面对全球气候变化、技术革新以及能源转型的新形势，发展低碳、高效的绿色算力不仅是顺应时代的要求，更是我国建设数字基础设施和展现节能减碳大国担当的重要命题，在此背景下也要求在提升算力规模和性能的同时，积极探索推动算力基础设施向绿色、低碳、可持续的方向转型。


2024年是“十四五”规划目标任务的关键一年，在政策、产业、技术多重因素引导下，我国绿色算力围绕着算力生产、供给、运营、应用的全过程，积极推进算力设备、算力载体、算能协同和算用协同等多个环节绿色化发展，取得了明显成效。据中国信通院测算，截至2023年底，我国数据中心在用的810万标准机架总耗电量达到1500亿KWh，数据中心碳排放总量为0.84亿吨。2023年我国数据中心平均电能利用效率（PUE）为1.48。中西部地区绿色数据中心发展迅猛，入选“国家绿色数据中心”数量占比从第一批占比26.6%增长到第五批的占比46%。


在算力设备绿色化方面，我国算力设备整体效能不断提升。通过芯片制造封装工艺技术进步以及处理器架构创新提升单芯片性能，运用先进存储、存算一体、无损网络融合等技术促进计算存储网络协同等方式，我国算力设备整体效能不断提升。


在算力载体绿色化方面，我国数据中心单机架耗电量及PUE持续降低。截至 2023年底，我国数据中心810万在用标准机架总耗电量达到1500亿KWh，2023年全社会用电量 92241 亿千瓦时，数据中心在用标准机架总耗电量占全社会用电1.6%，数据中心碳排放总量为0.84亿吨。2023年我国数据中心平均电能利用效率（PUE）为1.48，与2022年的1.54相比有进一步下降。中西部地区绿色数据中心发展迅猛，入选“国家绿色数据中心”数量占比从第一批占比26.6%增长到第五批的占比46%。



算力设备绿色发展总体情况




全球算力设备能耗随人工智能需求爆发大幅增长。算力设备是算力能耗和碳排放的重要来源，以PUE为1.5的数据中心为例，其IT设备耗能约占67%，制冷系统约占27%，供配电系统约占5%，照明及其它约占1%，设备耗能中服务器约占50%，存储系统约占35%，网络通信设备约占15%。随着人工智能应用需求爆发，全球对算力需求也呈现指数级增长，其中生成式AI将逐渐成为算力IT设备负载增长的主要来源。根据调研显示，2022年主流AI推理型服务器和通用计算存储型服务器的处理器、DIMM内存等主要芯片能耗占服务器设备总能耗60%左右，而在主流AI训练型服务器中，这一数值超过75%。


根据研究显示，预计到2030年，全球数据中心的IT设备负载将从2023年的33GW增长到100GW，年平均增长率达到17%，其中，AI工作负载将以 43%的年平均增长率增长，在IT设备总负载占比将从2023年的13%增长到2030年的50%以上。从2024年到2030 年，AI芯片将为数据中心IT设备负载带来每年4至9GW的新需求，在数据中心新增的全部IT设备负载中占70%。



工艺和架构创新驱动芯片产品实现高效降耗




头部科技企业围绕先进工艺和架构优化创新推动实现芯片高效节能。先进制程工艺、架构优化设计和电源管理等方式是提高通用芯片算效的主要方式。在先进制程工艺方面，ARM发布的新一代移动处理器超大核Cortex-X4，基于最新的ARM9.2架构和N3E工艺，相比上一代在性能上提升了 15%左右，在相同频率下降低40%的功耗。英伟达推出的Blackwell GPU采用 4nm工艺，结合第二代Transformer引擎、第五代 NVLink、RAS 引擎和解压缩引擎等技术，可支持多达10万亿参数的模型进行AI训练和实时LLM推理，比上一代GPU芯片性能提升30倍，能耗可降低25倍。基于 6nm工艺改进、Zen3+核心架构优化以及LPDDR5内存和先进省电机制加持，功耗则可降低35%。在架构优化方面，阿里自研的倚天710内含128 核CPU，与飞天操作系统及CIPU融合，在数据库、大数据、视频编解码、Web服务器等核心场景中的性能提升30%以上，单位算力功耗降低60%以上。



服务器整机性能优化及动态节能管理助力降低能耗




建设高密度服务器是提升计算效率和降低能耗的重要举措。高密度服务器一般具备高密度的处理器、内存和存储配置，以及高效的电源和冷却技术。一方面，高密度服务器可以较小的物理空间内集成更多的处理器和I/0扩展能力，并根据客户需求进行灵活扩展操作，显著提升计算机的性能；另一方面，高密服务器多台节点共享电源和风扇，可以更好的提高电源和散热系统的使用效率，实现降低能耗和成本的作用。目前，算力服务器企业围绕计算效率和降低能耗加快高密度服务器产品迭代升级。


服务器整机节能技术可有效实现能耗节约。在服务器设计、制造和使用过程中，优化整机架构以及利用管理技术对电源和散热进行智能调控，可降低服务器能源消耗。一是动态节能管理技术，主要通过功耗封顶、主备供电、节能风扇调速、部件休眠等技术，动态调整服务器的运行状态和电力分配，使服务器保持高性能的同时最大程度降低运行功耗。二是通过电源模块全局池化以及AI自调节超融合节能技术，根据负载动态调节电源供电和储能，在硬件模块化的基础上实现管理的智能化，使电源始终工作在最佳效率区间并控制能耗。


综上所述，2024年作为“十四五”规划的关键节点，我国绿色算力的发展已经步入了一个全新的阶段，其影响力正逐步渗透到算力产业的每一个角落。在这一进程中，芯片与服务器作为算力设备的核心组成部分，其绿色化、低碳化进程尤为关键。随着先进制程技术的不断突破，芯片能效的显著提升为算力设备的节能减排奠定了坚实基础；而服务器领域，则通过采用液冷散热、智能调度等创新技术，进一步优化了能源使用效率，降低了整体能耗。


思腾凭借其深厚的技术底蕴与创新实力，能够全面提供综合服务的算力解决方案，不仅覆盖了算力生产、供给、运营、应用的全链条，还深度融合了芯片与服务器等核心技术，助力各行各业实现数字化转型的同时，也积极响应“十四五”规划中的绿色发展目标，推动算力产业向更加绿色、低碳、可持续的方向发展。