脱碳计算：从头开始

去碳化计算：从根本出发 全球移动通信协会（GSMA）是一个将移动生态系统团结起来的国际组织，致力于发现、开发和交付为积极商业环境和社會變革奠定基礎的創新。我們的願景是釋放連接的全面力量，使人們、行業和社會蓬勃發展。代表移動運營商和移動生态系统及相關行業的組織，GSMA為其成員通過三大核心支柱提供服務：為善進行連接、行業服務與解決方案，以及推廣活動。這些活動包括推進政策、應對當前最大的社會挑戰、確保使移動通信得以運作的技术與互操作性，並通過MWC及M360系列活動提供全球最大平台，以匯聚移動生态系统。 gsma Intelligence是全球移动运营商数据、分析、预测的权威来源，也是权威行业报告和研究的发布者。我们的数据涵盖了全球每个国家的所有运营商集团、网络和mvno——从阿富汗到津巴布韦。这是目前最准确、最完整的行业指标集合，包含数千万个独立数据点，每日更新。 gsma intelligence被领先的运营商、设备商、监管机构、金融机构和第三方行业参与者信赖，用于支持战略决策和长期投资规划。该数据被用作行业参考基准，并经常被媒体和行业本身引用。 我们的分析师和专家团队针对一系列行业主题定期产出思想领先的行业研究报告。 我们邀请您了解更多www.gsma.com在推特上关注GSMA:@GSMA www.gsmaintelligence.com gsmaintelligence.com 作者 手臂 蒂姆·哈特，研究咨询部负责人 谢夫·普拉什·普查，咨询总监 Arm技术正在构建计算的未来。我们高效能的处理器设计和软件平台已使先进计算应用于超过2800亿颗芯片，我们的技术安全地为产品从传感器到智能手机再到超级计算机供电。与1000多家技术合作伙伴一起，我们正在使人工智能无处不在，在网络安全领域，我们正在为数字世界的信任提供基础——从芯片到云。未来正在由Arm构建。 本报告由GSMA Intelligence撰写，并由Arm支持。 www.arm.com 内容 执行摘要 2 1.141.26为什么可持续发展现在是当务之急可持续性关注的理由 2去碳化计算：ict的基石72.1计算需求增长72.2 芯片组：金字塔的基石82.3 人工智能至上9 3影响途径103.1理解用电情况103.2 将计算效率转化为能源减少 11 4Outlook134.1可持续性作为基石原则13 执行摘要 5g、数字化和人工智能推动计算资源需求 2022年至2030年，数据流量预计将增长六倍。其中最大的影响之一是需要相应增加计算资源。随着5G网络在全球范围内数量和规模的增长，许多运营商也大力投资网络自动化来处理日益复杂的网络管理工作负载。 计算能力的提升需要半导体设计和制造工艺的改进，以跟上激增的数字流量。尽管该领域取得了重大进展，但就其目前消耗的能源的供应和成本而言，仍存在限制。此外，新的芯片组设计必须接入新的网络和物联网网格，并能够与当前水平相比减少能源消耗。 大多数自动化策略的核心是将人工智能（AI）和机器学习（ML）引入网络。电信网络已经拥有许多AI应用场景，从运营和呼叫中心的生成式AI开始，发展到在无线接入网络（RAN）中部署AI/ML。在RAN中使用AI/ML需要对当前部署的基带芯片组进行重大升级，要求更高的核心数量以及设计中的AI引擎。因此，网络中的AI将推动计算资源需求的一波浪潮。这将全面体现出来——从设备端到边缘再到中央云。 新的芯片组设计必须以可持续性为基本原则。仅仅改进现有流程来提高能源效率是不够的。而必须从根本上着手——这始于计算脱碳的过程。 一个乘性效应 电信接入网络（固定和移动）和云各自占全球能源使用量的百分之超过1%，相当于每者约300太瓦（TW）。从这个起点出发，如果能源效率提高5%（得益于更节能的芯片组），移动网络的总体能源消耗每年将减少9太瓦。数据中心的可比数字是17太瓦。如果计算能源效率提高25%，按年度化的相同指标将是47和86太瓦。