【耗电大户何以践行“碳中和”?——访中国规模最大的云数据中心】数字时代,我们在生产生活中产生的海量数据,它们的存、算、传、用都离不开数据中心这类“新基建”,数据中心也顺理成章地成为当今社会的耗电大户——据“中国IDC圈”统计,2019年数据中心总耗电量超过2045亿千瓦时,占全社会用电总量超过2.4%。

随着我国“碳达峰”“碳中和”宏伟目标的提出,数据中心的能耗问题逐渐成为各方关注的焦点。近期,国家发展改革委等4部门更是印发《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》,明确提出“推动数据中心绿色可持续发展”“加强绿色数据中心建设,强化节能降耗要求”。

把低碳绿色从愿景变成现实,大型、超大型数据中心都有哪些硬招实招?近日,《中国科学报》实地探访了目前中国规模最大的云数据中心——阿里云张北数据中心。

△ 一年300天,制冷“不花钱”

在北京西北200多公里处的张北县草原天路附近,这座数据中心正经历着一年最热的节气——大暑。但即便在三伏天,空调在这里的使用率也并不高。据查,张北坐拥得天独厚的气候优势,年均气温只有2.6℃,年内最低气温更是曾创下零下40℃的记录。

与其说张北数据中心空调利用率极低,倒不如说这里更多用得是“天然空调”。在园区的气冷机房,运转着的不是空调,而是一种类似于新风系统的设备——AHU风墙。

AHU是Air Handler Unit(风机矩阵空气处理单元)的缩写。当室外温度低于设置值(如25℃)时,AHU设备将室外冷空气经过滤及湿度处理后直接送入数据机房;当室外温度高于设置值时,或通过喷淋降温及过滤后送入数据机房,或启动备用制冷空调为机房服务器降温。

“AHU风墙技术的使用可以大大减少空调机组的运行而节能。”阿里云基础设施数据中心总经理高山渊告诉《中国科学报》,在张北数据中心,几乎每年都有300多天可以利用室外冷空气为数据机房降温。

高山渊说,经测算,张北数据中心的电源使用效率(即PUE值,数值越接近1表明效能越高)在冬天PUE最低可达1.09,在夏天也只有1.3左右。

△ 将服务器泡在液体里

在节能降耗的,除了充分利用自然风冷,阿里云还自研出一套“将服务器泡在水里”的黑科技。

在张北数据中心的液冷机房,可以看到一排排价值不菲的服务器被浸泡在液体中,凑近看去,还能看到有些部件在水中闪着光,活像科幻大片里的桥段。

这就是浸没式液冷技术。浸没式液冷依赖于一种特殊的绝缘冷却液,冷却液与服务器各元器件零距离全方位接触,器件在运行中产生的热量将直接被吸收进入外循环冷却。这种冷却方式不需要开启空调,全程用于散热的能耗几乎为零,整个机房也非常安静。

“浸没式液冷的节能效果超过70%,实现了数据中心100%无机械制冷。”高山渊说:“如果将浸没式液冷向全国推广,那么全国数据中心的PUE都会降低到1.1以下。”

高山渊说,随着未来对能耗密集型服务器(如AI服务器)的需求加剧,浸没式液冷或许是唯一解。

液冷的好处不仅体现在散热方面,还在于它能够提升设备的稳定性、降低设备事故率。高山渊告诉《中国科学报》,液冷机房运行3年来,与同等规模的其他机房相比,事故率降低了54%。

但是,浸没式液冷也不是全无死角的“六边形战士”。一方面,液冷虽然从全生命周期来看成本还可以接受,但它的一次性投入成本很高;另一方面,绝缘冷却液跟各类元器件的“磨合”还需要时间给以证明。比如,目前还未校验它与GPU等计算单元的兼容性如何。此外,囿于生产工艺和技术,目前绝缘冷却液距离实现国产化还有一段路程。

△ “减碳三环”打造“零碳云”

高山渊说,加上模块化设计、AI调温等技术,张北数据中心的全年PUE低于1.2,最低可以达到1.09——这是一个领先行业的数字,这一能效约等于每年可节约标煤8万吨,相当于种植了400万棵树木。

用大自然的冷风吹、用绝缘冷却液浸泡,把数据中心的PUE值降低到接近于1, 提高了数据中心的能效。不过,数据中心仍是耗电大户——据“中国IDC圈”统计,2019年数据中心总耗电量超过2045亿千瓦时,占全社会用电总量超过2.4%。

