从技术引领到行业先行,联想推动HPC迈入“零碳时代”

从技术引领到行业先行,联想推动HPC迈入“零碳时代”
2021年10月27日 19:15 壹观察

文丨壹观察 宿艺

伴随“数字中国”、“新基建”等国家顶层战略的稳步推进,算力作为新技术变革时代“基础能力”的作用进一步提升,加速推动我国数字经济向“算力依赖型”产业聚焦,市场对高性能计算的需求迎来井喷期。

应用场景的持续裂变,让高性能计算打开了数字经济快速增长的阀门,也面临着“科学应用”到“国民应用”、“传统应用”到“绿色应用”的多重挑战。今年9月,发改委在《完善能源消费强度和总量双控制度方案》中指出,要“强化和完善能耗双控制度”、“倒逼产业结构和能源结构调整”,在“双碳”旗帜的指引下,为千行百业发展模式明确了新的绿色科技创新视角。

联想企业科技集团HPC&AI营销总经理于涛在10月21日举办的2021 CCF全国高性能计算学术年会(HPC China 2021)上发表了《如何实现HPC“低”碳计算》的主题演讲,提出“溯源、增效、回收、清洁”的“减排四步法”,同时展示了联想兼顾高效能与低排放两大核心需求的技术方案与实践成果,为业界顺利转向可持续增长路径提供了清晰思路。

▲联想企业科技集团HPC

高性能计算迈向绿色变革需要技术创新与产业应用的“引领者”,主动担当这一角色的正是联想。凭借其20多年技术积累与产业深耕优势,联想当前正在引导和带动产业上下游协同合作,不断优化数字经济发展的“倍增器”,着力打造能够加速实现“数字中国”+“双碳”战略目标的新引擎。

"双碳"之下,高性能计算寻求绿色方案

对于数字化时代演进,高性能计算意味着什么?

Grand View Research预测,全球高性能计算市场规模将在2020年到2027年期间以6.5%的复合年增长率向上发展,2027年将达到536亿美元价值。换句话说,高性能计算是智能时代的高效生产力,也是数字经济的重要底座。

从产业视角来看,高性能计算行业的先进性,实际上反映了一个国家“数字技术土壤”的肥沃程度。随着工业物联网、边缘计算、人工智能等技术应用场景范围持续拓宽,高性能计算展开了从科学计算领域向政府、能源、教育、医疗、金融等民生领域的延伸,不仅给国民经济发展传递了一股强力拉动作用,也加速释放了我国数字革命势能。

然而,高性能计算发挥的效用越显著,随之带来的高能耗、高排放就越无法忽视。有报告预测,到2035年,中国数据中心和5G的碳排放总量将达2.3亿-3.1亿吨,其中,数据中心的碳排放将比2020年最高增长103%。

如此高的碳排放从何而来?HPC China 2021大会上,于涛将数据中心的碳排放过程分为了两个主要来源:一是上游生产阶段,包括机器加工、包装运输、组织人员工作等产生的各类能耗;二是设备运算阶段,主要是设备自身运行以及制冷、配电等系统的用电能耗。

据业界统计,2018年全国数据中心总用电量已超过1608亿千瓦时,高于上海市当年全社会用电量,与三峡大坝的全年发电量相当。更值得关注的是,大多数数据中心实际上处于PUE(数据中心总能耗/IT设备能耗)偏高的运行状态,有很大一部分电能其实耗费在非IT设备部分,数据中心低效的部署和运维造成了极大能源损失。

为此,围绕数据中心的“低碳”需求变得愈发迫切。2020年12月,发改委提出“到2025年,东西部数据中心实现结构性平衡,大型、超大型数据中心运行电能利用效率降到1.3以下”;今年5月,工信部等四部门联合印发《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》的通知,强调要推动数据中心合理布局、供需平衡、绿色集约和互联互通,实现数据中心绿色高质量发展。

