高性能計(jì)算時(shí)代，如何達(dá)成“低排放”？

當(dāng)前，“碳達(dá)峰”與“碳中和”已經(jīng)成為全球共識(shí)，各個(gè)國(guó)家、地區(qū)正在按照各自時(shí)間表向目標(biāo)前進(jìn)。我國(guó)更是已經(jīng)全面確立了2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和的“雙碳”目標(biāo)。

當(dāng)“雙碳”背景成為高性能計(jì)算發(fā)展的一抹底色，低碳計(jì)算正成為繼算力之后影響高性能計(jì)算領(lǐng)域的又一重要因素。在這樣的大環(huán)境下，該如何繼續(xù)發(fā)展高性能計(jì)算？低碳計(jì)算究竟意味著什么？具體又需要如何做？這些問(wèn)題都在成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

在回答上面的問(wèn)題時(shí)，不妨先來(lái)了解下什么是高性能計(jì)算。用最通俗易懂的話來(lái)說(shuō)，高性能計(jì)算是指運(yùn)算能力非常強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)、服務(wù)器，它的計(jì)算能力是普通家用電腦的幾千萬(wàn)甚至上億倍，因此可以處理很多普通電腦根本無(wú)法處理的任務(wù)。

那它又有什么能力？在“十四五”規(guī)劃下，提出了建設(shè)數(shù)字中國(guó)的愿景，而高性能計(jì)算則能被視為這數(shù)字中國(guó)的底座。原因則是高性能計(jì)算的應(yīng)用覆蓋范圍已經(jīng)越來(lái)越廣，從前高性能計(jì)算大都被應(yīng)用于航天、軍事、科研等普通人感知相對(duì)遙遠(yuǎn)的領(lǐng)域。當(dāng)下，高性能計(jì)算也逐漸從科研神壇，走向了生活應(yīng)用，例如金融、教育、城市管理、網(wǎng)絡(luò)游戲、動(dòng)畫(huà)制作等行業(yè)高性能計(jì)算的存在都已不可或缺。

國(guó)內(nèi)高性能計(jì)算領(lǐng)域的發(fā)展并非那么一帆風(fēng)順，在不短的時(shí)間內(nèi)，該領(lǐng)域一直被美國(guó)、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家所把持。一直到2002年才首次沖破高性能計(jì)算被歐美國(guó)家壟斷的格局。

起到關(guān)鍵性作用的企業(yè)則是聯(lián)想， 從1999年開(kāi)始，聯(lián)想正式布局HPC領(lǐng)域，2002年聯(lián)想深騰1800超級(jí)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)，并由此引領(lǐng)高性能計(jì)算領(lǐng)域集群體系結(jié)構(gòu)迅速走向主流。2002年11月的全球高性能計(jì)算TOP500榜單中，深騰1800不僅代表我國(guó)高性能計(jì)算第一次入圍世界TOP500，還排在43名的高位。

2003年，僅深騰1800發(fā)布之后僅一年，聯(lián)想深騰6800超級(jí)計(jì)算機(jī)研制成功，運(yùn)算速度超過(guò)4萬(wàn)億次。在短短一年的時(shí)間里性能提升了4倍，在隨后2003年的TOP500排名中，這臺(tái)超算系統(tǒng)排名全球第14位，并創(chuàng)造出多項(xiàng)世界紀(jì)錄。

時(shí)間飛逝，經(jīng)歷多年不斷探索2018年聯(lián)想以117套的份額，成為T(mén)OP500榜單中占比份額冠軍，這也意味著聯(lián)想已經(jīng)成為全球最大的TOP500高性能計(jì)算提供商。 而據(jù)最新全球高性能計(jì)算機(jī)TOP500榜單顯示，在全球浮點(diǎn)運(yùn)算性能最強(qiáng)的500臺(tái)高性能計(jì)算機(jī)中，聯(lián)想入圍184臺(tái)，連續(xù)7次蟬聯(lián)全球高性能計(jì)算提供商份額第一名。

