国际能源署预计，今年数据中心电力消耗量将比2023年增长30%。这些数字是否大到无法忽视？
译自 How Much Energy Is Really Being Consumed by Data Centers?，作者 David Cassel。
数据中心对温室气体排放的影响如何？这是一个“已知问题”，正在受到认真审查。
今年 5 月，微软 发布了其2024 年环境可持续发展报告，承认其温室气体排放量增长了 29%（超过 2020 年的基线）。但微软解释说，这种增长主要是由新建数据中心驱动的，“以及建筑材料中所含的碳排放，以及半导体、服务器和机架等硬件组件”。这些增长抵消了公司控制的资产和电源实际减少的 6.3% 的排放量。
但上周还有更多坏消息。美联社报道称，谷歌 “远未达到”其在 2030 年实现净零排放的目标——引用了谷歌于 7 月 2 日发布的2024 年环境报告。文章指出：“与 2019 年的基准年相比，排放量飙升了 48%”，并补充说，即使在谷歌最新的数据中，“其排放量在 2023 年比前一年增长了 13%”。据美联社报道，谷歌将去年的增长归咎于人工智能，“以及它对数据中心的巨大电力需求”。
谷歌首席可持续发展官 Kate Brandt 告诉新闻媒体，谷歌的方法“需要不断发展”，并且“需要我们应对许多不确定性，包括围绕人工智能未来环境影响的不确定性”。
这些只是更大故事中的片段，因为世界正面临着两场同时发生的革命——云计算革命和气候意识能源消费革命。但详细的报告也提供了证据表明，科技公司至少正在评估问题的范围，探索其影响——并正在研究解决问题的方法。
今年来自长期运行的国际能源署 的分析中，有几个令人瞠目结舌的预测。根据他们的计算，数据中心在 2022 年全球消耗了 460 太瓦时（TWh）——但到 2026 年，数据中心的消耗量可能超过 1,000 TWh，这相当于“大约相当于日本的电力消耗量”。
他们估计，仅仅将人工智能完全应用到像谷歌这样的搜索工具中，就会使这些工具的能源消耗增加 10 倍——“每年几乎增加 10 TWh 的电力”。
美国数据中心在 2022 年消耗了约 200 TWh——约占美国所有电力需求的 4%。但到 2026 年，他们的分析认为这一数字将攀升至近 260 TWh（6%），这得益于 5G 网络和云服务的普及，以及州税收激励措施。（国际能源署预测，到 2026 年，数据中心将占美国新增能源需求的三分之一以上。）今年 4 月，高盛预测这种增长将持续下去，数据中心目前消耗了美国约 3% 的电力，但到 2030 年将消耗 8%（其中五分之一的需求来自人工智能）。
高盛关于美国电力需求激增的股权研究截图
然而，国际能源署预计，欧盟的数据中心电力消耗量将在 2026 年比 2023 年的水平增长 30%，“因为随着数字化和人工智能计算的增加，新的数据设施正在投入使用。仅爱尔兰和丹麦就占到 2026 年数据中心电力需求预计增长的 20%。”（根据该报告，爱尔兰拥有欧盟最低的企业税率之一——他们预测到 2026 年，爱尔兰近三分之一的电力需求将来自数据中心，丹麦将近 20%。）
上个月，彭博社报道称，自 2015 年以来，全球数据中心的数量几乎翻了一番，而且“数据中心对电力需求的几乎一夜之间激增，现在正在超过世界许多地区可用的电力供应”，根据对数据中心运营商、能源供应商和科技高管的采访……据官方估计，瑞典的数据中心电力需求在本十年内可能会翻一番，然后到 2040 年再翻一番。在英国，预计人工智能在未来十年内将消耗多 500% 的能源。”
亚马逊网络服务怎么样？亚马逊公司高级企业传播主管Phil Reay-Smith 指向我们他们最新的可持续发展报告（于 2023 年 7 月中旬发布，涵盖 2022 年）。
