10月30日，中國大唐集團數(shù)據(jù)中心（烏蘭察布）項目開工，是全國首個100%采用綠電交易的能源央企數(shù)據(jù)中心；

10月24日，騰訊韶關(guān)湞江算力中心項目啟動變電站及電力外線工程監(jiān)理供應(yīng)商招募業(yè)務(wù)需求和規(guī)劃總負荷大約247.67MW，園區(qū)配套新建220kV/110kV變電站一座及電力外線；

10月18日，博浩海門算力中心項目簽約，將成為長三角最大的100%全綠電算力中心；

10月18日，九川科技靈武智慧算力科創(chuàng)谷項目開工建設(shè)，項目主要采用液冷、零碳操作系統(tǒng)等技術(shù)打造3000P算力綠色低碳數(shù)據(jù)中心；

10月17日，第十師北屯市500P智算中心項目簽約，該項目選址地風(fēng)光電資源豐富，符合建設(shè)智算項目選址的各項條件；

10月17日，中國移動長三角（蕪湖）數(shù)據(jù)中心項目開工，是中國移動采用彈性功率設(shè)計理念、數(shù)字化交付、液冷等先進建造技術(shù)打造的中國第六代新型綠色算力中心；

……

趨勢與問題

據(jù)IDC圈不完全統(tǒng)計，截止2024年10月31日，我國智算中心項目已超過577個，且規(guī)劃投資額、規(guī)劃算力規(guī)模不斷增大。以10月下旬集中發(fā)布的動態(tài)來看，大多項目普遍將綠色低碳作為核心設(shè)計理念，其中：大唐和博浩等項目率先實現(xiàn)100%綠電使用，九川科技項目則采用零碳操作系統(tǒng)，中國移動推進新一代綠色算力中心建設(shè)，同時北屯市的項目選址也考慮了風(fēng)光等可再生能源的就近接入。

這一趨勢其實是智算中心建設(shè)的必然選擇。從更長期視角來看，算力本質(zhì)上是能源在數(shù)字空間的價值重構(gòu)，而科技發(fā)展的核心趨勢就是不斷優(yōu)化能源利用效率，在信息處理領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)以更低能耗獲取更強大的數(shù)據(jù)傳輸、處理和存儲能力。這種效率提升既是技術(shù)進步的重要指標(biāo)，也是實現(xiàn)數(shù)字經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

當(dāng)我們從智算中心建設(shè)和運營視角延伸來看電力能源問題時，至少包括三方面問題：

第一、全國智算中心工作負載；第二、新能源在智算中心中的應(yīng)用；第三、智算中心GPU芯片的能耗功率。

智算中心能源問題研究框架

1 全國智算中心工作負載

全國智算中心工作負載情況將在很大程度上影響數(shù)據(jù)中心用電的市場格局，一方面是全國智算中心工作負載是否達到了飽和，另一方面是全國電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定可控。

全國智算中心工作負載是否達到了飽和方面，中國目前還沒有遇到這個問題，但美國已經(jīng)趨于飽和。美國數(shù)據(jù)中心2015年到2019年間數(shù)據(jù)中心工作負載持續(xù)增長了近2倍，但其電力需求卻基本沒有出現(xiàn)大的變化，但近幾年在AI驅(qū)動下電力需求爆發(fā)，導(dǎo)致電力供應(yīng)突然嚴重不足，其背后的根本原因其實并非AI耗電直接導(dǎo)致了數(shù)據(jù)中心用電瓶頸，而是數(shù)據(jù)中心工作負載已經(jīng)在過去幾年基本在云數(shù)據(jù)中心和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心中完成遷移，且能效提升也達到了瓶頸。換句話說，在當(dāng)前的美國電網(wǎng)框架下，已經(jīng)沒有更多的云數(shù)據(jù)中心和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心能夠承擔(dān)新的AI工作負載需求了。也因此，當(dāng)?shù)睾芏鄶?shù)據(jù)中心開始選擇自建電站甚至使用核電站來供應(yīng)一個獨立的數(shù)據(jù)中心運營，比如AWS甚至以6.5億美元的價格購買了一個1000MW的核電數(shù)據(jù)中心園區(qū)。

核電數(shù)據(jù)中心園區(qū)

