在数字经济时代，算力已成为集信息计算力、网络运载力、数据存储力于一体的关键生产力，是推动各领域数字化、智能化转型的重要基石。随着我国"双碳"战略目标的提出，绿色低碳、节能环保成为各产业布局的底层逻辑，经济社会对生产、应用和消费绿色算力提出了明确诉求。根据中国信息通信研究院发布的《绿色算力技术创新研究报告(2024年)》，我国绿色算力产业正迎来前所未有的发展机遇，技术创新成为绿色算力发展的根本动力。截至2022年底，全国在用超大型数据中心平均PUE(电能利用效率)已降至1.36，最优水平达到1.08，显示出我国在算力绿色化方面取得的显著进展。本文将深入分析绿色算力产业的发展现状、技术创新路径及未来趋势，为行业参与者提供全面的参考。
近年来，我国绿色算力产业在政策引导和市场需求的共同推动下快速发展。从政策层面看，我国算力绿色发展的侧重点，已逐步从单纯关注数据中心规划、选址、布局的绿色化，扩展到实现产业用能、生产和应用的全链条绿色化。这一转变体现了国家对算力产业可持续发展的战略布局。
回溯政策发展历程，早在2013年1月，工信部等部门就印发了《关于数据中心建设布局的指导意见》，首次提出要充分考虑资源环境条件，推进绿色数据中心建设。随着我国算力产业总体规模快速增长，以数据中心为代表的算力基础设施整体能耗和碳排放问题日益突出，政策开始更加关注用能环节的绿色化。2020年12月，发改委出台《关于加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见》，提出要探索电力网和数据网联动建设、协同运行机制，标志着政策导向向能源利用效率的深化。
"双碳"战略的提出为绿色算力发展注入了更强动力。2021年9月，国务院发布《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，明确提出要加快构建清洁低碳安全高效能源体系，提升数据中心等信息化基础设施能效水平。随后在2021年12月，国家发改委等四部门发布《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》，进一步提出要发挥市场主体作用，强化标准引领，引入竞争机制、激励机制和成本倒逼机制，促进全产业链绿色低碳发展。这些政策为绿色算力发展构建了完善的政策框架。
从市场规模来看，我国算力产业呈现爆发式增长。截至2023年6月底，全国在用数据中心机架总规模超过760万标准机架，算力总规模达到197EFLOPS(每秒1.97万亿亿次浮点运算)，存储总规模超过1080EB(1.08万亿吉字节)，算力总规模近五年年均增速近30%。这种快速增长一方面满足了数字经济发展的需求，另一方面也对能源消耗和环境保护提出了更高要求。
产业生态方面，市场主体日益丰富，形成了多元参与的竞争格局。以中国电信、中国移动等为代表的基础电信运营商，和以世纪互联、秦淮数据等为代表的第三方数据中心运营商，依靠建设起步早的先发优势已在本土持有大规模数据中心资源。值得注意的是，传统工业企业如国家电网、南方电网、中石油、中石化等也开始积极推动算力基础设施建设，为企业数字化转型提供支撑。互联网巨头阿里巴巴、腾讯、百度等则借助平台优势，全面应用自研核心技术自建云计算、智算数据中心。同时，国内算力设备头部厂家如浪潮、华为、新华三、联想等在硬件算力方面不断进行技术创新与突破。
在市场实践中，领先企业纷纷将绿色发展理念融入战略规划。阿里、腾讯、百度、万国、中兴等算力产业龙头企业积极践行绿色发展理念，按年度发布可持续发展报告或ESG报告，详细阐述其绿色发展举措，并承诺不晚于2030年实现"碳中和"目标。这种行业自律行为不仅体现了企业的社会责任担当，也为整个产业的绿色转型树立了标杆。
国际比较视角下，我国绿色算力发展既有优势也面临挑战。在能效指标方面，我国数据中心PUE水平已接近国际先进水平，谷歌、微软等国际巨头的数据中心PUE普遍在1.1左右。但在绿色能源使用比例、全生命周期碳排放管理等方面，我国仍有提升空间。特别是在可再生能源利用方面，欧美企业普遍设定了100%可再生能源目标，而我国企业在这方面尚处于起步阶段。
综合来看，绿色算力产业正处于政策红利释放期和市场快速增长期，技术创新将成为决定企业竞争力的关键因素。随着"东数西算"等国家战略的深入推进，绿色算力产业将迎来更广阔的发展空间。
绿色算力技术创新呈现全方位、多层次的特点，覆盖从基础设施到设备层、平台层的完整产业链。这种技术创新不是单点突破，而是体系化演进，共同推动算力产业向绿色低碳方向转型。
