绿色算力技术创新研究报告（2024年）

(2024年) 中国信息通信研究院云计算与大数据研究所2024年03月 版权声明 本报告版权属于中国信息通信研究院，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：中国信息通信研究院”。违反上述声明者，本院将追究其相关法律责任。 前言 算力是数字经济时代集信息计算力、网络运载力、数据存储力于一体的关键生产力，已成为推动各领域数字化、智能化转型的重要基石。自我国正式提出“双碳”战略目标以来，绿色低碳、节能环保成为各产业布局的底层逻辑，经济社会对生产、应用和消费绿色算力提出明确诉求。 技术创新是绿色算力发展的根本。当前，算力产业正以绿色为主攻方向，推进算力基础设施全生命周期绿色设计，围绕计算、存储、网络等核心环节加强技术攻关，构建算力资源供给与应用相融合的“数字化”+“绿色化”服务体系，以实际行动积极践行“双碳”战略，实现数字经济高质量发展。伴随产业链上下游各方的共同协作与融合发展，绿色算力在新技术、新产品、新解决方案的落地应用上取得了积极进展。 为梳理绿色算力技术创新发展态势，推动我国算力产业绿色高质量发展，中国信息通信研究院云计算与大数据研究所编制《绿色算力技术创新研究报告（2024年）》。报告从算力供需视角出发，聚焦算力设施、算力设备、算力平台、算力赋能“四位一体”绿色发展，剖析绿色算力的发展背景、概念内涵、发展演进路径和属性特征，深入探讨绿色算力在设施层、设备层和平台层的技术创新发展情况，总结绿色算力技术赋能的典型应用场景，最后展望我国绿色算力发展，并提出对应建议。 绿色算力相关技术、产业正处于高速发展阶段，本报告在编写过 程中，查阅和参考了行业相关材料，并对众多算力产业链核心企业展开调查研究，感谢业界对本报告的支持！如对本报告有建议或意见，请联系云计算与大数据研究所数据中心团队dceco@caict.ac.cn。 目录 一、绿色算力发展态势..............................................................................................1 （一）绿色算力发展背景.................................................................................................1（二）绿色算力概念内涵.................................................................................................3（三）绿色算力发展演进.................................................................................................6（四）绿色算力属性特征.................................................................................................9二、绿色算力设施层技术创新................................................................................ 11（一）建设绿色能源替代，降低供电传输损耗......................................................11（二）创新储能部署方式，探索环境友好介质......................................................13（三）应用自然冷却技术，突破液冷技术难点......................................................15三、绿色算力设备层技术创新................................................................................17（一）优化服务器硬件节能，发展动态能耗管理.................................................18（二）开发存储材料及工艺，促进数据技术高效.................................................20（三）应用无损网络介质，推动弹性网络部署......................................................23四、绿色算力平台层技术创新................................................................................24（一）迭代资源管理技术，调度绿色算力资源......................................................25（二）简化产品开发模式，优化模型算法效率......................................................27（三）完善环境监测体系，实现智能动态调优......................................................29五、绿色算力技术赋能经济社会发展....................................................................31（一）加速科研技术革命...............................................................................................32（二）赋能产业节能低碳...............................................................................................33（三）助力社会治理格局构建.....................................................................................34六、绿色算力发展的展望与建议............................................................................36（一）加强绿色算力政策保障.....................................................................................36（二）夯实绿色能源底座支撑.....................................................................................37（三）巩固绿色设备技术创新.....................................................................................38（四）聚焦绿色平台能力建设.....................................................................................38（五）深入挖掘应用场景价值.....................................................................................39 图目录 图1绿色算力框架图...............................................................................................................3图2绿色算力发展演进阶段..................................................................................................6图3绿色算力属性特征...........................................................................................................9 一、绿色算力发展态势 数字经济时代，算力正在成为一种新的生产力，广泛融合到社会生产生活的方方面面，为千行百业的数字化、智能化转型提供基础动力。以数据中心、智算中心为代表的算力基础设施作为算力的重要载体，承载着支撑数字经济发展的重任。近年来，算力总规模不断扩大、用能需求不断增长，其绿色发展进程受到广泛关注，推动算力向绿色算力发展势在必行。 （一）绿色算力发展背景 政策上看，我国算力绿色发展的侧重点，正逐步从聚焦数据中心规划、选址、布局绿色转向到实现产业用能、生产和应用的全链条绿色。早在2013年1月，工信部等部门印发了《关于数据中心建设布局的指导意见》，提出要充分考虑资源环境条件，推进绿色数据中心建设。随着我国算力产业总体规模快速增长，以数据中心为代表的算力基础设施整体能耗和碳排放问题越发突出，政策开始关注用能环节绿色。2020年12月，发改委出台《关于加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见》提出要探索电力网和数据网联动建设、协同运行机制。2021年7月，工信部出台《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》鼓励企业探索建设分布式光伏发电、燃气分布式供能等配套系统，引导新型数据中心向新能源发电侧建设，就地消纳新能源。 “双碳”战略提出后，国家强调要坚持把节约资源贯穿于经济社会发展全过程、各领域，算力全产业链绿色发展逐渐具备政策基础。2021 年9月，国务院发布《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》提出要加快构建清洁低碳安全高效能源体系，提升数据中心等信息化基础设施能效水平。2021年12月，国家发改委等四部门发布《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》提出要发挥市场主体作用，强化标准引领，引入竞争机制、激励机制和成本倒逼机制，促进全产业链绿色低碳发展。2023年10月，工信部等六部门联合出台《算力基础设施高质量发展行动计划》提出要推进算力应用全产业链节能减排。 产业上看，算力市场规模稳步增长，算力市场主体日益丰富，坚持绿色发展是实现高质量发展的必然要求。随着算力应用场景不断拓展，算力需求愈发旺盛，截至2023年6月底，全国在用数据中心机架总规模超过760万标准机架，我国算力总规模达到197EFLOPS（每秒1.97万亿亿次浮点运算），存储总规模超过1080EB（1.08万亿吉字节），算力总规模近五年年均增速近30%。算力产业生态主体日益丰富，以中国电信、中国移动等为代表的基础电信运营商，和以世纪互联、秦淮数据等为代表的第三方数据中心运营商，依靠建设起步早的先发优势已在本土持有大规模数据中心资源；我国传统工业企业，如国家电网、南方电网、中石油、中石化等也开始积极推动算力基础设施建设，为企业数字化转型提供支撑；阿里巴巴、腾讯、百度等互联网厂商借助平台优势，全面应用自研核心技术自建云计算、智算数据中心；随着芯片、服务器在人工智能、云计算和数据中心等领域发 挥着越来越重要的作用，国内算力设备头部厂家，如浪潮、华为、新华三、联想等在硬件算力方面不断进行技术创新与突破。 总的来看，算力市场具有产业链条长、参与主体多、应用范围广泛等特点，各企