從電網(wǎng)穩(wěn)定可控方面來看，國內(nèi)當(dāng)前大批智算中心仍處于加速建設(shè)階段，提前布局電力系統(tǒng)建設(shè)仍存在很大的余地。對于一個電力系統(tǒng)來說，穩(wěn)定性非常重要的點，就是它的"裕度"（margin）必須大于1.1倍。"裕度"一旦小于1.1倍，就會出現(xiàn)一些系統(tǒng)性缺電的風(fēng)險。當(dāng)前我國在解釋"裕度"這個概念時，是可控裝機處以最高負荷的概念。我國的電力系統(tǒng)由于過去主要以化石能源為主，屬于可控能源，但是隨著整個電力系統(tǒng)的新能源比例不斷擴大，波動性和間歇不可控性比例正在不斷增加。

也因此，隨著我國電網(wǎng)新能源比例的不斷增大，新能源設(shè)備的電力輸出能力成了電力系統(tǒng)中一個非常重要的考量緯度。在國際上，這個系數(shù)被稱為“退額系數(shù)”（Derating Factor），而在我國新型電力系統(tǒng)建設(shè)中，則使用“置信出力”（反映了發(fā)電設(shè)備在特定時段內(nèi)可以保證的最低出力水平）這一概念，特別是在最新的新型電力系統(tǒng)建設(shè)行動方案中被重點提及。

當(dāng)前，我國新能源的發(fā)電量大約是傳統(tǒng)能源三分之一的水平。但從目前海外的招標(biāo)數(shù)據(jù)看，大多數(shù)新能源電力設(shè)施在實際運行條件下可靠的輸出水平并不高，這是當(dāng)前智算中心用電面臨的重要挑戰(zhàn)。這也是為什么在最近的"加快建設(shè)新型電力系統(tǒng)"的政策文件里,要求未來達到10%以上的“置信出力”。

2 新能源在智算中心中的應(yīng)用

關(guān)于新能源在智算中心中的應(yīng)用，有一個非常重要的事實：智算中心通常24小時不間斷用電；數(shù)據(jù)中心可再生電力的主要來源于太陽能，無法持續(xù)24小時；由于空間限制和開發(fā)規(guī)劃，可再生能源電廠幾乎很少可以直接為數(shù)據(jù)中心供電。風(fēng)能和水電是常見的替代方案，但風(fēng)能也不能持續(xù)24小時發(fā)電，雖然水電可以持續(xù)運行，但很難快速增加容量，甚至無法增加。

新能源在智算中心中的應(yīng)用

但當(dāng)前隨著AI爆發(fā)，新能源在數(shù)據(jù)中心中使用已經(jīng)是大勢所趨。以美國為例，據(jù)專業(yè)機構(gòu)預(yù)測，到2026年，美國所有數(shù)據(jù)中心每年將產(chǎn)生1.55億噸二氧化碳排放，相當(dāng)于370萬輛乘用車的年排放量。這對電力基礎(chǔ)設(shè)施和碳排放的影響已經(jīng)非常巨大，使得所有超大規(guī)模企業(yè)都會主要關(guān)注的一個領(lǐng)域，它們幾乎無一例外地以實現(xiàn)凈零排放為目標(biāo)，致力于讓數(shù)據(jù)中心使用100%可再生能源供電。也正因為此，履行可持續(xù)發(fā)展承諾將是決定AI數(shù)據(jù)中心容量在何時何地以何種方式部署的關(guān)鍵因素。

在新能源發(fā)電傳輸中，會遇到一個比較嚴重的電能損失問題，據(jù)專業(yè)機構(gòu)測算：每1000公里會損失3%，每3000公里會損失10%。3000公里以上損失暫時沒有可靠的實際測算數(shù)據(jù)。也正因為此，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，新能源發(fā)電更多需要近場使用，哪怕擴地區(qū)使用都需要承擔(dān)非常高的成本，跨國成本更高，比如中國到德國，如果按地形鋪設(shè)特高壓，可能需要9000公里，電能損失超過50%，電價成本高過當(dāng)?shù)匕l(fā)電成本幾十倍。

