效率的提升使得數(shù)據(jù)中心能耗占比幾乎保持不變
互聯(lián)網(wǎng)流量井噴,數(shù)據(jù)大爆炸,給人們的直觀感受是耗電量必隨之大幅增加。 而多家機(jī)構(gòu)研究表明,數(shù)據(jù)中心的耗電量并不會(huì)和數(shù)據(jù)規(guī)模同步增長(zhǎng),效率的提高使能耗占比幾乎保持不變。 斯坦福大學(xué)教授喬納森·庫(kù)梅提出了著名的庫(kù)梅定律(Koomey's Law): 計(jì)算機(jī)的能源效率大約每18個(gè)月翻一番,即計(jì)算設(shè)備的耗電量每18個(gè)月就會(huì)下降一半。
根據(jù)國(guó)際能源署(IEA)數(shù)據(jù),過(guò)去十年(2010-2019年),全球互聯(lián)網(wǎng)流量增長(zhǎng)了11.1倍,數(shù)據(jù)中心工作負(fù)載增加了6.5倍,而數(shù)據(jù)中心能耗卻僅增長(zhǎng)了6%。 盡管數(shù)據(jù)中心為更多的人提供了更多的服務(wù),但仍保持占全球用電量的1%左右,與2010年持平。 如下圖所示。
近十年全球互聯(lián)網(wǎng)流量、數(shù)據(jù)中心工作量和能源使用量變化
數(shù)據(jù)來(lái)源: 國(guó)際能源署( IEA),2020年12月。
美國(guó)亦是如此。 根據(jù)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LBNL)發(fā)布的報(bào)告,美國(guó)數(shù)據(jù)中心的規(guī)模一直快速增長(zhǎng),而耗電量的增長(zhǎng)率卻大幅減緩——2000-2005年增長(zhǎng)了90%,2005-2010年增長(zhǎng)了24%,2010-2014年僅增長(zhǎng)了4%,預(yù)計(jì)2014-2020年也僅增長(zhǎng)4%。 美國(guó)數(shù)據(jù)中心的用電量經(jīng)過(guò)十多年的迅速增長(zhǎng)后,從2010年開(kāi)始趨于穩(wěn)定。
數(shù)據(jù)中心耗電量并不和處理的數(shù)據(jù)量同步增長(zhǎng),這很大程度上是由計(jì)算實(shí)例向
節(jié)能型云和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)移所驅(qū)動(dòng)的。 2010年全球傳統(tǒng)小型數(shù)據(jù)中心占計(jì)算實(shí)例的79%,到2018年云數(shù)據(jù)中心已占計(jì)算實(shí)例的89%(Eric Masanet等,2020)。 傳統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)中心需要過(guò)剩容量來(lái)處理流量高峰,其服務(wù)器利用率僅為18%(亞馬遜股東信,2020); 超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心受益于多租戶使用模式,具有更高的效率,其一臺(tái)服務(wù)器平均可以替換傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的3.75臺(tái)。 如果將美國(guó)小型數(shù)據(jù)中心80%的服務(wù)器遷移至超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心,則能耗將減少1/4(LBNL,2016)。
各公司的數(shù)據(jù)也證明了超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的效率優(yōu)勢(shì)。 根據(jù)谷歌公司發(fā)布的數(shù)據(jù)(2020),其數(shù)據(jù)中心的能源效率是典型企業(yè)數(shù)據(jù)中心的2倍。 與五年前相比,谷歌以相同的電量提供大約7倍的計(jì)算能力。 Facebook所擁有的數(shù)據(jù)中心數(shù)量由2015年初的4個(gè)增加到2019年底的15個(gè)。 而數(shù)據(jù)中心排放量占比持續(xù)下降,由2015年的93.8%下降至2019年的82.5%。 其排放強(qiáng)度已降至0.1,用戶使用Facebook一年所產(chǎn)生的
碳排放要比制作一杯黑咖啡更少。 如下圖所示。
Facebook 溫室氣體排放結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度(范圍1和范圍2)
與離散的企業(yè)數(shù)據(jù)中心相比,云數(shù)據(jù)中心可以更有效地管理電源容量、優(yōu)化散熱、利用高能效服務(wù)器并提高服務(wù)器利用率。 隨著數(shù)據(jù)中心行業(yè)的不斷發(fā)展,本地計(jì)算和云計(jì)算之間的效率差距將繼續(xù)擴(kuò)大。 根據(jù)IDC數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)中心在未來(lái)四年(2021-2024年)向云計(jì)算轉(zhuǎn)型可減少10億噸(甚至更多)的二氧化碳排放。 那些用先進(jìn)技術(shù)打造的大型云數(shù)據(jù)中心,雖然自身消耗了較多的電能,但通過(guò)聚合計(jì)算節(jié)省了整個(gè)社會(huì)的能源消耗。