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從高耗到高效,未來算力的綠色進化論2023-12-11

一顆拇指蓋大小的芯片,卻是絕大多數電子設備的核心,有“現代工業的糧食”之稱。若從資源消耗的角度看,算力芯片則被扣上“電老虎、碳排大戶”的帽子。每顆芯片在出廠前都要需要在超凈、恒溫、高溫高壓、強電磁場等極為精細的條件下進行,水和空氣更要經過多級過濾,這意味著大量的能源和水資源將被消耗。但同時,未來算力芯片仍被賦予更高期待,機器學習、人工智能、游戲、區塊鏈等日益多元的應用場景,都在催生更大的算力需求。于是,高速運轉的算力芯片,一邊把我們帶入一個萬物互聯的數字時代,另一邊也面臨高居不下的環境壓力。當算力需求遇上減碳訴求,二者是一對矛盾嗎?不應如此。作為一家半導體制造商和技術創新公司,英特爾就致力于尋找可持續的創新解法。在2020年提出的未來十年“RISE”戰略中,英特爾將代表可持續發展的“S”(Sustainable)寫入戰略的一大組成部分,并將其視作未來的重要生存要素。英特爾進入中國已經有38年,這家芯片界的成熟玩家不僅以數字化+綠色化的可持續解決方案,貫穿于公司的所有業務流程;同時也把可持續理念傳遞給更廣闊的世界,與眾多行業合作伙伴、客戶和供應商合作,在PC、數據中心、通信、邊緣計算等領域推出各種創新解決方案,共同減少生態圈的環境足跡。在英特爾的這場可持續行動中,科技和自然正在走向一個和諧共生的理想之境。

 1、生產一顆“綠芯”,需要幾步? 

從一粒沙子到一枚芯片,需要經過硅純化、拋光、電鍍、光刻、蝕刻等數道工序, 這也意味著,若把生產模式轉向可持續,就要從產業鏈條的各環節下手,從原料采集、使用到最終回收、處置,可持續理念應包含在產品的全生命周期中。英特爾的產品涵蓋處理器、芯片組和各類存儲器,可看作是智能設備的“心臟”。近年來,英特爾持續通過底層生產技術的綠色創新,包括重構設計、采購、制造、產品交付和服務方式、使用可再生能源、綠色化學、水資源管理等技術,讓芯片性能攀升和能耗降低,實現雙管齊下。首先,電力是能源轉型的中心環節。盯住了電,就盯住了整個產業鏈的能源結構轉型。過去十年,英特爾園區的可再生電力裝置數量、容量都呈現指數級增長。如今,英特爾在全球的23個園區中有100多個可再生電力裝置,采用多達22種不同的技術應用。不僅包括為人熟知的太陽能、風能,還有微型生物能、地熱能等電力技術。據英特爾官方數據顯示,2022年底,英特爾的全球可再生電力使用率已達93%,高于2021年的80%。相對2030年實現全球業務100%使用可再生電力的目標,英特爾又近了一步。在最新推出的第四代英特爾®至強®可擴展處理器中,其制造環節就使用了超過九成的可再生電力。在這款處理器中,英特爾還采用內置加速器,將目標工作負載的平均每瓦性能提升2.9倍。特別是在優化電源模式下,每個CPU可實現高達70瓦的節能效果,能為大部分工作負載節約20%的能耗,而對系統性能只有不到5%的影響,讓性能提升+能耗降低成為可能。對于芯片生產來說,另一大難題則是水資源管理。硅片表面的微小雜質,需用大量的水、化學溶劑清洗,還得是不含任何金屬離子、也不導電的超凈水。水資源的合理利用,直接關系到芯片企業的生產能力。如今,英特爾已把可持續的水資源管理,視作全球各工廠的首要任務:提高水資源利用效率的同時,也積極關注水排放,重視水資源保護和恢復水平。例如在英特爾成都工廠,英特爾采用升級冰機和冷卻塔管理系統與控制設備,可實現年節電量275萬度,節水約4000立方米,從而減少約2100噸的碳排放。當全球資源消耗不斷加劇,英特爾把另一大工作重心投向資源的永續利用。例如成都工廠內的雨水收集系統,每年可節約40萬加侖的淡水使用量,讓本被廢棄的雨水再次回到水資源利用循環之中。在保證產品質量的前提下,英特爾成都工廠開展包裝物的循環利用,例如讓芯片的一次性晶圓包裝盒實現多次循環利用,每年能減少約2萬個晶圓包裝;并且取消晶圓包裝物物料和干燥劑以及濕度卡的使用,以減少運輸中塑料、干燥劑和紙張等消耗。一系列循環化、極簡化的包裝減量策略,可讓英特爾在未來5年減少約67萬個相關材料的使用。在一個名為“Explore Intel(探索英特爾)”的網站上,英特爾將可持續行動的階段性進展予以呈現,包括循環水處理、綠色能源使用情況、廢棄物再利用情況等,讓這些技術成果更加透明、可視化地對外傳遞。英特爾希望行業伙伴、社會公眾“探索”的,不單是更加先進的技術演進,更應該是包含持續深入的綠色進化論。正如英特爾公司副總裁、英特爾中國區公司事務總經理周兵此前所言:“對英特爾而言,可持續發展不是靜態的,而是動態的;不是某些環節的,而是全鏈條的;不僅是內生的,也是外延的。” 

2、更廣的技術“手印”,帶來更少的碳“足跡”

