提及數據中心，目前有兩個明顯的標簽，一是數字經濟的底座，作為新型基礎設施，數據中心是算力提升、數字化轉型必不可少的關鍵；一是碳排放大戶，統計顯示，2021年我國數據中心用電2166億度，占全國總電耗的2.6%，碳排放量達1.22億噸。

如果不采取措施，伴隨不斷擴大的產業規模，數據中心碳排放將快速上升，最終將影響生產、生活，這一情況下，降碳成為數據中心必須重視且需要持續推進的事項，以實現綠色可持續發展。而在諸多降碳舉措中，節能減電可謂最受關注。

節碳必須進行大幅度節能

數據中心在建設、運行過程中均會產生碳排放，兩者相比，絕大部分用能排碳都是在運行期間產生，這也是本文主要討論的部分。

以機柜數1000，單機柜2.5千瓦時的數據中心為例，其運營期間年用電量可達到2190萬度，且數據中心運行周期長達20—30年，具備不間斷運行特點，需要長時間持續用電，而大部分電量由電網供給，目前火電（高排放化石能源發電）在能源結構中依舊占據重要地位，這也成為數據中心碳排放的主要來源。因此，降低碳排放實際上是逐步減少并抵消火電的過程。

從這一角度出發，當前相關舉措可分為三個層面：用能方面，運用多種節能手段，減少各環節用電量，實現各階段能效的提升；供能方面，提高新能源使用比例，通過配備分布式新能源發電設備、綠電直供等方式優化自身能源使用結構，提升新能源發電電量，減少火電使用比例；抵消方面，則是采用購買綠電、綠證等市場行為進行碳消納。

想要實現低碳，乃至于零碳，這三方面缺一不可。尤其是用能方面的舉措，是減碳必不可少，在當前階段甚至是最重要的一環。

究其原因，相較于改變供能結構及碳抵消市場化手段，大幅度的減少用能，是可以在相對較短的時期內快速、有效、直觀且能夠顯著降低碳排放的手段，且在技術與市場方面已經具備深化發展的條件與潛力。同時，作為用能的主體，數據中心在此方面的實踐與發展更具主動性，相關節能技術及相關解決方案更具創新活力，能夠有較好的實踐成果，是企業積極承擔自身社會責任的體現，是推動行業整體實現切實降碳的必要舉措。

與PUE密切相關，減少制冷、供配電用能成焦點

數據中心的用能部分為IT設備、制冷系統、供配電系統、照明及其它。其中，減少制冷、供配電系統的用能用電成為主要關注對象。這主要是因為兩者均與PUE相關。

作為衡量數據中心能效水平的重要指標，PUE成為近年來行業中最為人耳熟能詳的熱詞。

國家和地方發布多項政策不斷推動PUE值的降低，2017年，《“十三五”節能減排綜合工作方案》提出，新建大型云計算數據中心PUE值低于1.5；2019年，《關于加強綠色數據中心建設的指導意見》提出，既有大型、超大型數據中心PUE值不高于1.8；2021年，《新型數據中心發展三年行動計劃（2021—2023年）》提出，到2023年底，新建大型及以上數據中心PUE降至1.3以下，嚴寒和寒冷地區力爭降至1.25以下；2021年底及2022年初，國家發展改革委等部門在“東數西算”復函中提出東部數據中心集群平均PUE小于1.25，西部則小于1.2。

可以說，低PUE也成為數據中心能夠進行建設、改造、運行的必備條件。而PUE是數據中心總耗電量與數據中心IT設備耗電量的比值，想要降低PUE，便需要盡可能將電能全部用于IT設備，減少其他部分的用電。用能方面的節能減電舉措恰恰符合這一特性。

制冷是IT設備之外的大耗能源，以PUE為1.5的數據中心為例，其IT設備耗能約占67%，制冷系統約占27%，供配電系統約占5%，照明及其它約占1%。減少其能耗，是降低PUE的主要途徑，也恰恰是用能方面減少用電的重要組成。

通過優化原有制冷方式，增強自然冷源利用，引入先進技術等，數據中心能夠有效提升效能，減少電量的使用，如當下被討論最多的液冷，其比熱容遠高于空氣，單位體積熱容量是風冷的1000倍以上，熱量傳導效率更高，系統耗電量方面約比風冷系統節省電量30%-50%，目前已經有噴淋式、冷板式、浸沒式三種形式，正逐步應用于數據中心。

此外，數據中心在間接蒸發冷、全變頻氟泵技術等方面探索應用也均有效減少了數據中心制冷方面的用電，提升了制冷效率。同時，想要實現理論上的制冷效果，需要進一步優化的地方依舊很多，如完善的市場制度、成熟的服務體系、更加低廉的成本、更突出的安全保證等，制冷上發展依舊長路漫漫。

