未来已来：算力网络、能耗与可持续性的交汇点
证券之星
近期，《人民日报》刊发的评论文章中提到，算力已经像水和电一样，成为我们生活中必不可少的公共基础资源。无论是手机、个人电脑，还是服务器、超级计算机，算力的应用已经渗透到我们日常生活的方方面面，服务于各行各业。然而，我们应该意识到，算力并不仅仅是计算机硬件的运算能力，更是一种基于计算的服务能力。只有将全国各地零散的算力资源连接起来，形成一个统一调度的算力网络，我们才能实现“一点接入、即取即用”的便捷性。
这次官方媒体将算力网与水、电等公共基础资源相提并论，突显了算力作为先进生产力的重要地位。但是，目前市场上的关注焦点主要集中在芯片生产的国产化问题上，却忽视了算力网络发展的核心所在——能源问题。
01
未来算力的能耗
堪比目前的电解铝
随着算力的不断增长，其能耗问题逐渐凸显，引发了全球范围内的关注和讨论。
2021年全球数据中心市场规模超过679亿美元，且保持9.8%的增长率平稳增长。我国数据中心市场规模达218亿美元左右，近三年市场规模年均复合增长率达30%，在用数据中心机架规模复合增速超过30%。
随着数据中心数量和规模不断扩大，数据中心能耗迅速增加。据统计，2017年全球数据中心的电力消耗总量已经占据了全球总用电量的3%。有行业分析师认为，在未来若干年内，数据中心电费成本年均复合増长率将达到6%。在我国，2018年数据中心耗电量为1609亿千瓦时，已超过上海市总用电量，相当于1.6个三峡发电站的发电量且增幅已经连续八年超过12%。根据《绿色数据中心白皮书》的预测，在2020年，该数据预计将超过2900亿千瓦时，到2030年将突破4000亿千瓦时。
以目前耗电量几乎最高的电解铝行业为例，一般来说，生产一吨电解铝约需消耗13500kWh电能。据此，可以根据当年电解铝的产量来大致推测其耗电量。例如，2020年，我国电解铝产量为3712.4万吨，那么行业总耗电就约为5011.74亿kWh，这大约占2020年我国全社会用电量的6.67%。
算力与电解铝，两个看似毫无交集的领域，在能耗问题上却有着惊人的相似性。从上述数据中可以看出，全球数据中心的能耗已经呈现出指数级的增长趋势，而我国的数据中心能耗更是以惊人的速度递增。这种能耗的增长不仅加剧了全球的能源紧张局势，也加大了对环保和可持续发展的压力。
02
液冷与海底数据中心
成为化解难题的技术路径
随着ChatGPT等大型生成式人工智能模型的快速崛起，算力的需求呈现爆发式增长。这种增长并不仅仅是量的增加，更涉及到模型复杂度、精度和泛化能力等多个维度的提升。尤其是当模型参数突破百亿级别时，对算力的渴求更加迫切。然而，与此同时，高算力背后隐藏的功耗问题也逐渐浮出水面。目前市场上领先的CPU和GPU芯片，其功耗已经达到了惊人的水平，例如Intel的某些高端CPU功耗已经突破350W，而NVIDIA的H100系列GPU更是高达700W。这种功耗产生的热量如果没有得到有效的处理，轻则影响服务器的运行效率，重则可能导致硬件的损坏。
为了有效应对这一问题，业界提出了两大主流解决方案：液冷散热和海底数据中心。
液冷技术凭借其高效的散热性能受到广泛关注。根据冷却液与发热器件的接触方式，液冷技术可以细分为间接液冷和直接液冷两种。其中，冷板式液冷因为其在改造成本、可维护性和兼容性方面的显著优势，被广泛应用；而浸没式液冷则以其出色的冷却效果和明显的节能性受到青睐，尤其适用于高功率密度的机柜。从市场统计数据来看，虽然2022年数据中心液冷技术的渗透率仅在5%~8%之间，但到了2023上半年，这一比例在我国已经迅速上升到90%，显示出强劲的增长势头。与此同时，浸没式液冷的渗透率也达到了10%。
海底数据中心是另一个颇具创意的解决方案。这种数据中心将服务器放置在海底的密封舱中，巧妙地利用广阔的海洋作为自然冷源。海底数据中心不仅具有“三省”(省电、省水、省地)的优势，还兼具“两高”(高安全、高可靠)和“一快”(快速部署)的特点。其PUE低至1.076，在数据中心行业中处于领先地位。据民生证券的研报预测，到2026年，与此相关的项目年租舱收入可能超过十亿元，售舱与租舱的累计收入有望超过100亿。
从产业链的角度来看，有多家公司在这一领域进行了积极布局。例如，曙光数创和浪潮信息凭借其服务器产品的技术实力，积极布局液冷技术；英维克则凭借多年在温控领域的深耕经验，进行了多点布局；而海兰信则是掌握了海底数据中心技术的代表企业。
综上所述，大型AI模型所驱动的算力需求增长及其带来的高功耗问题已经成为业界关注的焦点。幸运的是，液冷技术和海底数据中心为我们提供了有效的解决方案。随着技术的不断进步和应用场景的持续拓展，我们有理由相信这些方案将在未来得到更为广泛的应用和优化。
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