作为行业内较早展开绿色智能算力探索的企业,为推动高性能计算转向“高效能+低排放”的双轮驱动式发展,联想最新提出的低碳数据中心建设方案中,通过提高可再生能源利用率,降低IT非必要负载,和废热回收再利用等方式,已经可以实现节电35%,减少碳排放55%,结合联想温水水冷技术,数据中心PUE值更实现低至1.1,这一重要成果荣获“技术创新奖”,也为行业低碳转型升级树立了新标杆。

▲联想温水水冷技术荣膺“技术创新奖”

《壹观察》认为,在长期主义视角下,无论从“碳中和”还是经济效益层面考虑,高性能计算都必须调整以往“埋头向前冲”的姿态,以更科学、更精细的管理手段探索能耗控制极限,量身打造出能够支撑自身持续发展的绿色新路径。

迈向"零碳未来",联想HPC绿色创新屡获突破

高性能计算产业酝酿绿色变革,数据中心生态亟待重构,也对高性能计算基础设施提供商探索新路径、新理论、新技术,以及监测核算等提出了全新需求。

作为全球最大的高性能计算解决方案提供商之一,联想迅速捕捉到了数字技术低碳化发展的必要性,率先展开高性能计算的低碳化创新实践。于涛在HPC China 2021大会上表示,根据高性能计算碳排放的实际链路,联想已探索出以“溯源、增效、回收、清洁”为核心的“减排四步法”,对于行业具有极大的借鉴和参考价值。

第一步,溯源。购买一台服务器不仅拥有了它的使用权,同时也继承了它生产过程的碳排放,因此购买低碳企业制造的产品是降低隐含碳排放最容易实现的一点。以联想为例,通过选择低温锡膏这样的新型工艺,联想能够减少电子元件组装过程中35%的能耗和碳减排,同时从2007年开始,在服务器、台式机、笔记本等产品中全线应用废旧塑料再生技术,总计减少碳排放约6万吨,相当于种植300多万棵树,极大降低了产品的隐含碳排放。

第二步,增效。采用专业的温水水冷服务器,PUE最低可达到1.1以下,节省高达42%的能源。降低数据中心的能耗,间接降低了碳排放。围绕这一点,联想着眼于服务器散热解决方案的创新,在业界由传统风冷技术转向液冷技术发展的主流趋势下,创造性地研发出“温水水冷技术”。

第三步,回收。通过温水水冷技术可以实现热回收,HPC运算废热产生的60°中高质量的热水可以用于楼宇供暖,泳池加热等场景,通过重复利用热能碳补偿方式进一步减排。

第四步,清洁。数据中心要最终实现碳零排放,有赖于清洁能源的利用率。于涛表示,不论怎么去做,总会有一部分电力损耗,这就需要通过清洁能源的购买来解决。通过大规模地购买使用清洁能源,联想目前每年耗费的数亿用电中,已经做到近70%的发电来自于可再生能源。

联想通过技术探索实现落地的“减排四步法”,与“绿色冬奥”的价值观不谋而合。不久前,央视《焦点访谈》就将联想温水水冷技术作为国内碳中和先进案例进行过介绍,报道称,联想为北京市气象局搭建了800台高性能计算系统,不仅满足了精确到分钟级和百米级的气候及环境气象业务应用需求,更能够减少42%的能耗和间接碳排放,真正助力绿色冬奥。

此外,2020年美国动画巨头梦工厂对数据中心冷却系统的改造升级,也应用了联想的温水水冷技术。据了解,梦工厂所投入使用的联想独家海神(NeptuneTM)液态冷却系统,可以实现能耗降低三分之一,极大优化动画制作工程的资源配比。

能够屡次实现绿色算力创新突破、不断在重要应用场景发挥可靠效用,基于联想在高性能计算领域的20余年深耕。在此前发布的《联想高性能计算解决方案白皮书》中,联想面向全行业客户和产业伙伴集中、详尽地展示了其为政府科研教育、气象和海洋、石油石化、CAE仿真计算、生命科学等五大行业提供的高性能计算解决方案,分享建设强大高效、绿色智能算力基础设施的实践成果,积极履行了赋能行业转型、构建高性能计算发展新格局的“先行者”使命。

