如何实现绿色计算？

“绿色化”已经成为一种上升的趋势，无论是清洁能源、设备回收、绿色建筑等，都是为了保护环境做出的选择，甚至有慢慢成为首选的趋势。计算产业也不例外，为了减少技术对环境的影响，提高计算的能效，绿色计算可以说是必行之路。

在IBM的诠释中，绿色计算是在设计、制造和使用计算机、芯片等其他外围设备的同时，限制对环境的有害影响，包括减少来自制造商、数据中心和终端用户的消耗能源和碳排放。鉴于落实到用户身上需要更加复杂的举措，所以大部分推行绿色计算的行动都是先从制造端与数据中心上开展的。

加快芯片设计与制造的同时降低碳排放

从设计角度来看，对性能和降低能耗的需求仍是齐头并进的，比如下一代的GAA 2nm芯片，在提高性能的同时也降低了能耗，实现更高的能效比随着工艺的推进似乎并不是件难事，但在工艺进展缓慢之后，如何继续保证这样的趋势就是问题的关键了。

已经被采用的措施也很多，力求从各个角度来攻克能耗问题，比如芯片睡眠模式、改善半导体材料的选择、切换芯片计算架构、提高EDA效率等等。尽管这些举措对减少碳排放起到的作用有大有小，但足以看出设计上如何实现绿色计算的灵感远远没有枯竭。

制造端的问题就比较难解决了，这牵扯到供需关系和各个地区的能源结构。从2020年起，全球陷入了一场旷日持久的半导体供应困境，晶圆厂的扩张成为常态。我们发现，产能扩张的速度根本跟不上需求增长的速度，这是因为考虑到“绿色化”的目标，晶圆厂的扩张也不再是随随便便了，从选址、能源供给、施工建造等等方面都要经过严格的环保评审。

以台积电为例，台积电在2017年到2020年这个智能手机SoC发展的黄金时间段里可谓赚得盆满钵满，但与此同时每年的碳排放也在逐级增长。2020年，台积电的二氧化碳排放当量已经达到了1700万吨，而这还是在台积电2018年发布了《气候变化声明》并宣称采取一定措施的结果。

台积电在2021年再次发布一份报告，并承诺短期目标是将2025年实现零排放增长，中期目标即在2030年将碳排放降至2020年的水平，长期目标则是在2050年实现净零碳排放。但考虑到台湾省的发电主力依然是火电组成，台积电的间接碳排放可能无法达成这些目标。所以台积电在帮助芯片减少碳排放的同时，自身却在挣扎于减少碳排放和完成业务目标的冲突中。

国内的绿色计算产业

对于中国来说，绿色计算是势在必行，从以上统计数据可以看出，2020年之前，国内的二氧化碳排放是在持续上升的，虽然从2010年起上升幅度减缓，但相较其他国家与地区更有效的减碳措施相比，国内在这方面做得还是不够的。这也是为何近年来国家开始紧盯双碳目标，开展“东数西算”工程的目的。

2016年，在工信部的指导下，华为、联想、戴尔、中科院计算所和Arm等企业及单位，共同成立了绿色计算产业联盟，涵盖了芯片厂商、服务器厂商、软件厂商和相关的研究机构和高校，该联盟已经推出了《绿色计算服务器可信赖测试方法》等一系列测试标准。

值得一提的是，该联盟的宗旨是以ARM计算芯片技术等开放技术为基础的，所以主要面向的还是已经推出的一系列ARM服务器芯片，比如阿里巴巴的倚天710、华为的鲲鹏920、Ampere Computing的Altra Max。可以看出，以ARM为基础架构的服务器芯片未来很可能会成为实现绿色计算目标的主力。

写在最后

不过即便在政策、联盟等因素的推动下，大规模实现绿色计算还是面临着不少的挑战。以国内西部地区的数据中心为例，这些数据中心有一部分是靠政策落地的，而不是根据实际需求来搭建的。而在真正的跨区域需求调动上还是缺乏灵活性，数据中心的空置率依然较高，可以说绿色能源到位了，但绿色运营还未到位。

至于基于ARM的服务器计算芯片虽然已经实现了超越传统x86机器的能耗比，但在应用生态上仍不算完整，目前还是只有容器与虚拟化、数据库和云游戏之类的云原生应用上线，计算负载的大头还是在x86机器上，只有完成了更多的应用迁移，才能将ARM的能耗比优势充分体现在数据中心上。

审核编辑：彭静

计算芯片数据中心身上

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