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(dāng)前，算力已經(jīng)成為推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心力量，正強(qiáng)有力地支撐數(shù)字中國(guó)建設(shè)。

在日前舉行的中國(guó)綠色算力大會(huì)上，中國(guó)信息通信研究院副院長(zhǎng)王志勤指出，我們?cè)谙硎芩懔?lái)高價(jià)值驅(qū)動(dòng)力的同時(shí)，也不能忽視算力背后的高能耗問(wèn)題。在碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)引領(lǐng)下，大力推動(dòng)算力綠色化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)綠色算力升級(jí)，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的必然選擇與關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是我國(guó)建設(shè)數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施和展現(xiàn)節(jié)能減碳大國(guó)擔(dān)當(dāng)?shù)闹匾}。

會(huì)上，中國(guó)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(huì)共同發(fā)布《2023中國(guó)綠色算力發(fā)展研究報(bào)告》。報(bào)告告圍繞算力生產(chǎn)、算力運(yùn)營(yíng)、算力管理、算力應(yīng)用四個(gè)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(shù)產(chǎn)品加速迭代

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

在單芯片性能提升方面，目前臺(tái)積電和三星均已進(jìn)入到3nm制程工藝時(shí)代，與5nm工藝相比，臺(tái)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(shù)，即片內(nèi)互連技術(shù)，將不同工藝下制造的多個(gè)芯片封裝集成到同一芯片中，晶體管數(shù)量突破1000億個(gè)，使異構(gòu)計(jì)算利用不同架構(gòu)芯片形成更高效的解決方案成為了可能。

計(jì)算存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同方面，當(dāng)前存算一體技術(shù)正在由研究領(lǐng)域逐步進(jìn)入商用化，在云端計(jì)算的應(yīng)用場(chǎng)景，存算一體方案主要是圍繞將計(jì)算和DRAM集成做創(chuàng)新，以降低內(nèi)存訪問(wèn)的數(shù)據(jù)量和延遲。三星基于其HBM2 DRAM技術(shù)集成了計(jì)算邏輯，使得DRAM既可以當(dāng)作一塊普通存儲(chǔ)器來(lái)用，也可以在寫入和讀出的同時(shí)讓計(jì)算邏輯去做計(jì)算。存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)的融合也在日益加深，通過(guò)存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)新興技術(shù)，有效提高主機(jī)通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)存儲(chǔ)的性能，解決通信協(xié)議帶來(lái)的存儲(chǔ)性能損失問(wèn)題。

計(jì)算平臺(tái)統(tǒng)一調(diào)度方面，主要通過(guò)跨計(jì)算架構(gòu)的統(tǒng)一編程框架來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)時(shí)間或空間的切分和復(fù)用，以及虛擬化、算力網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)硬件資源池化重構(gòu)。英特爾推出跨架構(gòu)編程工具oneAPI，旨在簡(jiǎn)化跨架構(gòu)之間的編程，可以與英特爾自身設(shè)備及其他廠商的芯片配合使用，以優(yōu)化工作負(fù)載，為異構(gòu)計(jì)算提供了統(tǒng)一和簡(jiǎn)化的應(yīng)用程序開(kāi)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(guò)報(bào)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(guān)鍵因素密切相關(guān)。

王志勤指出，AI大模型及AIGC應(yīng)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(lái)挑戰(zhàn)。據(jù)工信部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)算力規(guī)模年增長(zhǎng)率近30%，截至2022年底，我國(guó)算力總規(guī)模達(dá)到180EFLOPS，位列全球第二。但從應(yīng)用需求看，算力領(lǐng)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(shù)實(shí)現(xiàn)突破性演進(jìn)，帶來(lái)全球算力市場(chǎng)需求的高速上漲。

計(jì)算軟硬件架構(gòu)持續(xù)協(xié)同優(yōu)化，未來(lái)需要新一代半導(dǎo)體芯片、量子計(jì)算技術(shù)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(jì)極限，追逐高主頻和CPU性能等架構(gòu)設(shè)計(jì)遭遇“功耗墻”、“內(nèi)存墻”的限制，以摩爾定律為驅(qū)動(dòng)、硬件能力提升為主導(dǎo)的固有升級(jí)路徑已經(jīng)臨近天花板，底層軟硬件架構(gòu)計(jì)算的創(chuàng)新模式由單點(diǎn)突破逐步向端到端優(yōu)化演進(jìn)。不僅如此，半導(dǎo)體新體系及其微電子等多功能器件技術(shù)也在更新迭代，業(yè)界將目光開(kāi)始轉(zhuǎn)向擁有小體積、低功耗等優(yōu)勢(shì)的第四代半導(dǎo)體。此外，新的計(jì)算范式也在醞釀中，量子計(jì)算的算力指數(shù)級(jí)遠(yuǎn)超越傳統(tǒng)電子計(jì)算，業(yè)界已認(rèn)識(shí)到量子計(jì)算對(duì)人類社會(huì)的巨大影響，當(dāng)前許多國(guó)家都在開(kāi)展量子計(jì)算研究。

隨著可再生能源對(duì)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(zhēng)在能源層面實(shí)現(xiàn)零碳排。2022年11月，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家統(tǒng)計(jì)局和國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步做好新增可再生能源消費(fèi)不納入能源消費(fèi)總量控制有關(guān)工作的通知》，明確“新增可再生能源電力消費(fèi)量不納入能源消費(fèi)總量控制”，為數(shù)據(jù)中心能源層面實(shí)現(xiàn)零碳排奠定政策機(jī)制基礎(chǔ)。

隨著液冷技術(shù)逐漸開(kāi)始應(yīng)用和規(guī)模化，PUE在持續(xù)降低逼近1，力爭(zhēng)在IT設(shè)備外實(shí)現(xiàn)零碳排。數(shù)據(jù)中心的用能部分為IT設(shè)備、制冷系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、照明及其它。制冷是IT設(shè)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(shè)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(jìn)技術(shù)正逐步應(yīng)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(dāng)前算力規(guī)模爆炸式增長(zhǎng)，帶來(lái)算力能耗的急劇增長(zhǎng)，不過(guò)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(shù)產(chǎn)品將有力支撐算力領(lǐng)域節(jié)能降碳。

預(yù)計(jì)到2030年，液冷技術(shù)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(jìn)入穩(wěn)步增長(zhǎng)階段，區(qū)域綠色算力碳排將放緩并達(dá)到頂峰。

會(huì)上，王志勤提出建議多措并舉推進(jìn)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(jī)制；二是創(chuàng)新先行，加速綠色算力核心技術(shù)研發(fā)；三是行業(yè)發(fā)力，構(gòu)筑綠色算力產(chǎn)業(yè)協(xié)同生態(tài)；四是引導(dǎo)布局，強(qiáng)化綠色算力與東數(shù)西算協(xié)同；應(yīng)用賦能，推進(jìn)綠色算力賦能千行百業(yè)。

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