对未知的话题，数据中心的建设需要环境、硬件设备、基础软件和应用支持平台。其中硬件设备主要包括了网络设备、网络安全服务器、存储设备、灾难恢复等。除了传统的数据中心，世界各地也有超大型数据中心，它们通常有几万到数十万台服务器，占地面积大，耗电量十分惊人。

华为负责研究可持续信息和通信技术安德斯·安德雷曾表示，数据中心目前消耗了全球约2%的电力，到2030年可能上升到8%。

从国内看，全国数据中心的耗电量已连续8年超过12%的速度增长。2017年，国内数据中心总耗电量达到1200-1300亿千瓦时，这个数字超过三峡大坝和葛洲坝电厂发电量之和（约1000亿千瓦时）。预计2025年高达3842.2亿千瓦时。

在巨大耗电量的背后，还有着令人难以置信的浪费。

麦肯锡咨询公司透露，数据中心的耗电量仅有6%~12%是被用于网站计算的，其余均在维持服务器工作状态时被无谓消耗。随着互联网高速发展，这种耗电情况近年来持续走高。

同时，“过度散热”也是数据中心耗电巨大的重要原因。研究机构Uptime Institute曾对美国19个数据中心进行研究发现，数据中心的过度冷却差不多达到实际所需要的2倍。

此外，由于可再生能源的利用率低下，数据中心运转只能不断加大使用原始驱动力——电力，耗电量自然只增不减。

居高不下的耗电量、温室气体的排放、大量的水资源消耗和设备报废后的环境污染……数据中心数量与规模的快速增长已经为资源与环境带来巨大挑战，绿色数据中心的建设迫在眉睫。

数据中心在支撑数字经济快速发展的同时，不可忽略的是——数据中心是高载能行业。在“双碳”战略目标的引导、要求下，数据中心的节能减排，势在必行。

数据中心要节约的不仅是“碳”

现阶段提到数据中心节能减排，很多人都会更多地关注数据中心如何“减碳”，即数据中心碳中和，而对于数据中心行业来说，其用水量之大也是不能不关注的问题。在行业更多关注PUE的同时，数据中心WUE（水资源利用效率，详见“阅读辅助”）却鲜少问津。

据统计，地球上的水大约96.5%都是海水，淡水只有3500万立方千米左右，且这些淡水中很大一部分储存在常年不化的冰川或者高山上的冰冠里，能够被人们直接取用的淡水资源就存在于陆地上的淡水湖和河流中，而这些水量只占全球总水量的1%。

以我国为例，我国水资源总量虽位列全球第六位，但因人口基数大，人均水资源占有量仅有2500立方米，约为世界人均水量的1/4，在世界排名第110位，已经被联合国列为13个贫水国家之一。

数据中心运行对水资源的需求旺盛，而数据中心内部署的精密设备又决定了用水只能使用淡水。据统计，数据中心若采用水冷却空调，一座数据中心每天就要用掉数以百万加仑（1加仑约合3.8升）计的水，用来冷却因运转而发热的设备。日常运行中的冷却水补水消耗量大约占数据中心总用水量的95%以上。如此大的体量，对于建设在水资源相对匮乏地区（如沙漠）的数据中心来说，对该地区的水资源利用率无异于“雪上加霜”。

作为数字经济重要支撑的数据中心，如果可以有效地降低WUE，也必将为构建节水型社会贡献一份不可或缺的力量。

不仅于此，大量的冷却水补水在数据中心运营成本中的占比也十分庞大，如果可以减少用水量，对降低数据中心运营成本来说，也起到了助推的作用。而数据中心WUE的降低也以“数值”的形式，体现了一家数据中心企业的社会责任。

随着IDC产业的发展， IDC服务商在关注自身数据中心的PUE的同时，应给予WUE更多的关注。与此同时，在相应政策的推动下，数据中心节水进程也在逐步推进。

以点看面，去年10月，内蒙古乌兰察布市集宁区人民政府就出台了《关于禁止集宁区大数据企业使用地下水冷却降温的通知》（简称《通知》）。《通知》决定，“辖区内大数据企业一律禁止使用地下水冷却降温。”

同时，《通知》指出，科技和大数据管理局要督促辖区内使用地下水冷却的大数据企业按照巡视组反馈要求制定使用风冷或置换水源计划及实施方案，且大数据企业要尽快完成技术改造，编制水资源论证报告书，按照相关规定申办中水取水许可手续。

除此之外，去年11月与今年1月发改委联合各相关部委相继印发了《“十四五”节水型社会建设规划》与《“十四五”水安全保障规划》，两份文件都均指出，要坚持“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路。

现有及未来将要发布政策，将进一步引导、规范、督促数据中心节水的落实情况，推进数据中心降低WUE。

如何才能让数据中心的耗电量降下来？

随着新一代数据中心开始提速，机房内服务器密度逐渐增加，降低能耗和散热成为当务之急。数据中心节能要从多方面进行：修建地址和环境、气流与空调系统、绿色节能、IT类设备等。

早在2018年，微软中心模拟在海底建设智能数据中心，让它在数百英尺的海底以自给的形式运行，还顺道解决了困扰公司发展的所面临的巨大问题：高昂的空调费。

这样的数据中心给了各大互联网巨头利用自然资源绿色节能节约成本的巨大灵感。例如腾讯贵安七星数据中心，建立在两座山的山体之上，存放了超过30万台的灾备服务器，有着超过四个标准足球场的工作面积。腾讯公司表明，建立在如此环境下的数据中心，不仅可以避免外界空气对设备影响，还可以利用山洞的特殊结构，形成一个巨大的天然空调对中心进行散热。

除上例对耗能大头——散热系统的绿色节能之外，还有以下几种方法进行数据中心的节能：

1.服务器虚拟化

虚拟技术允许一台物理服务器管理多个虚拟主机，允许多台服务器共享计算资源，并调整服务器负载以使物尽其用，减少二氧化碳排放，减少生产的热量，使业务更加绿色，提高管理和运营的效率。

2.采用现代冷却方法

暖通空调系统通常是数据中心的主要用电系统之一，但空调系统只能在小范围内高效运行，在大型数据中心中，它并不是最优且高效的，采用更现代化、更高效的冷却组件取代传统装备可以节省大量电力。

3.重组信息中心

重新组织信息中心服务器的物理位置，例如配置冷却和换热通道，可以更好的降低其系统的负载。

4.变压器升级

信息中心的交流电源需要使用变压器，它也消耗大量能源。通过使其现代化，可减少电力消耗。

5.将服务器芯片升级为低耗产品

6.进行软件筛查

运行不必要的服务器是毫无意义的，因此通过软件筛查运行服务器，减少不必要运行情况，从而降低能源消耗。

7.提高冷却温度

在推荐范围内提高冷却的温度可以降低能耗。

文章来源：北京科学中心，雷峰网，中国能源报，全球半导体观察