在谷歌与比特币背后：互联网消耗了多少能源？

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原文作者： Nicola Jones

在美国俄勒冈州一个叫做普赖恩维尔的小镇上，坐落着Facebook三个庞大的数据中心，你上传到Facebook的度假照片，很有可能就储存在这里，而这家公司还计划再建两个数据中心。在这些比航母还大的厂房里，成千上万的电路板一排排陈列在架子上，一直延伸到没有窗户的大厅尽头，距离长到工作人员得骑着滑板车穿过。

Facebook位于瑞典吕勒奥的数据中心。

来源：Jonathan Nackstrand/AFP/Getty

这些庞大的建筑是新行业之王——信息提供商——的宝库。按市值计算，当前全球五大公司分别是苹果、亚马逊、Alphabet、微软和Facebook，取代了壳牌和埃克森美孚等巨头。 尽管信息工厂不会喷出滚滚黑烟，也不会有嘎吱作响的齿轮，但不代表它们就不会对环境造成影响。 随着互联网和手机流量需求暴增，信息产业的能源消耗也将迎来爆炸式增长。

来源：Andrae, A. & Edler

目前，数据中心每年消耗约200 TWh电力，超过伊朗等一些国家全国的电力消耗，不过该电量仅是全球交通用电的一半，也相当于全球电力需求总量的1% （参见“能源规模”） 。数据中心占全球碳排放的0.3%左右，而信息与通讯技术（ICT）生态系统——包含个人数字设备、手机网络、电视在内的宽泛定义——占全球碳排放的比例达到2%以上。这使得 ICT的碳足迹与航空业排放量相当。

未来会发生什么很难预测。 但最令人担忧的一个模型预测，在今天出生的孩子长成青少年之时，ICT的用电量将超过全球用电量的20% ，而其中数据中心占据1/3以上 （参见“能源预测”） 。如果计算密集型加密货币比特币持续发展，那么能源需求的急剧增长可能还要更早一天到来 （参见“比特币之噬”） 。

就目前而言，尽管对数据的需求不断增长，但是ICT的电力消耗几乎保持平稳，这是因为互联网流量和数据负载增加的同时，能源效率也在提高，比如关闭老旧设施，取而代之以像普赖恩维尔镇上那样的超高效中心。

不过，这种乐观的情况可能维持不到10年。美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的数据中心能效专业中心负责人Dale Sartor说：“现在的趋势是好的，但无法保证5-10年后是什么样。”

随着能源紧张的未来一步步逼近，学术实验室的科学家和世界上一些最富有公司的工程师开始探索如何控制ICT行业对环境的影响。他们正在简化计算流程，转用可再生能源，研究更好的方法来冷却数据中心并回收废热。

伊利诺伊州西北大学的工程师Eric Masanet表示，必须“严密控制”ICT的能源消耗。Masanet是去年国际能源署 （IEA） 数字化与能源报告的联合撰写人。他说，如果我们要未雨绸缪的话，那么应当控制未来的能源需求。

“我们处在一个非常渴望数据的社会，日益增长的数据使用都在消耗越来越多的能源。”

切换高速道

或许对ICT未来能源需求最令人震惊的预测来自Anders Andrae，他在华为瑞典从事ICT可持续方面的工作。据他预测，到2030年，数据中心用电量将增长15倍左右，达到全球用电量估值的8%。

这些骇人的数字引发了不少争议。 Masanet说：“这些年来，人们对ICT的能量消耗做出了许多耸人听闻的预测，后来都被证明是杞人忧天。” 去年，IEA的报告预测，尽管数据中心工作负载将迎来暴增——2020年达到2014年的3倍——但能效的提升意味着用电需求只会增长3%。有研究人员表示，到2020年，随着智能手机逐渐取代较大型设备，ICT碳足迹甚至会减少。

在过去5年里，数据中心电力需求大致保持平稳，部分原因在“超大规模数据中心的转变”——也就是超高效信息工厂的兴起。这些工厂采用有组织的统一计算架构，能够轻松扩展数十万台服务器。

开放计算项目 （Open Compute Project） 的首席技术官Bill Carter告诉我们，超大规模数据中心大约10年前出现，当时亚马逊和谷歌等公司对服务器的需求开始超过25万台，甚至更多。在那时候，遵循常规的做法，使用计算公司现有的硬件毫无意义。

“你有机会层层简化直到刚好达到你所需要的程度，使之特适于你的应用。”Carter说。新的超大规模数据中心专门设计了准系统服务器。“因为没有视频监视器，我们去除了视频连接器；因为没有人在机架上走，我们取消了闪烁的灯光。服务器上也没有螺丝钉。”Carter说道。平均而言， 超大规模数据中心的一台服务器相当于传统中心的3.75台。

信息和通讯科技占全球碳排放的2%以上。

来源：SVTeam/Getty

超大规模数据中心节省的成本可以从它们的电力使用效率 （PUE） 中得知，PUE也就是所有运作所需要的电力——包括灯和冷却系统，除以计算的电力消耗 （1.0的PUE是一个完美的分数） 。传统数据中心的PUE一般是2.0；超大规模数据中心将这个数字砍到大约1.2；而谷歌的所有中心，都达到傲人的1.12。

老旧或技术落后的数据中心设备混杂，可能很难优化——其中一些设备甚至已经无用了。2017年，来自加州的一名IT顾问兼领先的国际IT专家Jonathan Koomey和一位同事一起，调查了藏在企业壁橱和地下室的16000多台服务器， 发现其中1/4是“僵尸”，一边耗电，一边什么作用也没派上 ——或许只是因为某个人忘记把它们关掉。“这些服务器待在那儿什么也不做，光耗电，这太过分了。”Koomey说。

在2016年的一份报告中，劳伦斯伯克利国家实验室估计，如果美国小型数据中心80%的服务器迁移到超大规模数据中心，那么将节省25%的能耗。这项工作已经在推进中。

今天，全世界大约有400座超大规模数据中心，其中许多为小公司或大学提供服务，过去，这些机构都是有自己的服务器的。目前， 超大规模数据中心占全世界数据中心电力用量的20%。 IEA称，到2020年，这一比例将达到近50% （参见“超大规模数据中心转变”） 。

来源：IEA