在數(shù)字經(jīng)濟的巨浪中，算力如水和電一樣，成為現(xiàn)代社會的生命線。掌握算力，就像握有通往人工智能世界的黃金船票。

目前，中國的算力發(fā)展正駛?cè)肟燔嚨馈?strong>截至2023年底，國內(nèi)算力服務(wù)的機架數(shù)量達到810萬個，總規(guī)模位居全球第二。構(gòu)建全國一體化的算力網(wǎng)絡(luò)，是迎接科技革命和產(chǎn)業(yè)變革新浪潮的關(guān)鍵一步。今年的政府工作報告中提到，2024年將超前布局?jǐn)?shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，加速打造全國一體化的算力架構(gòu)。

然而，算力的飛速增長也帶來了電力的挑戰(zhàn)。據(jù)報道，全球數(shù)據(jù)中心的用電量將在四年內(nèi)翻倍，從2022年的460太瓦時躍升至2026年的1050太瓦時，而在國內(nèi)同樣面臨數(shù)據(jù)中心的用電量增長的境遇。

自“東數(shù)西算”工程實施以來，據(jù)報道，2022年，全國數(shù)據(jù)中心耗電量約占全社會用電量約3%。在比特與瓦特之間的供需矛盾中，近兩年來，人們開始呼吁算力與電力協(xié)同發(fā)展。隨著降低能耗的呼聲日益高漲，業(yè)界對綠色算力的期待也在不斷增長。

智算中心的能源環(huán)保困境

AI模型的訓(xùn)練和推理過程對計算資源的需求巨大，這直接導(dǎo)致了電力需求的激增和相應(yīng)的碳排放。以GPT-3為例，擁有1750億個參數(shù)。訓(xùn)練GPT-3需要大量的計算資源，使用了數(shù)千個GPU和數(shù)周的時間。據(jù)估計，訓(xùn)練GPT-3的碳排放量相當(dāng)于一輛汽車在其生命周期內(nèi)（包括制造和行駛）的總碳排放。具體來說，大約需要數(shù)十萬度電，這對環(huán)境的影響是顯著的。

訓(xùn)練大型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的時間、配置和能耗也因模型和訓(xùn)練算法的效率而異。例如，優(yōu)化模型的FLOP利用率（MFU）以及整體網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的功率效率和使用情況都對能耗產(chǎn)生顯著影響。不同地區(qū)的電網(wǎng)碳強度差異，也會導(dǎo)致訓(xùn)練同一模型產(chǎn)生的碳排放量有所不同。例如，法國60%的電力來自核電，電網(wǎng)碳強度僅為0.057 kg CO2e/kWh，遠低于美國的0.387 kg CO2e/kWh。

綠色智算中心形象圖

除了直接的能源消耗，智算中心還需考慮隱含排放，即制造和運輸計算設(shè)備所涉及的總碳排放量。盡管關(guān)于AI加速器芯片的隱含排放數(shù)據(jù)不多，但估計每個A100 GPU的隱含排放為150kg CO2，而一臺托管8個GPU的服務(wù)器的隱含排放為2500kg CO2。隱含排放約占訓(xùn)練運行總排放量的8-10%。

智算中心的運營成本中，電力成本占據(jù)了相當(dāng)大的比例。以一個典型的8個GPU的H100服務(wù)器為例，每月需要消耗10,200W的IT功率，電費成本約為4,406元（假設(shè)每千瓦時電價為0.6元）。隨著推理需求的不斷增加，這一成本還將進一步上升。

為了確保智算中心的正常運營，穩(wěn)定且可靠的能源供應(yīng)鏈至關(guān)重要。地緣政治和天氣干擾可能導(dǎo)致能源價格波動，因此，建立穩(wěn)定的供應(yīng)鏈以降低這種風(fēng)險顯得尤為重要。此外，還需要具備快速提升燃料生產(chǎn)能力，從而迅速規(guī)劃大規(guī)模發(fā)電的能力。

破局之道

提高能源效率是降低智算成本的首要途徑。通過優(yōu)化模型FLOP利用率（MFU），可以在不增加計算資源投入的情況下提高計算效率。此外，改進訓(xùn)練算法和硬件架構(gòu)也有助于降低功耗。

使用低碳能源是減少碳排放的有效手段。例如，法國在這方面做出了很好的示范，其60%的電力來自核電，大大降低了碳排放；而微軟通過采購清潔能源滿足人工智能和數(shù)數(shù)據(jù)中心不斷增長的需求，計劃到2030年在美國和歐洲建立10.5吉瓦的綠色產(chǎn)能；其他國家可以通過增加可再生能源的比重，如風(fēng)能、太陽能等，來降低電網(wǎng)的碳強度。

綠色數(shù)據(jù)中心節(jié)能形象圖

綠色數(shù)據(jù)中心通過采用節(jié)能技術(shù)和設(shè)備，可以顯著降低能源消耗。例如，使用液冷技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的風(fēng)冷技術(shù)，可以提高散熱效率，減少空調(diào)系統(tǒng)的能耗。此外，合理的建筑設(shè)計和布局也有助于提高能源利用效率。

碳補償機制是一種通過購買碳信用來抵消碳排放的手段。智算中心可以通過投資可再生能源項目或植樹造林等方式，達到碳中和的目標(biāo)。雖然這并不能從根本上解決問題，但可以在短期內(nèi)緩解碳排放的壓力。

AI技術(shù)的發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)，智算中心作為其核心支撐，將在未來扮演越來越重要的角色。降低智算成本不僅是企業(yè)的需求，更是國家科技發(fā)展的戰(zhàn)略任務(wù)。通過平衡訓(xùn)練與推理的投入、優(yōu)化能耗與碳排放、加強地區(qū)間的協(xié)同調(diào)度以及提升軟實力建設(shè)，這些措施將有利于綠色智算中心的能源之困的破局。

為進一步推動智算產(chǎn)業(yè)的生態(tài)構(gòu)建與合作，中國IDC圈將于2024年6月18日在深圳舉辦“中國智算生態(tài)發(fā)展大會”，大會將邀請院士專家、政府主管部門、大模型企業(yè)、智能算力供應(yīng)商、云廠商、電信運營商以及芯片企業(yè)、服務(wù)器企業(yè)的專業(yè)人士參與，共促產(chǎn)業(yè)鏈上下游交流與共贏。大會官網(wǎng)地址：http://m.kdwc.cn/Special/2024CICEDC/

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