数据中心：链接超算时代与可持续未来

有数据显示，ChatGPT每回答20-50个问题就需要「喝掉」一瓶500毫升的水，而最初训练GPT模型时更是消耗了数以万计的水。

据估算，使用微软最先进的数据中心(IDC)来训练GPT-3模型，将直接消耗70万升淡水——这足够用来制造370辆宝马汽车或者320辆特斯拉电动车。

如果仅仅使用一般性能的数据中心，再考虑规模更大、处理更复杂的GPT-4模型，以及庞大的用户群体，ChatGPT耗水量更加惊人。

但另一方面，全球正面临水资源短缺危机。

世界银行2030水资源小组研究发现，到2030年全球水资源需求量(预测)与可用水供应量之间将出现40%的缺口。

这是数字化与可持续发展「双主题」时代下的抉择，也是社会经济在增长(growth)与发展(development)之间进行权衡的缩影。

1.数据中心的可持续挑战

去年底，ChatGPT的突然爆火，点燃了全球AIGC(生成式人工智能)的应用热潮。相较而言，AIGC需要更强大的算力和存力。而作为承载算力和存力的基础设施，IDC行业亦获得了更大发展机遇。

不过，以AIGC为核心的新一轮技术革命也给IDC行业的发展带来挑战。

除了技术层面需要不断创新升级外，IDC行业还面临一系列可持续性挑战。这是当前可持续发展时代背景下的新命题。

IDC行业面临的第一大可持续挑战就是碳排放问题，这主要源自其巨大的能耗。

根据国际能源署(IEA)的估计，2022年全球数据中心消耗电力240-340太瓦时，约占全球电力需求的1-1.3%。与2015年相比，全球数据中心耗电量增加了10%-60%。

若不进行能源转型，数据中心因耗电所产生的温室气体排放量将是惊人的。

相比能耗，本章开头所提到的数据中心耗水问题容易被人们所忽略。

数据中心的耗电并非都直接用在数据处理和存储上，其中大约一半的电力用在设备散热上。而随着数据中心规模越来越大，传统冷却系统耗电成本较高且不符合更低能耗指标(PUE)要求。因此，大型数据中心逐步弃电用水，通过冷水机或冷却塔来交换热量。(注：PUE(Power Usage Effectiveness)指数据中心电能利用效率，是数据中心总耗电量与数据中心IT设备耗电量的比值，PUE数值大于1，越接近1表明用于IT设备的电能占比越高，制冷、供配电等非IT设备耗能越低。)

这虽然可以大幅降低耗电量，但却又因蒸发等原因造成惊人的耗水量。比如微软在2022财年的耗水量为640万立方米，同比增加34%。

另一方面，由于担心设备遇水发生腐蚀等破坏，数据中心多使用淡水，仅有一小部分为非饮用水或可再生水。

2022年，谷歌全球各地的数据中心共耗水52.2亿加仑(约1,976立方米)，其中四分之三以上均为淡水。

这种用水结构进一步增加了数据中心行业对全球水生态系统的影响。

除能耗和水耗问题外，电子废弃物同样是数据中心具有前瞻属性的可持续挑战。

数据中心装配了大量电子设施设备，这也意味将产生相应的电子废弃物。

根据联合国大学(UNU)的数据，2019年全球累计产生了5,360万吨电子垃圾，较2014年增长920万吨，预计2030年将达到7,470万吨。

废弃的电子垃圾可能含有有毒物质，用于热量交换的设备中还存在造成温室气体排放的制冷剂。

若不经过妥善处置，这些电子废弃物将造成资源浪费、有毒物质和温室气体排放，对生态环境造成严重破坏。

随着可持续挑战日益加剧以及公众意识的增强，数据中心的建设和运营受到限制甚至被迫放弃。

近期，谷歌原本计划在乌拉圭建设的数据中心，因每天消耗数百万升水而遭到当地居民的强烈反对。目前，该项目正重新计划和协商，以关注当地水资源危机。

此外，Meta、AWS、Equinix、Vantage的多个数据中心项目，也因能耗、水耗或占地面积较大等问题，受到当地民众抵制。

2.数据中心行业的应对之道

面对数字化机遇和可持续发展挑战，数据中心运营商们已在理念、管理和行动上进行了实践和创新。

2022年初，国家发改委联合多部门印发了关于建设国家算力枢纽节点的通知，「东数西算」工程正式全面启动。其中，「东数西算」工程对IDC行业实现低碳、绿色、可持续发展提出了更高要求。

作为「东数西算」工程投运规模最大的第三方IDC运营商，秦淮数据(CD.US)率先在行业内提出了「零碳算力」的战略理念，并在绿色选址、运维管理、技术创新、可再生能源等方面给出了秦淮的答案。