現(xiàn)階段，聯(lián)想高性能計(jì)算已經(jīng)在各個(gè)行業(yè)得到普及應(yīng)用，在前不久發(fā)布的《聯(lián)想高性能計(jì)算解決方案白皮書(shū)》，就詳細(xì)介紹了聯(lián)想高性能計(jì)算在政府、科研教育、氣象和海洋、石油石化、CAE仿真計(jì)算、生命科學(xué)等五大行業(yè)解決方案。這也是聯(lián)想首次系統(tǒng)、場(chǎng)景化地展示高性能計(jì)算在“算力+產(chǎn)業(yè)”、“科技+場(chǎng)景”的階段性成果。

當(dāng)然發(fā)展至今，高性能計(jì)算也并非可以“高枕無(wú)憂”，“低碳計(jì)算”需求的出現(xiàn)就為高性能計(jì)算提出了新的考驗(yàn)，如何能解決高能效所帶去的高能耗，又一次成為諸多行業(yè)、企業(yè)所關(guān)注的焦點(diǎn)。

不少人都看到過(guò)類(lèi)似新聞，說(shuō)越來(lái)越多的科技公司開(kāi)始將自己的服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心送進(jìn)“深山老林”，甚至是“江河湖?！敝?。

例如，微軟于2014年就開(kāi)始著手于將服務(wù)器放置于水下的計(jì)劃，同年開(kāi)始在海里做投放實(shí)驗(yàn)。同樣將服務(wù)器放在水里的還有阿里巴巴，其將自家服務(wù)器藏在了著名景區(qū)千島湖里面。

蘋(píng)果、華為、騰訊則將服務(wù)器放到了貴州大山之中，像華為2017年時(shí)就在貴州著手建立自己的服務(wù)器中心，第一期項(xiàng)目就已經(jīng)有40萬(wàn)平方米，華為在這里共存放了170多個(gè)的服務(wù)器。這樣大規(guī)模的項(xiàng)目幾乎將一座山掏空。

這些公司為何要如此“勞師動(dòng)眾”呢？?jī)蓚€(gè)原因“省錢(qián)”與“減排”。眾所周知，數(shù)據(jù)中心運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生大量的熱能，溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心宕機(jī)甚至崩潰，而為了保障數(shù)據(jù)中心的持續(xù)正常運(yùn)行，不得不通過(guò)外部制冷的方式為設(shè)備降溫。數(shù)據(jù)顯示，全球數(shù)據(jù)中心每年消耗的電量占全球總電量的2%左右，其中的能源消耗成本是整個(gè)IT行業(yè)的30%到50%。僅美國(guó)每年就吸收相當(dāng)于34個(gè)燃煤電廠的能源輸出，其中大部分用于為實(shí)際服務(wù)器供電，近一半用于保持服務(wù)器良好和涼爽，不讓它們過(guò)熱崩潰。

此時(shí)，“山河湖?！本拖喈?dāng)于天然的制冷散熱設(shè)備。在為他們省去了大量費(fèi)用同時(shí)，也相當(dāng)于減少了大量碳排放。但顯然，無(wú)論是走進(jìn)深山，還是搬入大海，對(duì)于絕大多數(shù)企業(yè)都不現(xiàn)實(shí)，無(wú)論是技術(shù)層面還是經(jīng)濟(jì)成本都不是每一家公司都能負(fù)擔(dān)得起的，低碳計(jì)算需要有更加普適性的方案。

“夢(mèng)工廠”想必很多人都知道，這是一家全球數(shù)一數(shù)二的動(dòng)畫(huà)制作公司。也許有人會(huì)問(wèn)動(dòng)畫(huà)制作與高性能計(jì)算有什么關(guān)系？一般來(lái)說(shuō)，一部動(dòng)畫(huà)電影需要四年制作周期，在此過(guò)程中，幾百位藝術(shù)家和工程師會(huì)創(chuàng)作出5億多個(gè)數(shù)字文件，這些文件用一臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行渲染的話，大約需要2億個(gè)計(jì)算小時(shí)(即一臺(tái)計(jì)算機(jī)需要2.2萬(wàn)年計(jì)算，或者2.2萬(wàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)算一年），如此大的負(fù)荷與科研上對(duì)高性能計(jì)算的需求相比也毫不遜色。