该报告认为，运行低利用率的本地数据中心“浪费了大量能源”。从这个角度来看，云计算“也发挥着降低客户环境影响的作用”，亚马逊全球可持续发展副总裁Kara Hurst 在报告中说。Hurst 引用了亚马逊的节能硬件，写道 AWS“与本地计算工作负载相比，可以将客户的工作负载碳足迹降低近 80%，我们预计一旦 AWS 完全由可再生能源供电，这一数字将进一步提高。”
赫斯特用 451 Research 这家全球市场情报公司 2019 年收集的数据来支持这一说法。“[从]服务器效率指标来看，AWS 的能效比接受调查的美国企业的平均水平高出 2.5 倍以上……这是服务器利用率更高的结果，并且基础设施主要倾向于内在能效更高的较新服务器技术代。此外，AWS 还针对最大效率设计其自己的服务器，而企业可能更加考虑其他特性，如硬件冗余和可扩展性。”考虑到实际数据中心设施的效率，该 2019 年报告发现，在接受调查企业的平均水平下，AWS 的能效高出 3.6 倍。
亚马逊的可持续发展报告还展示了他们希望降低数据中心能耗的方式：
- AWS 正在投资于定制芯片，例如 AWS Graviton3——一种节能的基于 Arm 的机器学习芯片，与同类 Amazon EC2 实例相比，“在相同性能下，能耗降低高达 60%”。
- 亚马逊还在寻求“低碳混凝土选择”来建造数据中心和其他建筑物。
- 他们正在设计高效、低碳的数据中心（包括服务器和硬件）。亚马逊还使用企业建筑管理系统来管理能源使用并减少排放。（到 2022 年底，它已在 1,000 个设施中使用，并计划在 2023 年进一步扩展……）
- 他们还在投资于抵消绿色能源项目，包括两家电解槽开发商，用于将水转化为绿色氢气。 根 据该报告，亚马逊已承诺到 2040 年实现净零碳排放……
其他行业参与者正在探索更多新的能源解决方案。为了降低冷却成本，微软早在 2015 年就开始测试水下数据中心。虽然上周有报道称资金“枯竭”，但微软云运营/创新主管Noelle Walsh 据报道称“我们了解了很多关于海平面以下的运营、振动以及对服务器的影响。因此，我们将把这些经验教训应用到其他案例中。”与此同时，上个月《华盛顿邮报》报道称，微软还在“押注于利用原子聚变发电的努力”。同一篇文章指出，谷歌正在资助“位于内华达州北部沙漠的一家未来派地热发电厂，该发电厂利用地下深处的热量。
在欧盟，甚至还对在太空中建造数据中心进行了可行性研究。
即使是国际能源署的分析也表明，“技术改进”（以及新的政府法规）在其中发挥着重要作用。他们列举的一些例子？
- 国际能源署（IEA）指出，数据中心“正在向更可持续和高效的运营方向发展，包括向超大规模数据中心过渡，超大规模数据中心可以在不显著增加电力消耗的情况下运行大规模运营。”
- 展望未来，国际能源署指出，量子计算机“比超级计算机提供更多、更快的处理能力，同时消耗更少的能量”（尽管它们也需要冷却到接近绝对零度）。
- 他们建议根据“碳意识”转移电力负荷（定义由非营利组织绿色软件基金会定义为“当更多能源来自低碳来源时做更多，当更多能源来自高碳来源时做更少。”）
也许这一切都在提醒我们，并非所有消息都是坏消息。国际能源署的分析还预测，尽管能源需求不断增长，但今年全球二氧化碳排放量将下降 2%——去年增长了 1%——预计 2025 年和 2026 年将出现“小幅下降”。
而且，“化石燃料在全球发电中的份额预计将从 2023 年的 61% 降至 2026 年的 54%，首次跌破国际能源署自 1971 年以来的记录中的 60%……低碳来源——可再生能源和核能——预计到 2026 年底将占世界电力生产的 46%，迅速接近一半，高于 2023 年的 39%。最后，在全球范围内，低碳发电将满足到 2026 年的所有额外需求增长……
发电目前是世界上最大的二氧化碳排放来源，但它也是通过快速扩展太阳能和风能等可再生能源，引领向净零排放过渡的行业。