2026面向绿色算力的人工智能应用研究报告

一、绪论

我国算力基础设施建设持续推进，算力供给能力和资源规模不断提升。截至2026年3月底，我国在用算力中心机架总规模达1445万标准机架，截至2026年6月底智能算力规模达到2185EFlops（FP16），我国已建成万卡以上智算设施52个。算力中心建设形态由通用化、低密度部署向智算化、高密度部署演进，对供电容量、制冷能力、网络互联、资源调度和运行管理提出更高要求。算力中心用电需求随行业规模扩大同步增长，2019年至2024年，我国算力中心用电量由824亿千瓦时增长至1660亿千瓦时，过去五年年均复合增长率约为15%。据中国信通院数据，2025年我国算力中心用电量为1960亿千瓦时，同比增长300亿千瓦时，增速为18.1%，同期全社会用电量增速仅5%，算力中心用电增速仍高于全社会平均水平。我国算力中心能效水平持续提升，但传统设施节能的边际空间正在收窄。根据中国信通院数据测算，我国算力中心PUE由2019年的1.65降至2024年的1.46，但2024年较上年仅下降0.02，PUE降幅总体趋缓。

二、面向绿色算力的AI应用技术体系

人工智能技术经历了由知识规则驱动向数据学习驱动、再向通用模型与融合智能演进的发展过程。人工智能为绿色算力转型提供新路径，推动运维从依赖人工经验的被动响应向智能感知、分析决策与自主优化转变，由单点优化向跨系统协同优化转变。绿色算力AI技术体系由方法层、能力层和业务层三个层面展开。方法层以物理AI为核心，整合知识表示与推理、机器学习、强化学习、生成式人工智能等方法。能力层主要通过系统建模、预测分析、决策控制、异常诊断和知识服务等关键技术模块实现。业务层是将AI能力向算力中心全生命周期价值转化的落地界面，将前两层所聚合的能力，嵌入到从规划设计、运行调控到运维管理的完整决策链条。

三、面向绿色算力的AI数字孪生设计

算力中心能源系统的PUE设计预测，往往与投运后的实际数据存在偏差。仿真结果能否贴近真实运行状态，很大程度上取决于底层模型对设备性能和系统耦合关系的刻画精度。回顾建模技术的发展，可以看到行业一直在计算效率、工程安全和模型可信度之间寻找最优的解决方案。纯机理仿真阶段存在求解过程复杂、参数标定成本高等问题；纯数据驱动阶段存在物理可解释性低、数据依赖程度高等问题；物理AI融合建模提升了可解释性、降低了数据依赖、增强了可迁移性。数字孪生仿真平台将高精度模型置于逐时变化的运行条件中进行连续求解，模拟不同设备组合与控制策略下制冷系统的动态响应与能耗分布，使设计决策建立在真实工况的量化评估之上，从而实现面向动态运行的AI智慧设计。运行数据反馈是数字孪生从设计阶段持续延伸至运营期的关键，实现模型校验、支撑扩容设计和检验控制策略有效性。

四、面向绿色算力的AI能效优化控制

数据中心制冷控制由传统的单设备局部控制向系统协同、预测优化与自适应寻优演进，逐步形成基础控制、预测优化与安全保障相互协同的技术体系。智算场景下的节能需求，集中体现在负荷快速波动、冷却系统耦合增强以及算力负荷与冷却资源协同等方面。AI节能寻优可与算力调度系统建立信息接口，获取任务启停、资源利用率、功率变化趋势及运行计划等信号，提前预测冷量需求和热点迁移，并依据设备响应特性实施多时间尺度调节，实现算力负荷与冷却资源的动态协同。AI节能控制系统采用“感知—预测-寻优-控制－反馈”的闭环架构，实现面向全局的协同优化。边缘计算与端侧AI通过云边协同架构，实现数据接入、边缘处理、智能决策、控制执行与上层协同的一体化闭环管控。AI控制的可靠性、鲁棒性与韧性通过物理边界保护、运行约束与安全限幅、分级熔断机制、控制稳定性保障、通信与数据容错、故障自愈与韧性设计等措施保障。

五、面向绿色算力的AI算电协同

算力电力协同优化调度是数据中心由单一用电负荷转向电网互动参与者的核心技术路径。协同感知与联合预测是算力电力协同优化调度开展上层决策的重要前置基础。AI调度技术逐步取代传统规则式调度，形成机理约束与数据驱动相结合的分层闭环调控体系。算力－冷负荷双层映射模型结合预测前馈控制，可有效破解智算系统热惯性带来的温控难题，实现算力中心精细化、自适应智能热管理。蓄冷系统作为关键的柔性冷量调节资源，需融入全域算电冷一体化调度体系开展协同优化。储能系统AI-EMS通过云边端一体化智能架构，实现储能系统从被动监测向主动预测、自主优化、精细调控升级。

六、面向绿色算力的AI智慧运维

AI智慧运维以数据驱动、智能研判、闭环处置为核心，通过设备健康管理、故障智能诊断、自动化闭环运维与大模型知识赋能，实现从被动抢修向预测性维护、从经验依赖向平台赋能转型。建立设备动态分级机制，以健康度量化评价为抓手，差异化分配运维资源。结合工程机理与正常工况数据搭建设备性能模型，依靠多维度偏差特征识别长期性能退化。打通风险预测与运维工单链路，构建“风险识别－任务派发－现场处置－模型迭代”预测性维护业务闭环。规则、趋势、模型、传感器数据校验四类诊断策略协同应用，提升故障诊断覆盖率与准确率。FMEA实现故障知识标准化沉淀，动态故障树实现智能化路径推理，支撑高效根因分析。安全闭环保障基础设施稳定运行，能效闭环支撑低碳运营，管理闭环持续优化运维体系。采用 RAG 技术构建知识库，实现运维知识精准召回、来源可追溯，保障大模型输出内容可信。大模型运维助手融合知识库与实时业务数据，覆盖操作指导、态势查询、告警分析三大典型场景。

七、案例实践

报告列举了超算中心系统级协同寻优、水冷冷站系统节能及PUE诊断、风冷精密空调末端按需供冷、间接蒸发制冷数据中心智慧运维、风液协同数据中心分层寻优、高效机房仿真设计优化等案例实践，展示了AI在算力中心节能降耗、提升系统韧性、支撑低碳运营方面的应用价值。

八、前沿展望

在大模型与多模态AI技术持续迭代驱动下，算力基础设施加速向高密度、低碳化、智能化、规范化演进。绿色算力产业未来将依托全链条制度供给，实现从技术节能向制度赋能、从经验管控向标准量化、从单点优化向系统治理的进阶升级。超高密度万卡、十万卡级智算集群规模化落地，持续推动算力基础设施冷却与协同调控技术体系系统性革新。绿色算力应用逐步将摆脱传统人工建模、经验调参的静态管控模式，依托 AI for AI 范式打造具备自主感知、智能推演、动态寻优、持续迭代的自进化算力底座。在业务应用层面，行业将建立单位任务资源占用、算力减排效率等量化评价机制，推动算法优化、软件迭代与硬件更新协同降碳，实现同等业务产出下资源能耗持续下降。同时结合故障自主诊断、预测性运维、动态负载自适应调控，构建算力－电力－冷却－储能全域协同闭环，在严格保障业务SLA约束的前提下，持续降低PUE与碳排放，最终实现绿色算力从被动节能、人工管控向主动寻优、自主进化的应用形态跃迁，支撑AI产业长期低碳高质量发展。