2020年夢(mèng)工廠進(jìn)行了數(shù)據(jù)中心升級(jí)，而為他們提供解決方案的正是聯(lián)想。聯(lián)想為其對(duì)管道進(jìn)行改造，整合冷卻系統(tǒng)，確保系統(tǒng)可以快速投入運(yùn)行，從而為動(dòng)畫(huà)內(nèi)容制作提供高速計(jì)算支持。并憑借聯(lián)想專(zhuān)有的海神(NEPTUNE?)液態(tài)冷卻系統(tǒng)，能耗消耗降低了三分之一。

可見(jiàn)，“高效、低碳”絕不是只有走向“山河湖海”，在高性能計(jì)算成為越來(lái)越多行業(yè)數(shù)字化基石之時(shí)，更加有效、便捷的“低碳”模式才更加具備可復(fù)制性。

在數(shù)據(jù)中心遍布全國(guó)之時(shí)，解決高性能計(jì)算與低碳環(huán)保之間的“矛盾”已成為當(dāng)務(wù)之急。在近日舉辦的“HPC CHINA 2021”上，聯(lián)想企業(yè)科技集團(tuán)HPC&AI營(yíng)銷(xiāo)總經(jīng)理于濤進(jìn)行了以《如何實(shí)現(xiàn)HPC“低”碳計(jì)算》為主題的發(fā)言，其中有關(guān)溫水水冷技術(shù)讓人眼前一亮。

加上前不久，2021年度中國(guó)企業(yè)ESG案例評(píng)選榜單發(fā)布。聯(lián)想集團(tuán)蟬聯(lián)“2021中國(guó)企業(yè)ESG最佳案例獎(jiǎng)”，說(shuō)明聯(lián)想在相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)收獲廣泛認(rèn)可。所以不妨來(lái)看看作為高性能計(jì)算領(lǐng)域的領(lǐng)頭玩家，探索出的這條幫助HPC實(shí)現(xiàn)低碳計(jì)算的“減排四步法” 究竟有何妙處。

在解決高性能計(jì)算碳排放問(wèn)題上，一直以來(lái)聯(lián)想的方式是從源頭做起。高性能計(jì)算的能耗，絕不僅僅只是在設(shè)備運(yùn)行時(shí)才產(chǎn)生。在上游加工、運(yùn)輸、包裝等各個(gè)環(huán)節(jié)，都會(huì)產(chǎn)生碳排放，并且這些碳排放都是由用戶(hù)買(mǎi)單。

在這些方面聯(lián)想進(jìn)行了諸多嘗試，例如聯(lián)想能夠蟬聯(lián)ESG的一個(gè)重要指標(biāo)就是“科學(xué)減碳”。在相關(guān)目標(biāo)推動(dòng)下，聯(lián)想從2010年到2020年總共實(shí)現(xiàn)了能源節(jié)省92%，2020年被CDP碳排評(píng)級(jí)為A即領(lǐng)導(dǎo)級(jí)；到2030年再降50%，2050年實(shí)現(xiàn)碳中和，這便意味著屆時(shí)用戶(hù)再購(gòu)買(mǎi)聯(lián)想的計(jì)算機(jī)或服務(wù)器將不再包含任何“隱含碳”。

又例如在包裝環(huán)節(jié)，自2008年以來(lái)，通過(guò)可降解竹及甘蔗纖維包裝等技術(shù)創(chuàng)新，減少包裝材料用量3,240噸。僅在2020/21財(cái)年，包裝物料消耗量就減少140噸。

從低碳出發(fā)，選擇零碳供應(yīng)商等于從源頭減少了碳排放。

高性能計(jì)算在降低碳排放的路徑上最優(yōu)的方式還是增效節(jié)能。前面有提到，高性能計(jì)算產(chǎn)品運(yùn)行時(shí)，傳統(tǒng)模式下還需要額外的大量電力為設(shè)備進(jìn)行降溫操作，于濤在“HPC CHINA 2021”上同樣分享了一組數(shù)字。