不止如此，新能源應(yīng)用到智算中心，未來可能面臨的另外一個問題就是電量供應(yīng)問題，有業(yè)內(nèi)專家舉過一個例子：如果用當(dāng)前主流規(guī)格的太陽能板，在新疆或西北戈壁那種陽光充足的地區(qū)，再考慮到黑夜、陰天、故障維修等因素，每平米太陽能板全年大約可以發(fā)電240度。要滿足20年后的用電需求，總共需要大約2380億平方米的太陽能板；真正施工時還有變電設(shè)施、儲能電池，還要在太陽能板間留出足夠的間距來維修保養(yǎng)，所以再把這個面積乘以3，估算出來總共需要約7140億平方米的面積，相當(dāng)于一個邊長840公里的正方形區(qū)域！

3 智算中心GPU芯片的能耗功率

當(dāng)前，以英偉達為代表的芯片廠商在芯片功率方面進行著持續(xù)的技術(shù)突破。最新的DGX B200更是實現(xiàn)了很大的飛躍。功耗達到14.3kW，比A100增加了約2.2倍，但計算性能卻提升到了驚人的72 petaFLOPS，是A100的14.4倍。能效比進一步優(yōu)化到0.20 kW/pFLOPS，這一數(shù)字顯示NVIDIA在芯片架構(gòu)和系統(tǒng)設(shè)計上的深度創(chuàng)新。

智算中心GPU芯片的能耗功率

顯然，這種發(fā)展趨勢對AI產(chǎn)業(yè)有著深遠影響。首先，它表明在AI芯片領(lǐng)域，摩爾定律不僅在延續(xù)，而且呈現(xiàn)出更快的發(fā)展速度。其次，能效比的持續(xù)改善直接影響到數(shù)據(jù)中心的運營成本和環(huán)境影響。當(dāng)我們討論大模型訓(xùn)練時，更高的算力密度意味著可以用更少的服務(wù)器完成相同的訓(xùn)練任務(wù)，這不僅降低了部署的復(fù)雜度，也減少了整體能源消耗。這從產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的角度來看，也帶來了顯著的成本效益。

盡管如此，從當(dāng)前AI對智算中心芯片能耗的需求來看，和以往互聯(lián)網(wǎng)階段有很大不同，因為AI中存在Scale Law（規(guī)模定律）和多模態(tài)這些和以往不同的特殊情況，也就是說每Scale Law一次或者每增加一個模態(tài)，對于Token以及參數(shù)來說，都是一個量級的增加。但芯片的能耗功率下降，還只是一個倍率的下降。兩者相結(jié)合之后，整體還是呈現(xiàn)一個加速上升的過程。

以英偉達（NVIDIA）的H100為例，單個芯片H100的能耗要比H100的能耗更高，雖然它的算力單位能耗是下降的。因此只要英偉達的出貨量在持續(xù)上升，就可以判斷整個電力總需求就會呈現(xiàn)一個上升趨勢。

總之，當(dāng)前智算中心用電方面面臨著多方挑戰(zhàn)，據(jù)海外專業(yè)半導(dǎo)體機構(gòu)simianalysis最新報告分析，智算中心行業(yè)需要以下條件:

1.鑒于持續(xù)消耗的巨大電力，電力成本要低廉，特別是隨著時間推移，推理(Inference)需求只會不斷增加。

2.能源供應(yīng)鏈在地緣政治和天氣干擾下要有穩(wěn)定性和穩(wěn)健性，以降低能源價格波動的可能性，以及能夠快速提高燃料生產(chǎn)，從而迅速規(guī)劃大規(guī)模發(fā)電的能力。

3.總體上要有碳強度低的電力結(jié)構(gòu)，適合建立大量可以在合理經(jīng)濟條件下生產(chǎn)的可再生能源。

此外，該報告還指出：中國是新建發(fā)電設(shè)施的佼佼者，如果條件允許，他們可能會在建設(shè)千兆瓦級數(shù)據(jù)中心方面處于領(lǐng)先地位。

即將于2024年12月19日到20日在北京·首鋼園（四高爐）舉辦的第十九屆中國IDC產(chǎn)業(yè)年度大典，（中國IDC產(chǎn)業(yè)年度大典官方網(wǎng)站：http://idcc.idcquan.com/）將全面探討智算中心建設(shè)與能源應(yīng)用問題，掃描下方二維碼報名參會：

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