兼顾"高效能"与"低能耗",做HPC绿色变革先行者

率先向绿色算力领域展开探索的联想,是践行“低碳计算”的先行者,也是迈向“零碳未来”的排头兵。

依托自身在绿色节能算力基础设施领域的技术研发积累、生态建设能力,凭借技术创新升级引领行业加速向低碳化转型的同时,联想也为自己设立了短期、中期、长期目标,以科学有效的方法,有步骤、分阶段地迈向“零碳未来”,追求高性能计算的长期持续发展价值。

具体而言,在《2020/21财年环境、社会和公司治理报告》中,联想集团首次将温室气体减排目标上升至集团关键绩效指标考核(KPIs)的高度,表示今后将通过提高产品能效、加大可持续材料的使用率等方法尽可能减少自身对环境的影响。与此同时,报告中也提出两项明确承诺:到2025/26财年,联想集团一要实现全球运营活动90%的电力将来自可再生能源,二要带动整个产业链上下游共同转型,做到全球供应链减少100万吨温室气体排放,力争不晚于2050年实现净零排放。

从融合发展角度来看,“碳中和”甚至“净零排放”目标的加入,实际上对数据中心设计、建设、运维等全栈能力提出了更复杂的考验。就当前的成果而言,联想已经通过技术创新做到了高性能计算对“高效能”与“低排放”需求的双向兼顾,为高性能计算产业向绿色转型进行了一次成功探路。

面向“高效能”,联想坚持技术突破与创新开发齐头并进,在高性能计算机系统技术方面已申请国家发明专利85项,46项已获授权;技术应用方面,两次承担中国科学院网络计算中心主节点的建设任务,联想深腾1800万亿次集群系统更成为了世界上第一个实际速度超过1万亿次的大规模高性能集群系统;与此同时,市场表现同样高度稳定,最新全球高性能计算机TOP500榜单显示,在全球浮点运算性能最强的500台高性能计算机中,有184台来自联想,其份额高达36.8%。

面向“低排放”,除了尽可能利用创新技术赋能绿色数据中心建设,联想也在长年坚持践行ESG(Environmental,Social,Governance)理念,坚定做中国高科技制造企业ESG实践的样本和标杆。今年9月,联想在香港恒生可持续发展企业指数评级中获得IT行业企业最高评级AA+评级,随后的10月发布的2021年度中国企业ESG案例评选榜单上,联想再次获评“2021中国企业ESG最佳案例奖”,实现对该奖项的蝉联。

可以预见,联想今后也将继续扮演好“技术赋能者”与“低碳转型的先行者”角色,持续以应用场景和市场需求为驱动,实现“高效算力”与“绿色算力”的协同演进,更好地支撑数字技术高质量成长,不断为千行百业的数字化升级传递新动能。

《壹观察》评论

中国科学院院长侯建国今年9月在一场论坛上表示,实现“双碳”需要经济社会发展的全面绿色转型,涉及能源结构、工业交通、生态建设等各领域,迫切需要发挥科技创新在其中的引领和支撑作用。

为此,联想在这一关键时期向业界分享的“减排四步法”,已经不单单是一场低碳创新成果展示,更彰显了联想作为数字化转型引领企业、技术支撑企业的社会责任与担当。

《壹观察》认为,联想追求“零碳未来”的意义积极而多维,一是直接作用于自身,强化集团自身的持续发展能力;二是惠及多领域、多场景下的节能需求,优化数字化产业能源结构;三将有效带动产业上下游进一步实现绿色转型,推动千行百业构建高效能与绿色发展兼具的新格局。

尤其在“数字中国”与“双碳”目标下,高质量数字经济的发展脉络也将变得更为清晰。

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