绿色算力技术创新研究报告(2024年)

绿色算力发展背景

数字经济时代，算力正在成为一种新的生产力，广泛融合到社会生产生活的方方面面，为千行百业的数字化、智能化转型提供基础动力。以数据中心、智算中心为代表的算力基础设施作为算力的重要载体,承载着支撑数字经济发展的重任。近年来,算力总规模不断扩大、用能需求不断增长，其绿色发展进程受到广泛关注，推动算力向绿色算力发展势在必行。

**政策上看，**我国算力绿色发展的侧重点，正逐步从聚焦数据中心规划、选址、布局绿色转向到实现产业用能、生产和应用的全链条绿色。

**产业上看，**算力市场规模稳步增长，算力市场主体日益丰富，坚持绿色发展是实现高质量发展的必然要求。

绿色算力概念内涵

**绿色算力，是算力基础设施实现绿色、低碳、可持续发展的一种算力形式，**是把自然资源、环境资源作为算力发展要考虑的关键，把经济效益和环境保护、社会责任有机融合，可实现算力的低碳清洁高效利用与科学配置，达成算力设施、算力设备、算力平台和算力赋能的“四位一体”绿色发展。

绿色算力技术是保障绿色算力发展的技术体系主要包括材料创新、产品创新、工艺创新和手段创新等，涉及底层硬件、平台软件、核心算法等多方面，并需要考虑碳排放、水资源、废弃物、土地、生态系统多样资源。我国绿色算力技术体系正不断发展与完善，并逐步形成规模效益。

绿色算力发展演进

1初级阶段 (1996-2006年）

**数据中心开始商业化运营，快速扩张忽略环境影响。**随着互联网的出现，分散的数据资源被有效整合并通过互联网进行分发传输，数据中心进入商业化发展阶段，为了承接处理激增的互联网和金融交易等数据，大中小型数据中心均加速建设，数据中心规模和数量均显著增加。然而，在这种传统增长模式下，过分强调产能规模扩张，而忽视了与之对应的能源消耗，环境污染问题日益突出。这一阶段，数据中心时代到来，绿色发展概念还未引起广泛重视，产业发展不得不以消耗大量能源为代价。

2起步阶段 (2007-2020年)

**XUE指标体系初步形成，数据中心能效管理水平成为关注重点。**2007 年，电能利用效率 (Power Usage Effectiveness，PUE)指标被提出用以评价数据中心能源利用效率。PUE为数据中心消耗的所有能源与 IT 负载消耗的能源的比值，PUE值越低，说明数据中心用于 IT 设备以外的能耗越低、约节能。随后，水资源利用效率 ( Water UsageEffectiveness,WUE )、碳利用效率( Carbon Usage Effectiveness, CUE )基础设施利用效率(Infrastructure Usage Effectiveness，IUE )，面积使用效率 ( Space Usage Efectiveness，SUE) 等指标又陆续被提出，有效丰富了数据中心能耗评价指标。

3发展阶段 (2021-2030 年)

**算力效率开始被关注，算力绿色评价指标进一步丰富。**随着气候变化和碳排放的威胁变得前所未有地严峻，全球范围内的各个国家纷纷提出“双碳”战略做出前瞻性回应。中国、新加坡、墨西哥等国家提出了2030年前实现碳达峰的目标，还有一些发达国家在更早的时间点实现了碳达峰，在向碳中和迈进，全球各国都在努力减少温室气体排放，以应对气候变化带来的挑战。在xUE系列评价指标逐步落地应用的同时，产业开始围绕IT设备进一步研究如何提升效率水平。

4成熟阶段 (2030年-未来 )

**绿色算力技术全面普及，绿色算力赋能千行百业。**面向未来，算力产业对清洁用能实现“零碳”提出了更高要求，如应用百分百可再生能源、长时储能技术、余热回收节能技术等，用更少的能源消耗.更低的碳排放和水足迹生产更多的算力。伴随分布式计算技术的应用与普及，服务器集群的计算效率、软硬结合的计算体系架构和系统平台的高效运行被充分关注，通过面向应用环节的计算绿色化技术进一步提升算力利用效率，将服务器算力尽可能转化成可供平台端调度应用的软件算力以节能减碳，正成为数字科技企业探索和实践的绿色技术创新前沿。

绿色算力属性特征

1全局性

**算力与绿色发展的深度融合，既需要财政、税收、金融、教育等各体系协同联动、支持配合，又需要产业内各领域间优势互补、汇聚合力。**算力覆盖产业广泛多元，进一步深化发展绿色技术，需要更多齐下促使投资向绿色算力产业倾斜。绿色产业发展动力强劲，方兴未艾，绿色算力作为其中的重要一环，对创新型、技能型和应用型人才需求迫切，需要科研机构、高校、行业协会等各方协助，共同建设绿色算力人才队伍。引导数据中心骨干企业将项目建设在风、光资源密集地区，实现新能源发电、储能、数据中心融合发展。发挥软硬件企业各自优势，引导芯片与服务器能力相匹配，芯片产业发展与模型算法规模相适应，减少磨合和不兼容等问题，实现算力高效输出。

2先导性

**绿色算力产业关联系数大，技术联带功能强，可有效带动数字经济发展，孵化高增长企业。**绿色算力产业影响力强，是有力支撑各行业早日实现碳达峰与碳中和目标，实现绿色发展的重要引擎。具体来看，绿色算力与能源电力、半导体、集成电路、消费软件等产业关联密切，可有效带动其他产业向着绿色发展。从本质上讲，绿色算力具备算力产业和绿色产业二者的双重特征。在赋能下游应用上，绿色算力一方面可支撑如人工智能、大数据、5G、元宇宙等新兴技术发展，以更少的能耗代价进行更大规模的训练运算: 另一方面可以赋能高耗能产业进行技术改造和降本增效，如带动钢铁、建筑、石化化工等重点领域构建工业互联网，实现工业制造再升级、带动智慧城市建设提升城市“脑力”，让城市更“智慧”，生活更便利。

3长期性

**算力实现全面绿色发展是一项长期的综合性任务，需要稳扎稳打循序渐进。**绿色算力涉及范围庞杂，因此需要从不同层面、不同视角统筹考虑，促进其健康有序发展，推动经济社会高质量可持续发展宏观上，为保障绿色算力发展行稳致远，制定政策规划时，要处理好绿色算力和产业需求目标之间的关系，达到二者有效平衡;推行绿色算力政策时，要注意节奏，预留适当的缓冲期，用动态发展的眼光不断丰富和完善工作思路，做到有序且量力而行。另一方面，要充分意识到，绿色算力的创新发展是一项长周期活动，涵盖产品、工艺、原料、组织管理和市场等方方面面的创新，算力从浅绿、经历中绿、深绿和完全的绿色需要时间的沉淀从而厚积薄发。未来，通过绿色算力技术的进步，绿色算力经济将成为助推和引领经济发展的新增长点。