在算力设施层面，供配电系统、储能系统和制冷系统的技术创新最为关键。供配电系统约占数据中心总能耗的10%，其效率提升对整体能效改善具有重要意义。近年来，高压直流技术逐渐被数据中心领域所接受，新建的互联网数据中心广泛采用了"一路市电+一路高压直流"相结合的模式，供电效率可普遍提升到94%-95%。百度云计算(阳泉)数据中心采用"市电直供+高压直流离线"架构及自研分布式锂电系统，更是将供电效率提升至99.5%的行业领先水平。
绿色能源替代是设施层技术创新的另一重要方向。我国已提出了到2025年底，国家枢纽节点新建数据中心绿电占比超过80%的建设目标。实践中，数据中心自建绿电主要有两种技术手段：一是在车棚、屋顶或园区空地安装光伏组件，利用太阳能发电为数据中心供电；二是建设源网荷储(微电网)能源综合利用系统，实现零碳能源完全覆盖。合盈数据、中国广电等公司已开始规划数据中心源网荷储一体化项目建设，代表了行业前沿探索。
储能技术的创新同样值得关注。在绿色低碳产业趋势下，储能介质或储能材料需具备安全可靠、性价比高、环境友好、循环寿命长等优点。数据中心主要探索的方向为锂电池储能，特别是磷酸铁锂电池，因其不含任何重金属与稀有金属，无毒无污染，成为绿色型环保电池的代表。谷歌、微软、AWS等国际科技公司以及阿里、腾讯、百度等国内互联网公司均有数据中心已经在使用锂电池供配电系统。更具前瞻性的是，微软在2022年7月试点推出零排放的3兆瓦氢聚合物电解质膜(PEM)燃料电池备用电源发电机，用于数据中心多兆瓦发电需求，展示了氢能在数据中心应用的潜力。
制冷系统的技术创新对降低PUE指标至关重要。数据中心IT设备在运行时会持续产生热量，制冷系统是除IT系统能耗外最大的耗能单元，在一些老、旧、小数据中心中，制冷设备耗能占比高达30%-50%。使用自然冷却技术，减少和避免使用机械制冷成为数据中心减少能耗的关键。直接新风自然冷却技术和直接水侧自然冷却技术在实践中取得了显著成效。海兰信海底数据中心示范项目以海洋作为自然冷源，将服务器安放在海底的压力容器中，通过海水的流动进行自然冷却，展示了创新的冷却思路。
液冷技术是应对高功率密度计算需求的解决方案。随着生成式人工智能、大模型计算的需求带动GPU、FPGA等发热量大的元件应用发展，高功率机柜逐渐增多。据IDC数据显示，2023上半年中国液冷服务器市场规模达到6.6亿美元，同比增长283.3%，预计2023年全年将达到15.1亿美元。冷板式液冷和浸没式液冷是两种主流技术路线，其中浸没式液冷的平均PUE更低，散热效率更高。浪潮、宁畅、联想、新华三等主流IT设备厂商纷纷发力液冷产品研发，提供从服务器、机柜、机房到数据中心的全系统液冷解决方案。
在算力设备层面，服务器、存储和网络设备的绿色技术创新同样活跃。服务器是算力供给的核心装备，约占数据中心IT设备能耗的90%。从指令集架构上看，基于精简指令集(RISC)架构的处理器以其低功耗、高效能的特点正在成为绿色计算的主力。据投资银行Bernstein数据显示，截至2023年一季度，我国已拥有占全球约40%的ARM服务器，在中国服务器市场，Arm的份额可能已经超过了10%。RISC-V指令集作为完全开源的设计，近年来发展迅猛，国内外企业纷纷布局这一赛道。
存储技术的绿色创新聚焦于解决数据爆炸式增长带来的能耗挑战。据IDC数据显示，全球数据年产生量将在2025年达到175ZB。数据分级、冷热数据分治成为降低能耗的有效方式，将访问次数多的热数据存储到读写快的存储介质中，访问次数少的冷数据存储在不经常访问的介质中。中国电信天翼云自主研发的存储资源盘活系统HBlock，可以把通用服务器及其管理的存储资源转换成高性能的虚拟存储阵列，帮助用户提高资源利用率，优化资源成本。
网络设备方面，部署超低损耗光纤、实现全光接入网络覆盖是降低损耗、提升网络传输效率的关键。现网中光缆G.652光纤占比较高，超低损大有效面积的G.654光纤正在加快落地应用当中，这种光纤在1.55μm处的损耗极小，仅有0.18dB/km。网络动态适配技术和网络弹性智能技术则通过优化网络资源利用减少能源消耗。
平台层技术创新主要体现在资源调度、开发模式和监测体系三个方面。算力资源调度是根据不同的任务和计算需求，在算力平台合理分配和利用算力资源的过程。虚拟化、池化技术是提高服务器利用率的关键，能够将服务器CPU的平均占用率提高10%~30%，实现服务器硬件资源整合，有效节能20%~50%。广东联通天穹算力调度平台整合基础、智能、超算算力，构建算网边安一体化调度体系，代表了行业实践方向。