 “上善若水,水善利萬物而不爭。”這是先賢老子寫在《道德經》中的一句話,含義是指水滋養萬物,而不會參與到爭利當中。英特爾也用“水利萬物而不爭”來形容其生態之道。在更廣闊的產業生態中,英特爾積極發揮連接、賦能、融合的作用,通過擴大節能技術“手印”,攜手生態伙伴在服務器、網絡、客戶端等諸多應用場景,構建起一個可持續生態。數字經濟時代,算力已成核心生產力,數據中心更成為芯片的主要落地場景之一。當芯片技術不斷點燃計算與存儲的龐大需求后,云計算設施和數據服務器同樣面臨高碳排挑戰。據中國能源報官方數據顯示,2022年全年,全國數據中心耗電量達到2700億千瓦時,占全社會用電量約3%,而未來這一數字還將不斷攀升。眾多綠色解決方案中,冷卻系統的節能成效最為顯著。當下,行業風向正從風冷轉向液冷,可形象地理解為從“吹電風扇”到“泡冷水澡,鋪涼席”的演變。液冷技術是用液體取代空氣作為冷媒,與CPU、芯片組、內存條以及擴展卡等發熱部件進行熱交換,帶走熱量。由于液體比熱容遠高于氣體,液冷技術以低能耗、高效率的優勢,成為下一代的主流趨勢。據英特爾官方數據顯示,傳統風冷的數據中心電源使用效率 (PUE)能到1.4-1.5,但液冷能做到近1.1。從2015年開始,英特爾和浪潮信息展開液冷技術預研合作,基于一系列創新成果,自2019年雙方開始將目光投向解決行業的一大基礎性難題——數據中心冷板液冷解決方案的技術標準化。

 “起初,英特爾和浪潮信息在技術預研方面已取得不錯成果。但后來我們發現,雖然冷板液冷技術已經相對成熟,但如何評估一臺冷板液冷系統中冷板產品質量好壞?當時產業完全沒有一個被廣泛接受的標準,產品質量與驗證方法無據可依,更無從談及標準化與成本優化。”英特爾中國綠色數據中心與可持續發展項目組負責人彭振飛說。2022年,英特爾與浪潮信息等多家產業生態伙伴聯合發布《綠色數據中心創新實踐——冷板液冷系統設計參考》白皮書。今年,雙方又聯合發布《服務器及存儲用液冷部件技術規范第1部分:冷板》團體標準,對冷板液冷行業質量和產品標準都做出規范,以填補此前的標準空白,進一步推動建立并完善冷板液冷的生態系統,幫助生態內更多云服務商與各行業客戶減碳與增效。“以往客戶采購時,供應商A說A好,B說B好,那誰說了算?我們要做的事就是降低市場與技術門檻,形成一個統一的質量評測體系,讓行業用戶知道什么樣的產品,才是市場真正需要的。”彭振飛說。不僅如此,英特爾與浪潮信息協同創新,共同完成了全液冷服務器參考設計平臺的研發工作并探索了多種成本優化的技術選項。浪潮信息依托其天池液冷產業基地,展現了自身先進的液冷制造能力,系統化的品控管理體系,對液冷標準落地,推動產學研用起到了促進作用。面向整個市場,英特爾在2023年推出綠色數據中心技術框架2.0,彭振飛把這個框架形象地稱作“綠色菜單”, 其中包括四橫四縱的十三種能力,可根據不同行業客戶的特點與自身成熟度給予定制化解決方案,讓客戶選擇適合自己的“菜譜”。國際數據公司(IDC)最新發布的報告顯示,2023上半年中國液冷服務器市場規模達到6.6億美元,同比增長283.3%,預計2023年全年將達到15.1億美元。可以說,液冷技術已到達“爆發前的臨界點”。當行業前景已然明朗,液冷技術將加速走上“風口”。此時,英特爾已聯手生態合作伙伴、行業協會等多方參與者提前構建起一套更加標準化的生態,為整個行業的健康發展鋪就一條可持續之路。不僅是云端合作,英特爾已和生態伙伴構建起“云網邊端”的全場景、全方位減碳生態。例如在網端,中國電信和英特爾合作推出算力網關,實現算力精準匹配;在邊緣,英特爾與特斯聯合作推出智慧園區解決方案,利用AI感知合理分配園區的能源消耗;在終端,英特爾和同方計算機打造出綠色PC,通過全生命周期管理,還更多資源給自然。 

3、讓可持續融入企業DNA 

 可持續發展浪潮下,“商業向善”不再是一句簡單口號,而是根植于企業DNA之中,借助商業力量創造更多社會價值。企業由此展開的人文關懷,也進一步延伸至環境保護、社會公益等各個方面,形成可持續時代下的新型敘事。 自2012年起,英特爾開展成都云橋濕地保護項目,包括濕地自然護理,生物多樣性數據收集與整理,設施維護完善等工作,助力當地水生態修復,讓內部員工深入了解生態環保價值的同時,也將向善的力量不斷傳遞給更多人。

 “持續發展一定是長期投資,它并非一個開關,只要一打開就能解決所有挑戰。”今年4月的英特爾可持續論壇上,英特爾首席可持續發展官Todd Brady談到。可持續發展關乎人類未來,也是未來企業的必由之路。英特爾還將不斷加深數字化和綠色化的協同發展,在助力推動全行業邁向可持續計算的道路上,走向更遠的可持續未來。