当然，有一些注意事项，比如可再生能源在整体能源结构中的份额变化以及数据流量的增长率。这些预测提供了一个量级上的感觉，而不是精确的预测。 通过更高效的芯片组，计算收益可以在堆栈的多个层级上实现。这会转化为网络能耗的整体降低。这从芯片组级别开始，并扩展到云端，最终到达设备，无论是消费者设备（例如智能手机和平板电脑）还是工业设备（例如无人机）。 精简指令集（RISC）和复杂指令集（CISC）（X86）架构在连续设计中优先考虑能效。Arm设计尤其通过针对它们运行的具体设备定制芯片设计和处理算法取得了重大进展，无论是智能手机、云数据中心还是电动汽车（EV）充电站。RISC借助Arm参考设计实现了巨大的扩展，现在已成为智能手机、物联网（IoT）设备以及数据中心/云基础设施中占绝大多数份额的选择。这种规模支撑了能效提升（RISC可达40%）沿着计算堆栈的传导效应。这就是为什么选择正确的计算架构如此重要的原因。Arm与RedHat的合作以及其使用Neoverse处理器的OpenShift容器明确将能效作为针对电信运营商和其他私有无线解决方案购买者的独特卖点（USP）。 以相同的能效提升（例如5%、10%等），接入网络和数据中心计算性能的提升，自身就能为到2030年所需的全球CO2减排贡献0.5%。对于能效提升分别为15%和25%的情况，这一贡献率分别上升到1.5%和2.5%。这还不包括通过5G连接（例如用于物联网或其他B2B应用（如机器人））和通过云计算提高生产力、减少浪费而实现的其它行业的排放节约。 那么，问题就在于计算效率可以转化为这些基础设施类别中多少能源减少？顺理成章地，碳排放也是如此。根据GSMA Intelligence的建模，这个数额是显著的。 微软邮件：解决悖论 到2050年实现碳中和是目标，全球运营商社区正积极拥抱净零排放目标。运营商所做的承诺覆盖了全球市场份额的三分之一，并在COP26之后持续增长。这些承诺以2050年为目标日期，意味着到那时之前，需要每十年减少50%的二氧化碳排放量。一些运营商集团设定了更激进的目标，包括沃达丰（2040年）、威瑞森（2040年）、西班牙电信（2030年）和Telia（2030年），这得益于快速向可再生能源转型，替代化石燃料，尤其是在欧洲。 连接端点的多样性和数量，以及软件优先环境中网络中心位置和边缘位置的数据中心。云原生5G RAN无疑将延续至6G。因此，我们预计灵活配置的计算架构将成为常态，并借助人工智能优化资源在何时何地被需要。 值得注意的是，50%的运营商认为自己在产品设计及营销方面的可持续性方面具有竞争劣势，而只有30%的运营商认为具有竞争优势，尽管大家都认同能源效率已成为企业技术购买者的关键购买标准。这对芯片供应商的启示是与运营商合作伙伴以及更广泛计算生态系统共同快速行动，以纠正这种矛盾。 1用碳减排来抵消计算需求激增的平方 21世纪正成为数字世纪，通信和互联网连接持续增长，全球企业及政府部门也正经历快速数字化转型。这些趋势推动了电信网络建设的持续投资，包括移动网络和固定线路宽带接入网络、光纤传输网络，甚至承载全球大部分互联网流量海底光缆系统。 这些发展确立了电信作为关键使能者和驱动者，在世纪期间将加速“数字时代”的中心地位。然而，本世纪的另一个（通常是抵消性的）主题是气候变化和缓解。这促使人们在各个层面越来越关注减少温室气体排放和缩小碳足迹，以及高度重视构建贯穿供应链的可持续运营实践。 1.1 为什么可持续发展现在是强制性的 今天，在塑造公共政策以实现具有实质性变革、推动可持续实践方面，存在显著的势头。2021年联合国气候变化大会（COP26）是决定各国政府和企业在过去五年应对气候变化影响方面进展的重要时刻。国际电信联盟（ITU）预测，信息通信技术（ICT）行业必须在2030年前将碳排放减少至少45%，以实现联合国气候变化目标。