在第三大耗能部分——供配電系統方面，數據中心也有了長足的發展，如高壓直流供電系統的應用，與傳統的UPS 相比，其具備系統效率高，系統擴容便捷，系統穩定性高、可維護性高等特征，能夠有效提升供電效率，起到良好的節能效果。

在使用高壓直流時，新建數據中心在綜合考慮成本和可靠性后，通常會采用市電+高壓直流雙路供電，這種方式供電效率達98%，消除了系統的單點故障瓶頸，提高了供電的可靠性，且在每個機架內提供了交/直流兩路電源，在市電一路無需電能的轉換，可大程度提高系統效率。

通過節能減電的種種舉措，數據中心IT設備之外的部分耗能降低，PUE呈現出持續下降的趨勢。據統計，相比于2017年，2019年我國在用超大型數據中心平均PUE值下降了0.17。

避免唯PUE論，減少IT設備用電是必要一環

PUE的重要性毋庸置疑，但如果唯PUE論，對于減少數據中心用電來說卻有可能會造成相反的效果。

這主要是因為PUE具有片面性，如水蓄冷的應用，其能夠為機房提供冗災應急供冷，通過利用谷段電力制冷，可有效節約電能，且涉及太陽能、水能等清潔能源的利用，能夠提升清潔能源的消納，假如在用電高峰釋放出冷量給環境和設備冷卻使用，還可以起到削峰填谷的作用。但從PUE上來講，如果采用水蓄冷，用電量會增加，反而可能會造成PUE的增高。

IT設備方面的節能也可能出現這一情況，如果通過虛擬化技術等提高IT設備效率，雖然減少了IT設備總能耗，但IT設備耗能也隨之降低，造成PUE升高。

不過，IT設備是數據中心運行過程中大的用電來源，因此，數據中心想要更進一步的節約用能，減少碳排放，提升算能、算效，IT設備的節能繞不開的一環。因此，對于減少IT設備用電，便不能僅從PUE上來判定，或者PUE應綜合衡量，在推動IT設備節能減電的過程中，設置一定的標準，將相關因素作為變量減除，以獲取具備衡量意義的數值。

那么，數據中心在IT設備在減電方面，又都有哪些解決方案或者探索？

芯片方面，更加適用于數據中心此種大規模算力場景的DPU誕生，其是以數據為中心構造的專用處理器，采用軟件定義的技術路線，支撐基礎設施層的資源虛擬化、存儲、安全、計算等一系列功能。DPU在核心能力上要求突破更低的時延和更高的吞吐。

根據測試，通過使用NVIDIA ConnectX 智能網卡（具有DPU功能的網卡）處理網絡任務，在滿負荷網絡上運行的服務器CPU能耗從190瓦降至145瓦，下降了24%。依靠DPU，一個大型數據中心可在三年間縮減近200萬美元的電力成本。

存儲設備方面，數據中心的基本核心功能便是數據存儲，但存儲消耗能源也極為巨大，數據顯示，數據存儲系統約占數據中心耗電量的35%。

針對此，為提升存力并降低能耗，數據中心在存儲設備進行了升級優化，其中代表產品是閃存。統計顯示，閃存硬盤比機械硬盤節能65%以上。全閃存數據中心也已經落地，在節能減碳放面表現突出。如興業銀行通過部署先進閃存設備進行全閃存替換，存儲系統實現超過60%的能耗節省。

節能IT設備方面，高轉換效率電源模塊、服務器風扇節能控制、整機柜供電、液冷服務器等成為研究方向，這提升IT設備的高效使用，在減少用能用電的同時，滿足了高密度數據中心的發展趨勢；軟件系統方面，運用智能化技術，通過在架構和算法上的優化，實時移動工作負載，以大限度地利用活動設備，并將不需要的設備置于深度空閑/低功耗狀態，以提升使用效率，降低電量的需求。

此外，優化應用和系統架構，如減少不必要的冗余和備份、提高程序運行效率等也是推動IT設備節能的有效方式。

從實際來看，以上方式大多還都處于相對早期的階段，包括芯片的研發應用，智能化軟件系統的創新等，但其對于節能減電方面的效用已經初見端倪，同時，伴隨PUE的進一步降低，其它設備用能耗電的大幅度減少，IT設備的節能更有意義，將成為數據中心提升能效的重要途徑。

數據中心節能減電，是推動降碳的有效方法，是提升算力、算效的直接途徑，在實際推進過程中，涉及液冷、芯片、存儲等多個產業，是一項數據中心為需求方，需要多方協同的系統性的工程。同時，其也有自身的復雜性，相關舉措的效果應進行更加綜合的判定，不能僅以當前的PUE來衡量，需建立更加完備的能耗評定體系，同時，不僅是運行，數據中心建設也應包含在其中，采用預制化模塊化等更加節能的建設方式也是數據中心節能減電的重要舉措。