面向算力应用环节的 计算绿色化白皮书 面向算力应用环节的计算绿色化白皮书 蚂蚁集团 信通院 2023.08 面向算力应用环节的 计算绿色化白皮书 摘 要 数字经济时代，算力作为重要底座支撑，价值日益凸显。尤其是近年来人工智能、元宇宙、数字 孪生等新技术的快速发展和应用，对计算的需求更是呈百千倍递增。当前，全球各主要大国纷纷加 快算力建设战略布局，全球算力竞争不断加剧。但与此同时，伴随算力规模的快速增长，算力能耗 总量也在急剧攀升。在全球都在关注“碳达峰、碳中和”的今天，推动算力的绿色低碳发展已成为 了行业共识和时代需求，也是企业降本增效和实现社会责任的重要手段。 目前，行业在推动算力绿色低碳发展过程中，关注点仍主要停留在可再生能源生产和绿色数据 中心建设上。为更为全面、系统地分析绿色算力产业链，实现更大程度的总体节能减排效果，本白 皮书提出了端到端的绿色算力框架，覆盖到从电力生产、算力生产到业务应用的各个环节，并着重 分析当前尚未被产业界足够重视的业务应用环节中算力利用效率较低问题，提出了面向应用环节的 计算绿色化概念。 面向应用环节的计算绿色化，是指面向规模化、数字化的业务计算需求，通过计算平台系统架 构升级、业务软件更新以及业务应用与平台系统协同设计等方法，提升硬件算力资源在使用过程的 效用，从而实现节能减碳的绿色计算技术。其中，实现计算绿色化的关键技术要素主要包括支持多 供应链、全面云原生化、转向无服务器化（Serverless）、实施平台工程，并建立绿色连续观测机制 等。目前行业中的部分领先科技公司，尤其是需要支持海量业务规模、对算力使用需求较大的互联 网公司，已经在不断地探索和实践计算绿色化技术，并取得了较好的应用实施减碳效果。 总体来看，面向应用环节的计算绿色化还处于发展早期阶段，仍有待包括政府机构、行业联盟、 产业智库、技术厂商、应用企业等生态各方进一步协作，从产业政策引导、产学研用联合、产业联盟 构建、行业标准制定、绿色度指标评价设定和评估评测体系搭建、技术开源开放等角度，共同推动 计算绿色化的技术联合创新和产业规模化发展。为此，本白皮书也从行业视角和企业视角分别提出 了可供参考的产业实践路径，以期为加快推进绿色算力产业发展提供助力。 面向算力应用环节的 计算绿色化白皮书 目 录 第一章 发展背景 ....................................................................................................... 2 （一）发展数字经济需要算力基础设施为底层支撑 ........................................................... 2 （二）算力能耗总量快速攀升，实现“双碳”战略需要算力产业向绿色发展 ....................... 3 （三）需求层面来看，算力投资增加和节能减排压力成为企业重点关注问题 ....................... 4 第二章 端到端的绿色算力概念及内涵 ........................................................................... 6 （一）行业现有绿色算力研究概述 .................................................................................. 6 （二）端到端的绿色算力 ............................................................................................... 6 （三）端到端的绿色算力内涵 ........................................................................................ 7 第三章 应用环节计算绿色化的行业问题分析 ................................................................. 9 （一）行业需要关注面向应用的算力效用提升.................................................................. 9 （二）算力应用企业尚未广泛应用绿色计算的问题分析................................................... 10 第四章 应用环节计算绿色化的技术分析...................................................................... 12 （一）应用环节计算绿色化的定义 ................................................................................ 12 （二）企业在算力应用环节面临的算力效用提升挑战 ...................................................... 