来源/信风智库作者/胡二伙宇
互联网的快速发展，让中国数据中心出现能耗危机。
从发电角度来看，几年前三峡大坝的电已经不够数据中心使用；从用电角度来看，数据耗电也超过了中国整个农牧业。
如果以能耗作为标准，大数据行业是当之无愧的重工业，中国PUE迟迟降不下来，为爆炸性发展的中国数据中心产业，提出了一个新的挑战。
数据中心耗电暴增
近日，绿色和平与华北电力大学联合发布《点亮绿色云端：中国数据中心能耗与可再生能源使用潜力研究》，报告显示：全国的数据中心总用电量为1608.89亿千瓦时，比上海市全社会用电量（1567亿千瓦时）还多，相当于三峡大坝的全年发电量。
红线是数据中心耗电，蓝线是三峡发电量
以往，很多人会以为计算机、手机这些数据终端，以及为其提供网络服务的大部分设备和服务器都属于传统的“弱电”领域，毕竟没事刷刷抖音、双11逛逛网购都是很轻松的事，不是节能的主要领域。
但从全国的角度来看，为“计算”而付出的电量增长相当惊人，这部分用电量从无足挂齿到明显影响全国电力消耗，仅仅用了几年时间。
众所周知，目前中国每年发电的大部分仍然来自燃煤。换算一下，数据中心的用电需求，等于烧掉了4000万吨标准煤。
截至目前，中国数据中心保有量约有近6万个，机房总面积约1650多万平米，即每平方米机房面积消耗2-3吨多煤。
早在2001年互联网泡沫破灭之前，已经有人注意到：IT行业能源消耗年增长幅度约为8%-10%，远远快于全球平均能耗2%的年增幅。
，美国环境保护署就根据当时的美国数据中心耗电量增长趋势预言，-，全球服务器和数据中心能源使用量将翻2倍，最终超过1000亿度。
从实际发展来看，美国IT业总耗电近800亿度，占全美用电量2%，超过了传统上被认为是高耗能、高污染的造纸业。在这种背景下，AMD、惠普、IBM、Sun Microsystems等IT业巨头，于联合创建了绿色网格组织（TGG），协助企业降低数据处理的能耗。
正是因为IT行业的未雨绸缪和大规模跨领域的产学研结合，美国数据中心耗电规模自后明显趋缓，占全美总用电量的比例基本稳定在2%以下，尽管这期间数据中心的规模和数量还是不断增加。
环境保护署耸人听闻的预言却并未实现，而是出现了以Koomey教授名字命名的Koomey定律：每隔18个月,相同计算量所需要消耗的能量会减少一半。
电用到哪里了？
数据中心的能耗，分IT设备能耗、空调能耗和供电能耗三部分，其中IT设备能耗又可分为处理器能耗和存储能耗两部分。
根据绿色网格组织（TGG）在所做的测算，当时的数据中心，耗费在空调设备和供电设备上的电能普遍超过了IT设备本身的耗电。
对于处理器能耗，相应的节能技术和方案有：采用节能指标更好的处理器，用以构架服务器、优化调度算法、合理调节处理器工作组之间和服务器之间的业务负荷等。
对于存储能耗，相应的节能方案有固态硬盘替代机械硬盘，通过缓存预取技术减少硬盘的I/O操作，推动小型数据中心的云化等。
对于空调能耗，相应的节能方案有优化机房布局及送风路线，采用如热管空调、双冷源型空调等新型高效冷源，在机房内应用智能调节制冷系统等。
但最有效的方案，是将数据中心规划建设在地下水下等易于利用自然冷源的地方。绿色网格组织（TGG）最具影响力的产品之一，就是制作了一张数据中心选址地图，发掘了各种适合数据中心的风高水寒地区。
比如，Facebook就把美国本土之外的第一个数据中心，建到了瑞典吕勒奥镇边沿的森林中，往北100公里就进入了北极圈。这里气候寒冷，冬天平均气温差不多零下20℃，相当于一个天然大型空调房。
另一家科技巨头微软，索性把数据中心搬到了海底。6月，微软在苏格兰奥克尼岛的海岸附近安装水下数据中心，深度为35.6米，固定在海底的压载三角基座上。数据中心与潜艇类似，长约12米，里面架设了12个机架，864台服务器，包括所有必要的冷却设施。
