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【国际报告】IEA《数据中心和数据传输网络能耗》

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国际报告

【编者按】随着全世界数据和数字服务需求的指数级增长,其能源使用(主要是电能)日益受到关注。近日IEA发布了《数据中心和数据传输网络能耗研究报告》,介绍了近些年数据中心和数据传输网络在迅速增长下的电能需求情况及对未来的趋势预测,其中特别指出,持续迅速提高的用能效率使电能需求基本保持了平稳。小编将报告的主要内容编译如下,供广大研究人员参考,点击文末“阅读原文”可以查看该报告全文。

摘要

受视频流、视频会议、在线游戏和社交网络增长的推动,2020年2月至4月中旬,全球互联网流量激增近40%,这一增长是在过去10年数字服务需求不断增长的基础上实现的。自2010年以来,全球互联网用户数量翻了一番,全球互联网流量增长了12倍。然而,能源效率的迅速提高有助于限制数据中心和数据传输网络的能源需求同步增长,2019年数据中心和数据传输网络用电量各自约占全球用电量的1%。为了限制未来10年能源需求和排放的增长,政府和行业必须在能源效率、可再生能源采购和研发方面做出强有力的努力。



一、进展跟踪






对数据服务的需求呈指数增长

在因新冠疫情而实施最严厉的出行限制期间,全球互联网流量受视频流、视频会议、在线游戏和社交网络增长的推动,在2020年2月至4月中旬激增了近40%。预计对数据和数字服务的需求在未来几年还将继续呈指数增长,到2022年全球互联网流量预计将翻一番,达到每年4.2万亿GB。移动互联网用户数量将从2019年的38亿增加到2025年的50亿,而物联网(IoT)连接数量预计将从120亿增加一倍到250亿。这些趋势正在推动数据中心和网络服务需求的指数级增长。

数据中心用电约占全球电力需求的1%

世界上大多数的互联网协议(IP)流量都通过数据中心。因此,更大的连通性需求推动了对数据中心服务和能源使用(主要是电力)的需求。

2019年全球数据中心电力需求约为200 TWh,约占全球终端电力需求的0.8%。如果硬件和数据中心基础设施的效率能够保持目前的趋势,那么到2022年,尽管服务需求增长60%,全球数据中心的能源需求仍然可以保持在与目前几乎持平的水平。

能源效率的显着提高以及数据处理向云和超大规模数据中心的转移,使能源需求保持平稳

能耗增长平稳的部分原因是虚拟化软件使数据中心运营商能够用更少的服务器提供更大的工作输出。鉴于过去的大型数据中心非常低的用电效率,从小型、低效的数据中心向大型云和超大规模数据中心的转变使得数据中心基础设施在总能源需求中所占的份额正在缩小,是显而易见的。PUE(power usage effectiveness)是衡量数据中心能源效率的一个指标;最优秀的超大规模数据中心的PUE值大约为1.1(即IT设备每消耗1 kWh电能,用于冷却的电能为0.1 kWh)。

数据传输网络的能源效率也在迅速提高

数据传输网络的能源效率也在迅速提高,自2000年以来,发达国家的固定线路网络能源强度每两年减半。近年来,移动接入网络能源效率每年提高10%-30%。2019年,数据网络消耗电能约250TWh,约占全球用电量的1%,其中移动网络占2/3。根据目前的效率提高趋势,预计2022年用电量将增至270TWh左右。

随着通过移动设备和网络使用的流量越来越多,数据传输的性质正在迅速改变

全球IP流量在2016年至2019年间翻了一番,预计到2022年将再翻一番。数据传输的性质正在迅速变化,预计到2022年,来自无线和移动设备的流量将占总IP流量的70%以上,高于2019年的50%左右。

移动网络的电强度(kWh/GB)比固定线路网络要高得多,这种向更多使用移动网络的转变也可能对数据传输网络的能源使用产生重大影响。移动网络正迅速从较旧的2G和3G技术转向更高效的4G和5G。到2022年,4G和5G网络预计将承载83%的移动流量。4G网络的能效大约是3G的5倍,是2G的50倍。据设备商与运营商预测,到2025-2030年,5G的能效可能是4G的10-20倍。

ICT公司是可再生能源的主要投资者

ICT(信息和通信技术)公司是可再生能源的主要投资者,保护自己免受波动的电价影响。事实上,在过去5年中,信息和通信技术公司占全球企业可再生能源采购量的一半左右。

超大型数据中心运营商尤其是通过购电协议(ppa)进行可再生能源采购的领导者。2019年,可再生能源的前四大公司承购者均为ICT公司。2018年,谷歌(10 TWh)和苹果(1.3 TWh)购买或生产的可再生能源电力足以满足其100%数据中心能源消耗。Equinix在2018年消耗了5.2 TWh(92%为可再生能源),而Facebook数据中心消耗了3.2 TWh(75%为可再生能源)。亚马逊和微软大约一半的数据中心电力来自可再生能源。

公司和监管机构的进一步努力可以最大限度地提高全系统的效益并减少排放

尽管这些成就令人印象深刻,但并不能保证数据中心实际上始终100%由可再生能源提供动力。风能和太阳能是可变资源,可能与数据中心的需求状况不匹配,可再生能源采购可能需要针对不同的电网或地区。

投资可再生能源的数据中心运营商应与电力公司、监管机构和项目开发商合作,寻求能最大限度地为当地电网带来效益并同时减少整体温室气体排放的项目。



二、行动建议






1.改进数据收集并致力于实现能源效率和气候目标

政府政策以及数据中心和网络运营商的行动和承诺,对于支持进一步提高效率以减少总体信息和通信技术能源使用至关重要。改进信息和通信技术及其能源使用特点的数据采集,有助于为能源分析和决策提供信息。

在2020年2月发布的数字战略中,欧盟委员会针对ICT部门采取了一项关键行动,以期在2030年前实现气候中和,同时提高数据收集和透明度。

2.鼓励数据中心运营的能源效率和灵活性

与现在相比,数据中心可以成为电网中更高效、更灵活的资源。政府可以通过指导、激励和标准鼓励进一步提高能源效率,通过监管和价格机制助力刺激需求方的灵活性。

3.利用数据中心推动可再生能源的使用

各国政府和电网运营商可以与数据中心运营商合作,确定可再生能源投资如何能最大限度地使整个系统受益,并有助于实现国家能源和气候目标。还可以鼓励对储能和其他需求侧响应能力的投资,作为对更多可再生能源容量的补充。

4.制定更有效的数据传输网络策略

各国政府和网络运营商可协助执行政策和方案,以提高数据传输网络的能源效率。行动可包括加速淘汰能源密集型传统网络、实施网络设备能效标准、改进高效网络运营的指标和激励措施,以及支持国际技术协议。

5.投资研发高效的下一代计算和通信技术

在媒体流和新兴技术(如人工智能、虚拟现实、5G和区块链)的推动下,对数据中心服务的需求将继续强劲增长。随着当前技术的效率趋势在未来几年放缓(甚至停滞),需要新的、更高效的技术来跟上不断增长的数据需求。


编辑:张鹏

审核:白恺