电信部门的特点在于其产出（例如数据流量和服务连接数量）持续增长，而它提供的服务（例如服务质量和覆盖范围）则持续快速提升。然而，维持这种增长所消耗的资源也在增加，这促使人们关注减少碳排放并推动可持续性。 可持续发展现在已成为世界各国政府和企业的当务之急，因为我们正处于一个关键节点。全球连通性和互联网接入民主化取得的强劲进展，与自然资源和生成资源的压力不断增加同时发生。随着移动和固定线路网络中传输的数据流量激增，有明确的必要性持续投资额外的计算资源，以支持日益多样化和数量众多的连接终端，以及在网络中心和边缘位置的软件优先环境中数据中心。 图1展示了由连接终端带来的互联网流量增长的惊人规模，到2030年将增长六倍。 图1 移动和固定（主要为光纤）交通流量将在2030年增长六倍 交通。虽然该领域已取得重大进展，但在当前工艺下，它们消耗的能源在供应和成本方面存在限制。此外，新的芯片组设计必须连接到新的网络和物联网网格，并能够与当前水平相比减少能耗。 数据流量预期增长带来的最大影响之一是需要相应增加计算资源，以处理并将流量从端点路由到数据中心再返回。计算能力的提升需要半导体设计和制造工艺的改进，以跟上激增的数字 1.2 可持续发展重点的合理依据 —声誉和对外关系随着气候变化这一存在性挑战在全球范围内赢得越来越多的关注，企业已无法置身事外或对气候变化和可持续发展的辩论选择退出，因为公众舆论和官方政府政策在这方面已明显转变。无论是对客户、员工、供应商、投资者还是监管机构，提升可持续性信誉并借助关键利益相关者通过生态系统推动变革正变得越来越重要。 超越环境紧迫性，对可持续发展的日益关注也为电信业带来了其他好处。电信业是数字革命的核心，正在改变日常生活和工作。因此，网络中做出的脱碳化改变将在电信领域内产生积极的外部性，将对其他行业和垂直领域产生积极的级联效应，并最终有助于实现应对气候变化的更大目标。 脱碳化带来的效益将源自多个领域： —财务收益– 当前的电信运营商面临着5G网络部署和投入成本上升的压力，尤其是能源成本。同时，营业收入保持稳定，消费者对5G的采用尚未产生最初宣传的变现机会。推动企业采用的5G-Advanced功能尚未普及。随着这种情况在短期内预计将持续，由于能源消耗减少而带来的投入成本降低所产生的任何节约，将对利润产生直接、有利的影响。 —企业可持续发展目标许多运营商已公开就其可持续性目标和净零排放路径发表声明。投资者和监管机构对其实现这些目标的能力正日益严格审视。鉴于多数运营商为上市公司，成功将为企业带来切实的利益。即使是私营公司，其可持续性承诺及实现这些目标的能 越来越多的运营商表示，可持续性和脱碳化是他们重要的优先事项。见图2。 可持续发展在2023年运营商的网络优先事项中排名靠前 图2 以下哪些业务优先级作为你当前网络转型战略的一部分有多重要？ 2去碳化计算：ict的基石 2.1 对计算的需求增长 仍然是一些高耗能功能。与此同时，随着连接密度的增长，网络所支持的连接数量（包括消费者和物联网）也在增加。这意味着每个“基站”，无论是宏基站还是微基站，都需要在容量方面具备更强的能力。这需要基站基带部分的硅增强，而这不可避免地会消耗更多能量。剩余的消耗由数据中心和核心网络（12%）以及运营（1%）造成。 随着网络扩展以消除覆盖盲区，覆盖更大范围的足迹将需要增加能源消耗。移动运营商作为GSMA Intelligence移动能效基准研究的一部分提供的数据，展示了移动网络中能源的使用情况。见图3。 大部分电力（87%）被消耗在无线接入网络（RAN）。它提供覆盖范围达数千平方公里，将能量转化为无线电波，并接收和处理传入信号。 电信网络的无源基础设施元素也存在显著的能源消耗。无源基础设施的作用是支持、保护和为有源网络元素供电。根据国家或地理位置，移动站点、它们所运行的规定和物理环境以及所经历的流量负载之间存在显著差异。因此，提高无源基础设施的能源效率可能是一项复杂且劳动密集型的工作。根据气候和电网质量