微软海底数据中心的部署地附近，便是欧洲海洋能源中心潮汐涡轮机与海浪能量转换装置的试验场地，有充足的海水能电力资源，海岸边还有不少风力发电机和光伏发电装置，利用这些可再生能源可以让数据中心实现能源自给自足。
对于供电能耗，相应的节能方案有采用智能配电模块，提升计算资源使用率，采用LED照明等。
评价这些努力最重要的指标是PUE=该数据中心总设备能耗/该数据中心IT设备能耗。
显然PUE越接近1，数据中心的能耗效率越好。近年来TGG又提出了DCP、DCeP和PPW等指标模型，用来描述数据中心IT设备本身的能耗效率，寻找进一步挖掘节能潜力的空间，但PUE仍然是反应数据中心技术与节能水平的核心指标之一。
在工信部披露的《国家绿色数据中心试点工作方案》显示，中国数据中心PUE普遍大于2.2，而美国的数据中心平均PUE已降到1.7以下。
而早在底，作为当时国内数据中心最集中的地区，北京市十部委就已经联合发文，禁止PUE>1.5的数据中心建设投产，3月，工信部发布《关于进一步加强通信行业节能减排工作指导意见》，规定从开始，新建大型数据中心的PUE值必须小于1.5。但这个要求根本未能落实。
为什么中国PUE降不下来？
数据中心投资收益=数据中心累计运营收入-数据中心建设成本-数据中心累计运营成本
根据行业经验，在数据中心的运营成本中，75%以上都是能源成本。数据中心通常规划用15~收回全部成本，而在收回成本时，累计的运营成本通常会比建设成本多出4倍以上。
在建设新的数据中心时，采用低PUE的设计方案，有利于降低数据中心的运营成本。但是另一方面我们看到，和PUE指标关系很大的电力、空调和土建的建设成本，占到了数据中心建设成本的80%以上，规划建设一个低PUE的数据中心，将会不可避免地带来数据中心建设成本的上升。
基于行业经验数据做一个简单的估算，计划收回数据中心成本的时间取，累计运营成本达到建设成本的4倍，能源成本占运营成本比例取75%，那么只要在数据中心建设中每提升1%的PUE，导致的相关的建设成本上升不超过3%，就能够使得提前收回投资成本，从而对投资者更加有利。
然而数据中心的节能问题，涉及到建筑工程、电气电子技术、制冷与空调技术等诸多内容，是一个典型的跨学科跨领域课题。迄今为止，仍然没有一套有效的模型或开发系统能够在设计阶段准确地量化出数据中心的PUE。
很多投资者，特别是第三方资本，他们的投资收益往往只来自出租运营数据中心的计算资源，数据本身对这些投资者并没有什么额外的价值，这使得投资者对投资回报周期N尤其敏感，一个需要在节能方面砸大量的真金白银，却难以确定效果的建设方案，对投资者没有吸引力，他们往往宁可在数据中心运作起来之后，根据实测得的PUE及机房的具体情况再搞一些修修补补的调度和优化。
这也反过来说明了，国外的谷歌、脸书，国内的阿里这些拥有大量自有数据的IT业巨头，为什么会热衷于极地机房、水底机房这样激进的大手笔投资建设方案。比如阿里的千岛湖云数据中心，号称平均PUE达到了1.3以下，极低时可达到1.17。
据不完全统计，目前谷歌拥有全球3%的服务器，但是只使用了全球数据中耗费总电能的1%。这意味着谷歌数据中心的运作效率远高于行业水平。这些用先进技术打造的庞然巨物般的IDC，看似吞噬电能的无底洞，其实比分散数据中心节约了海量电能。
美国数据中心能耗飙升势头被遏制后，有些专家乐观的宣布，人们过分夸大了云计算的能耗，节能降耗技术已经取得重大突破，数据中心和云计算的能耗不会失控。
中国人口是美国四倍多，电力供应形势和环境压力更严峻，电商、移动互联网发展更超前，核电比例低得多，但由于资本投机性太强，导致数据中心耗费了更多宝贵的电能。
美欧数据中心暂时通过技术研发+行业自律避开了电能瓶颈，爆炸性发展的中国数据中心产业能否避得开呢？在数据中心耗电超过三峡工程和农业用电的时候，这个问题已经不可忽视了。