在选址规划上，秦淮数据遵循「能源流」「业务流」「数据流」三流合一的原则，在能源分布、与用户的距离、运营的网络连通性等多重因素中寻找最优解。

为强化数据中心的绿色属性，秦淮数据优先考虑在在可再生能源富集区和「弃风弃电」比例较高的地区布局数据中心，并考虑数据中心与数据处理需求密集区域的距离，以减少数据传输过程中的能源损耗。

在绿色运维管理方面，秦淮数据以「PUE-WUE-CUE」为践行节能低碳理念的关键链路，明确运营环节环境管理目标。(注：WUE(Water Usage Effectiveness)指数据中心水资源利用效率，是数据中心总耗水量与数据中心IT设备耗电量的比值，WUE数值越小，代表数据中心利用水资源的效率越高。CUE(Carbon Usage Effectiveness)指数据中心碳使用效率，是数据中心IT能耗产生的二氧化碳量与数据中心IT设备耗电量的比值，CUE数值越小，代表数据中心碳排放量越低。)

目前，秦淮数据的数据中心能源利用效率领先国内外。有数据显示，中国85%的数据中心PUE仍在1.5~2之间。根据Uptime的调查，全球数据中心平均PUE是1.55。而根据秦淮数据《2022年ESG报告》，其国内数据中心平均PUE为1.21，优于国内外平均水平。

图：全球数据中心平均PUE

图片来源：Uptime，2022 Global Data Center Survey

另一方面，秦淮数据《2022年ESG报告》显示，其水资源强度2022年为527.89吨/百万元，低于去年的530.48吨/百万元。

为减少废水排放及水资源浪费，秦淮数据利用废水回收方案，将废水回收率最高提高至95%。秦淮数据还利用雨水收集装置，以减少淡水取用量。

同时，秦淮数据在节水冷却、无水冷却、热回收等技术创新方面进行了探索。

其中，秦淮数据研发的「玄冰」极致冷却系列技术，有效提高了能源和水资源使用效率，并在能耗、水耗和成本上形成了优势。

比如，「玄冰」浸没液冷可使数据中心PUE低至1.09，年均PUE保持在1.1以下。「玄冰」无水冷却技术则采用无水替代方案，从根本上破解限水、缺水困境，并首次实现行业内WUE为零、无水节能效益。

图：秦淮数据「玄冰」冷却系列技术环境表现

图片来源：秦淮数据，《2022年ESG报告》

在可再生能源利用方面，秦淮数据正稳步推进实现其100%可再生能源的目标。

2020年，秦淮数据提出，到2030年，其国内新一代超大规模数据中心将100%采用可再生能源。

次年，秦淮数据又提出，到2040年，其全球自有数据中心算力园区100%使用绿色能源。同年，秦淮数据正式加入「RE100」倡议组织。(注：RE100(100% Renewable Electricity)是由国际气候组织与碳信息披露项目(CDP)在2014年合作发起的全球企业可再生能源倡议，加入RE100的企业必须公开承诺2050年前实现100%使用可再生能源，并按照要求每年披露用电数据和目标进展情况。)

为加强可再生能源在数据中心的应用，秦淮数据提出了超大规模数据中心「源网荷储」一体化解决方案，通过自建大型可再生能源风光项目基地，利用当地可再生能源发电与电网资源，实现清洁能源的就近消纳。

比如在参与甘肃省庆阳市枢纽节点选址建设的过程中，秦淮数据利用了当地富集的风、光、天然气等可再生(清洁)能源的天然属性，通过「源网荷储一体化」的可再生能源开发模式，以将当地超大规模(容量达150MW)算力基础设施集群打造为「零碳」数据中心。

除此以外，2022年，秦淮数据对海内外主要数据中心进行了碳盘查，并邀请专业第三方对碳排放数据进行核查，以为其制定碳减排目标和路径奠定基础。

目前，秦淮数据制定的温室气体减排目标是，到2050年运营范围和价值链范围温室气体排放量较基准年(2022年)均下降90%。

由此看来，2022年将开启秦淮数据迈向「零碳算力」的新阶段。秦淮数据正用自己的方式为零碳时代贡献行业智慧和秦淮力量。

3.从「DATA」到「SAFE」

绿色低碳只是可持续发展时代背景的冰山一角，亦是秦淮数据ESG战略行动的其中一环。在去年「DATA」的基础上，秦淮数据今年将ESG战略体系升级为「SAFE」。(注：DATA是Decarbonization、Alignment、Technology、 Advanced的首字母缩写，意为零碳引领、生态共赢、科技驱动和敢为当先)

通过其企业运营特性及企业文化，参考联合国可持续发展目标，「SAFE」以「稳定透明(Stable)」「创想卓越(Advanced)」「共赢未来(Forward)」「绿色集约(Eco-friendly)」为核心要素，寓意秦淮数据将稳定、绿色、高质量的「将电力转化为优质算力」。