绿色算力技术正在从科研创新、产业升级和社会治理三个维度全面赋能经济社会发展，其应用价值日益凸显。这种赋能不是简单的技术应用，而是深刻改变各行业运行方式和效率的变革力量。
在科研创新领域，绿色算力为高校和科研院所提供了强大的计算支持。高性能计算已成为衡量学校科研实力的重要指标，而绿色算力技术则解决了科研数据中心长时间运行带来的能耗问题。上海交通大学计算中心"思源一号"可提供6千万亿次/秒的强大算力，采用温水散热技术，系统产生的余热可为其他基础设施供热，包括实验楼球形大厅冬天供暖、食堂厨房热水加热等，实现了能源的梯级利用。这种创新设计不仅满足了科研需求，也大幅降低了能源消耗，为科研机构提供了可持续发展的解决方案。
工业领域是绿色算力赋能的重要方向。作为"双碳"战略的重点领域，工业低碳发展水平直接影响全国整体"双碳"目标的实现。绿色算力与工业互联网的融合协同，正在推动工业制造向智能化、高效化方向转型。位于长沙的大唐先一新能源集控中心接入了中国大唐集团分布在湖南偏远地区的光伏、风电和水电数据，通过服务器组成强大后台，对分布在湖南全省的海量发电设备进行"少人值守、无人值班、区域管理"运行监管，实现了降本增效。这种应用不仅提高了能源生产的效率，也通过数字化手段优化了资源配置，减少了能源浪费。
建筑行业在绿色算力赋能下正经历深刻变革。现阶段，建筑能耗已占我国城市总能耗的30%，且该比例正在增大。绿色算力技术通过数字化手段推动建筑设计、施工和运维等各个环节的智能化和高效化。美国的Verdigris公司利用人工智能技术实现非侵入式负载监控，实时自动检测建筑用能设备，包括暖通空调冷却塔、电动汽车充电桩等，可将客户的能源消耗降低20%-50%。这种智能化管理手段为建筑节能提供了新的技术路径。
金融行业的数字化转型一直走在各行业前列，绿色算力为其提供了更可持续的技术支撑。蚂蚁集团自研的绿色计算体系目前已经覆盖了包括支付宝、网商银行在内的服务器集群。通过落地云原生服务网格将基础设施和业务解耦，极大提升了运维效率和稳定性；通过在离线等不同业务形态混合部署模式，大幅提升资源利用效率，节省上万台服务器资源。这种技术创新不仅提高了金融服务效率，也降低了单位交易的计算能耗，实现了经济效益和环境效益的双赢。
智慧城市建设是绿色算力赋能的又一重要场景。中国移动(铁岭)清河数据中心利用电厂老旧厂房，通过部署双层双联微模方，采用"工程服务+产品"的总承包模式，成为当地工业厂房"变废为宝"标杆案例。利用厂区内闲置空地建设分布式光伏，配套储能设施，减少了市电引入和油机布装，同时减少旧建筑拆除、新建厂房和材料运输的碳排放。这种建设模式具有周期短、节能环保、高效安全等特点，为智慧城市基础设施建设提供了绿色解决方案。
大型体育赛事也受益于绿色算力技术。在2022年北京冬奥会、冬残奥会期间，北京气象局搭建了800台高性能计算系统，满足724小时无休的天气、气候及环境气象业务应用需求，实现了冬奥历史上首次精确到分钟级和百米级的气象预报。在2023年杭州亚运会期间，浙江省气象局打造了包含物理及虚拟计算资源池、存储资源池及气象大数据资源池在内的综合气象算力资源平台，实现"赛场精准预报模式"。这些应用展示了绿色算力在大型活动保障中的价值。
人工智能大模型的发展为绿色算力带来了新的机遇和挑战。国内外互联网厂商纷纷布局人工智能大模型领域，大模型的发展带来了生成式AI(AIGC)应用的爆发。但与此同时，高能耗和高算力的需求也随之而来，GPT-3大模型每次训练，碳排放量高达552吨。面对这一挑战，建立兼顾性能和能耗的绿色算法度量标准，构建绿色集约的大模型成为必然选择。腾讯发布全新的AI智能创作助手"腾讯智影"，通过数字人技术实现内容生产降本增效，代表了行业在平衡创新与可持续发展方面的探索。
以上就是关于中国绿色算力技术创新发展的全面分析。从政策导向到市场实践，从技术创新到应用赋能，绿色算力正在成为数字经济高质量发展的重要引擎。随着"双碳"战略的深入推进和数字经济的持续发展，绿色算力产业将迎来更广阔的发展空间。未来，政策保障、能源支撑、设备创新、平台建设和应用深化将成为推动绿色算力发展的五大关键方向。在这个过程中，技术创新将是核心驱动力，产业协同是重要保障，而价值创造则是最终目标。绿色算力不仅是一种技术变革，更是一种发展理念的革新，它将为构建数字中国和美丽中国提供强大支撑。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