當(dāng)前絕大多數(shù)服務(wù)器都是采用的風(fēng)冷模式，其能耗PUE高達(dá)1.9，即每用一度電進(jìn)行計(jì)算，就需要額外0.9度電去冷卻這些計(jì)算設(shè)備，相當(dāng)于散熱與冷卻環(huán)節(jié)將占據(jù)能耗1/3。能耗溢價(jià)太不劃算，計(jì)算的經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)大打折扣。

為此，聯(lián)想推出了全新的“溫水水冷”技術(shù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是通過(guò)溫水流動(dòng)直接帶走熱量，保障服務(wù)器正常運(yùn)行。相比較風(fēng)冷模式，“溫水水冷”能使PUE最低達(dá)1.1以下，且使用50℃的溫水水冷技術(shù)，可以提升計(jì)算能力的5%以上，能耗比以往降低42%。在HPC CHINA 2021上，聯(lián)想憑借冷水水冷技術(shù)更是榮獲“技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)”。

在即將到來(lái)的北京冬奧會(huì)上，為實(shí)現(xiàn)精確到分鐘級(jí)和百米級(jí)的這一冬奧會(huì)賽事服務(wù)史上最高標(biāo)準(zhǔn)的氣象預(yù)報(bào)，聯(lián)想為北京氣象局搭建了800臺(tái)高性能計(jì)算系統(tǒng)，滿足7*24銷(xiāo)售無(wú)休天氣、氣候及環(huán)境氣象業(yè)務(wù)應(yīng)用，其中溫水水冷技術(shù)將再一次起到重要作用。

不得不說(shuō)，這將是低碳計(jì)算領(lǐng)域的一個(gè)巨大跨越，將對(duì)整個(gè)碳排放工程起到關(guān)鍵作用。

在使用“溫水水冷”技術(shù)以前，關(guān)于數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器所產(chǎn)生熱能是否可以進(jìn)行“余熱回收”話題也不是沒(méi)有被提及過(guò)，但是由于熱源分散，不聚集且四散性特征明顯，有關(guān)他們的熱源回收工作并不好完成。

然而，“溫水水冷技術(shù)”讓這一切成為了可能，更讓聯(lián)想實(shí)現(xiàn)了過(guò)去無(wú)法想象的“熱能回收”。現(xiàn)階段，聯(lián)想已經(jīng)開(kāi)始嘗試將多余熱能應(yīng)用于如大樓供暖、泳池加熱等諸多環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了能源的循環(huán)再利用，產(chǎn)生了新的“碳補(bǔ)償”。

聯(lián)想則稱(chēng)得上是“使用清潔能源”領(lǐng)頭人之一。聯(lián)想通過(guò)大規(guī)模購(gòu)買(mǎi)清潔能源，已實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)中可再生能源占比70%以上。并且在2020/21財(cái)年ESG報(bào)告中，聯(lián)想首次將溫室氣體減排目標(biāo)上升至集團(tuán)關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)考核的高度，承諾到2025/26財(cái)年，聯(lián)想全球運(yùn)營(yíng)活動(dòng)90%的電力將來(lái)自可再生能源；全球供應(yīng)鏈將減少100萬(wàn)噸溫室氣體排放。

正是在這種可持續(xù)發(fā)展的理念下，聯(lián)想才會(huì)連續(xù)獲得中國(guó)企業(yè)ESG最佳案例獎(jiǎng)，在MSCI明晟ESG評(píng)級(jí)中表現(xiàn)亮眼，成為創(chuàng)新頭部企業(yè)中唯一一個(gè)達(dá)到A等級(jí)以上的企業(yè)，在2020年底升至AA級(jí)，也是全球同行業(yè)企業(yè)中的最高等級(jí)。

至此，一套聯(lián)想的低碳計(jì)算模式展現(xiàn)在眼前，作為領(lǐng)域的頭部玩家，這些對(duì)其他行業(yè)或都將具備一定的借鑒意義。

毫無(wú)疑問(wèn)，聯(lián)想不僅使中國(guó)高性能計(jì)算邁出了從0到1的關(guān)鍵一步，同時(shí)也在用高性能計(jì)算為整個(gè)社會(huì)發(fā)展開(kāi)啟加速。進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了綠色科技的社會(huì)發(fā)展理念，成為發(fā)展與環(huán)保共存共進(jìn)的最佳代表。

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