数据中心负荷实在太大了,就算是能耗全部用来支撑计算,它们全年无休地开机运行,用电量也是一个天文数字。当这个天文数字遇到“碳中和”这样的宏伟目标,无疑是一个“需要解决的问题”。

好在张北有“绿电”。早在七八年前,张北就是“广袤的原野上风车林立,数千亩光伏电板如波荡漾”,经过这些年的发展,风车和光伏电板已经成为张家口市的重要电力来源。

使用“绿电”,成为张北数据中心的应然之选。

高山渊透露,张北数据中心无疑是张北绿电的消纳大户。2018年起,阿里就加入张家口“四方协作机制”风电交易,截至今年5月,共交易绿电约4.5亿千瓦时,累计减排二氧化碳近40万吨。

从自身节能减排做起,还只是阿里云数据中心迈向“零碳云”的一环。今年5月,阿里云发布“零碳云”计划,希望在推动自身节能减排的同时,向生态企业输出数字减碳能力、支持绿色技术创新。他们希望向电力能源、钢铁、交通、制造等碳排放大户提供高效云平台支持,为其引入大数据、AI技术,帮助上云企业提高效率、节能降耗。

比如,通过向攀钢集团引入阿里云工业大脑,对其炼钢全流程进行工艺优化,帮助攀钢旗下的西昌钢钒公司炼钢厂节省了25%的人工、每生产一吨钢节省1.28公斤铁,生产效益提升2.4倍。在西南某大型垃圾焚烧发电机组上,阿里云利用优化的AI算法帮助客户将固废垃圾焚烧效率提升2.6%,相当于燃烧同样的垃圾每年可多发电4000多万千瓦时,碳排放相比之前降低约48%。

践行“碳中和”,打造“零碳云”,阿里希望利用数字化能力做好“减碳三环”:自身节能减排的“内环”,推动生态企业脱碳减排的“中环”,公众绿色低碳消费的“外环”。

就像阿里巴巴首席技术官程立说得那样,“碳中和”不仅是环保概念,更是技术路线,在落实“双碳”战略过程中,数字基建会朝着绿色基建迈进。https://t.cn/A6fePzuX

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基于技术研发长期规划“Zoom-Zoom可持续发展宣言2030”
马自达发布展望2030年新技术、新产品规划

近日,马自达汽车株式会社(以下简称马自达)基于技术研发的长期规划“Zoom-Zoom可持续发展宣言2030”,发布了展望2030年的新技术及新产品规划。基于对去年发布的中期经营计划的修正和对2050年碳中和目标的挑战,马自达将按照以下5个方针面向2030年推进新技术、新产品的研发。

1.活用“阶梯式”技术发展战略积累的技术资产,进行更高效的产业制造革新
・马自达始终坚持贯彻“阶梯式”技术发展战略,力争通过对核心根基技术集成群的模块化叠加来实现技术进步的高效化量产转换。

创驰蓝天技术(SKYACTIV TECHNOLOGY)第一阶段
・马自达自2007年起着手研发的创驰蓝天技术(SKYACTIV TECHNOLOGY)除了对内燃机和平台等造车核心基盘技术进行了革新外,还研发量产了怠速停止系统和制动能量回收系统等电动化根基技术模块的叠加。作为“创驰蓝天内燃机技术·可扩展架构”技术集成模块,成功完成自2012年以来马自达全新产品群的投放,形成了重要的技术资产的积累。
・在制造领域,马自达通过一体化规划、共建构造、柔性化生产进行了“制造革新”。与此同时,马自达还进行了“数字化创新”,将马自达数字化创新(MDI)升级为MDI 2.0。由此马自达拥有了进行模型化研发和模型化分析的人力资源及软硬件上的资产积累,构建了可更高效的对多款产品同时进行研发及生产的系统流程。