14 （三）算力应用环节计算绿色化的关键技术要素 ............................................................ 16 （四）绿色计算行业实践案例 ...................................................................................... 25 第五章 应用环节计算绿色化产业实践路径 .................................................................. 26 （一）行业视角的产业实践路径 ................................................................................... 26 （二）企业视角的产业实践路径 ................................................................................... 27 第六章 总结与展望 .................................................................................................. 36 1 面向算力应用环节的 计算绿色化白皮书 第一章 发展背景 （一）发展数字经济需要算力基础设施为底层支撑 数字经济时代，算力作为重要底座支撑，价值日益凸显。算力是数字经济时代新的生产力，已 成为支撑数字经济发展的坚实基础，对推动科技进步、促进行业数字化转型以及支撑经济社会发展 发挥重要的作用。当前，我国数字经济赋能实体经济的作用日趋凸显，数字产业加快增长，产业数 字化全面提速。算力基础设施作为支撑数字经济发展的重要资源，正成为推动我国经济转型升级和 培育新动能的重要力量。万物智能时代，对计算的需求呈百千倍递增，人工智能、数字孪生、元宇宙 等新兴领域的快速崛起，推动全球算力规模快速增长，驱动算力技术与产品多元创新，带动产业格 局重构重塑。以元宇宙为例，英特尔预估元宇宙需要将计算能力提升一千倍1。 全球算力竞争不断加剧，各主要国家地区纷纷加快战略布局。全球主要国家和地区深化算力发 展路径。算力成为各国抢占发展主导权的重要手段，全球主要国家和地区纷纷加快战略布局进程。 美国高度重视算力新兴技术发展，通过更新技术清单引领技术创新方向，持续巩固美国在算力技术 领域的全球领导地位。2022 年 2 月美国白宫发布新版《关键和新兴技术清单》，涵盖先进计算等 14 个关键技术和 5 个新兴技术领域，其中先进计算包括超级计算、边缘计算、云计算、数据存储、计 算架构、数据处理和分析六大子领域。欧盟不断加大算力基础设施建设和关键技术研发的投入力度。 2021 年 9 月欧盟计划为数据基础设施、5G、量子计算等领域投资 1770 亿美元；2022 年 2 月欧盟 发布投资金额超过 430 亿欧元的《欧洲芯片法案》，提出聚焦新一代处理器、人工智能和边缘计算等 芯片技术，强化欧盟各国在高端芯片设计和半导体生产工艺方面的竞争优势。《中国算力白皮书 （2022）》提到，2021 年美国、中国、欧洲、日本在全球算力规模中的份额分别为 34%、33%、 14%、5%，其中美国和中国位列第一梯队。在当前复杂严峻的国际环境下，全球算力竞争愈加白热 化，世界各国加快本土算力产业建设，重塑全球产业链供应链竞争格局，给我国算力技术创新及产 业生态带来新挑战。 我国高度重视算力基础设施建设，多举措全面推动。近年来，我国出台了一系列重大方针政策， 将算力基础设施的重要性提升到新的高度。2020 年 4 月，国家发改委明确算力基础设施是“新基 建”的发力方向之一。2021 年 5 月，国家发改委等四部委联合印发《全国一体化大数据中心协同创 新体系算力枢纽实施方案》，提出建设全国一体化算力网络国家枢纽节点的思路，强调要优化数据中 心基础设施建设布局，加快实现数据中心集约化、规模化、绿色化发展，形成“数网”体系。2021 年 7 月，工信部发布《新型数据中心发展三年行动计划（2021—2023 年）》，明确了新型数据中心 建设的总体要求和重点任务。2023 年 2 月，中共中央、国务院印发《数字中国建设整体布局规划》， 明确要打通数字基础设施大动脉，系统优化算力基础设施布局。从“新基建”战略到“东数西算” 1 https://www.intel.com/content/www/us/en/newsroom/opinion/powering-metaverse.html 2 面向算力应用环节的 计算绿色化白皮书 工程，再到“数字中国”建设规划，在国家政策的大力推动下，我国算力基础设施建设进入全面加 速期。全国各地积极响应政策号召规划建设数据中心、智能算力中心、超算中心。中国信通院统计 数据显示，截至 2022 年底，我国在用数据中心机架总规模超过 650 万架，算力总规模超过 180EFlops， 近五年平均增速超过了 30%，算力规模位居全球第二。 （二）算力能耗总量快速攀升，实现“双碳”战略需要算力产业向绿 色发展 算力规模增长的同时，算力能耗总量也在快速攀升。随着数字经济的发展，数字政府、工