创驰蓝天技术(SKYACTIV TECHNOLOGY)第二阶段
・在第一阶段技术模块的基础上,成功实现了内燃机技术的进化、电动化技术的扩展、柔性化平台的提升等全新技术模块的叠加。同时,发展出了能够灵活处理涵盖电动化技术的“创驰蓝天多路径·可扩展架构”的解决方案,并于2018年起在横置动力单元上进行量产运用。
・在生产领域,通过生产设备的通用化处理,实现了内燃机车型和电动车型(EV)的共线混流生产。此外,生产设备的通用化还降低了车型改款对生产设备的投资要求,实现了更加高效的生产领域创新。
・目前,马自达正致力于继续升级内燃机技术,推出直列6缸发动机、进一步扩大电动化技术、打造高性能和高效率的平台化技术,并将这些全新技术模块应用于计划在2022年开始投放的纵置动力单元产品群。

创驰蓝天技术(SKYACTIV TECHNOLOGY)第三阶段
・马自达将充分利用迄今为止积累的技术资产,全力实现下一个阶段的目标,开发能适配各种细分化的电动车型的“创驰蓝天电动化(SKYACTIV EV)专用可扩展架构”的电动化技术模块。

2. 通过多样化解决方案战略推进电动化和产品投放
・马自达计划从2022年到2025年依次引入搭载“创驰蓝天多样化·可扩展架构”的车型,将在日本、欧洲、北美、中国、东盟地区推出5款混合动力车型[ 不包括轻度混合动力车型(Mild hybrid)。包括由丰田汽车株式会社OEM提供的搭载THS(丰田混合动力系统)的车辆。],5款插电式混合动力车型和3款纯电车型。
・在2025年到2030年期间,马自达将继续投放搭载“创驰蓝天电动化专用可扩展架构”技术的多款车型。

3. 为了实现“无事故汽车社会”,推广以“人”为本的安全技术
・在安全技术领域,马自达在第一阶段基础安全技术:正确的驾姿、踏板布局、良好的视野的基础上发展出了第二阶段:辅助驾驶员认知和判断的先进安全技术 “i-ACTIVSENSE” 马自达智能安全辅助系统。
・继而衍生出第三阶段:以人为本的自动驾驶概念“Mazda Co-Pilot Concept(马自达人车合力驾驶理念)”,未来也将不断应用到产品中。
・“Mazda Co-Pilot(马自达人车合力驾驶)”技术可实时掌握驾驶员的驾驶状态,当检测到驾驶员的出现身体不适等特殊情况时,能够主动切换为自动驾驶模式,在将车辆移动到安全位置停车后进行自动报警求助。
・在第一阶段的“Mazda Co-Pilot 1.0(马自达人车合力驾驶1.0)”中,该功能能够实现车辆从高速公路车道上自动变道至路肩并完成安全停靠,计划于2022年开始从纵置动力单元大型化产品开始投放。
・在第二阶段的“Mazda Co-Pilot 2.0(马自达人车合力驾驶2.0)”中,该功能将实现在普通道路上的自动变道至路肩并安全停靠,能够更有效的防止二次事故的发生。

4. 挑战次世代移动出行服务基础的车载互联及软件技术
・面向次世代移动出行服务“MaaS(Mobility as a Service)”和OTA(Over the Air)[ 经由无线通信进行软件更新。]所带来的汽车功能性的更新,马自达进一步加强了基础软件的技术开发。
・为了给消费者提供更安全、更舒适的移动互联服务,包括马自达在内的5家公司[2 Connected(互联)”“Autonomous(自动化)”“Shared/Services(共享/服务)”“Electric(电气化)”的首字母组合而成的新词。]将共同开发新一代车载通信设备技术,携手推进汽车通信系统的标准化。
・马自达将全力推进下一代“电子电气架构”(Electric Electronic Architecture:EEA)的开发,为未来产品提供强大的车内外信息处理能力。

5.迈入碳中和、新四化(CASE)2时代,继续传承以“人”为本的研发哲学
・马自达始终将“人”置于“Zoom-Zoom可持续发展宣言2030”中定义的“地球”、“社会”、“人”三个领域的中心,尊重人的本质需求和人性,在未来的碳中和时代和新四化时代,马自达将继续发扬“以人为本”的研发哲学。
・马自达旨在通过提供能够最大限度发挥驾驶者原有能力的汽车,实现充满“人情”的可持续发展社会。
今后,马自达仍将继续以实现美丽地球、人心丰盈的可持续发展社会为己任,通过为广大用户提供充满“驾乘愉悦”的拥车生活,丰盈用户的精彩人生,成为与广大用户建立起紧密情感纽带的优质汽车品牌。


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