通信行業(yè)算力碳效可信評價白皮書

前 言目 錄算力碳效可信評價的政策環(huán)境和背景 2算力基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 2國家“雙碳”背景下算力基礎(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量展需求 3算力碳效可信評價的定義和意義 4現(xiàn)有能效指標(biāo)和評價手段及其局限性 4現(xiàn)有主要能效指標(biāo)評價手段 4現(xiàn)有主要能效指標(biāo)評價手的局限性 6算力碳效可信評價的定義 7算力碳效可信評價的優(yōu)勢和意義 8算力碳效可信評價優(yōu)勢 8算力碳效可信評價意義 10算力碳效可信評價技術(shù)方案和評價要素 11算力碳效可信評價技術(shù)方案 11算力碳效可信評價要素 14算力碳效評價對象 14算力碳效核算邊界 14算力碳效核算方法 15算力碳效評價流程 19算力碳效分級方法 21算力碳效可信評價的應(yīng)用實踐和實用前景 21數(shù)據(jù)中心試點應(yīng)用實踐成效 22促進(jìn)算網(wǎng)運營中算網(wǎng)協(xié)同與融合技術(shù)的綠發(fā)展 25構(gòu)建算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段的綠色供應(yīng)鏈系 26算力碳效可信評價的趨勢和展望 28縮略語列表 32參考文獻(xiàn) 34算力碳效可信評價的政策環(huán)境和背景濟(jì)與實體經(jīng)濟(jì)快速融合。202221781020232基于頂層設(shè)計資建設(shè)規(guī)模均呈爆發(fā)式增長2023230EFLOPS（230位居全球第二530%70EFLOPS（70），70%。的愿景，計劃通過泛在協(xié)同、融合統(tǒng)一、一體內(nèi)生三步走實現(xiàn)。2023111210.1EFLOPS（FP16，16）；建設(shè)全400GOTN“1-5-20ms”三級算力時延圈。2.020302060（簡稱“雙碳”）“雙碳”目標(biāo)所要面臨的重要任務(wù)之一。2021年10月國家發(fā)布碳達(dá)峰碳中和“1+N”政策體系的頂層設(shè)計，明確了1211（制定本地區(qū)碳達(dá)峰實施方案，“雙碳”政策體系完成構(gòu)建并持續(xù)落實。圖1.國家碳達(dá)峰碳中和“1+N”政策示意（摘自《中國碳達(dá)峰碳中和政策與行動報告（2023）》）新型基礎(chǔ)設(shè)施屬于“1+N設(shè)施必須進(jìn)行高質(zhì)量發(fā)展?；A(chǔ)設(shè)施綠色發(fā)展，國家相關(guān)管理部門發(fā)布多項指導(dǎo)意見。具體如下：（1）20228（2022-20252025對重點設(shè)施（數(shù)據(jù)中心、通信基站、通信機(jī)房）的綠色低碳發(fā)展給出指導(dǎo)。（2）202310率和算力碳效水平，推動算力標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)的相關(guān)要求。（3）202312IT綠色算力評價方面，業(yè)界更關(guān)注電源使用效率（PUE）乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和方法。算力碳效可信評價的定義和意義現(xiàn)有主要能效指標(biāo)和評價手段當(dāng)前國內(nèi)外廣泛使用PUE作為衡量數(shù)據(jù)中心等算力基礎(chǔ)設(shè)施能效的關(guān)鍵指標(biāo)。PUEITPUE1，表示數(shù)據(jù)中心的綠色化程度越高；PUEPUEPUE（pPUE）、碳利用效率（CUE）、水資源利用效率（WUE）、電能使用效率（EEUE）等。pPUEPUE可以評價數(shù)據(jù)中心更小區(qū)間內(nèi)的能效；CUEITIT另外，還有綠色網(wǎng)格聯(lián)盟（TGG）IT（ITTC）、ITIT（ITEEsv）等指標(biāo)，這里不再一一介紹。（如耗電量數(shù)據(jù)可以通過智能電表和動SPECPower、SERT、BenchSEE、MLPerf、Linpack、以及開放數(shù)據(jù)中心委員會（ODCC）、事務(wù)處理性能委員會（TPC）等組織發(fā)布的基準(zhǔn)測試規(guī)范和測試集。這些基準(zhǔn)測試套件可以測試多種領(lǐng)域、多種典型業(yè)務(wù)、多種負(fù)載水平下的服務(wù)器性能和能耗。不同套件的測試集不盡相同，測試的服務(wù)器組件對象和側(cè)重點也不盡相同?，F(xiàn)有主要能效指標(biāo)和評價手段的局限性PUEITPUEITITPUEPUEPUEITCUEITPUEEEUEPUEPUEPUE標(biāo)及評價體系迫在眉睫。PUE過程中人為操縱PUEPUE1.2CPU、GPU、內(nèi)存、硬盤等核心本白皮書提出的算力基礎(chǔ)設(shè)施算力碳效可信評價是指基于區(qū)塊鏈可信技術(shù)CEOC（CarbonEfficiencyOfComputing）的具體定義是算力基礎(chǔ)設(shè)施在評價周期內(nèi)平均單位時間單位規(guī)格化有效算力產(chǎn)生的二氧化碳排CEOCCEOCCEOCCEOC括但不限于燃料燃燒、電能消耗、購入熱力等。ITITCPUGPUCEOC的。算力碳效可信評價的優(yōu)勢關(guān)鍵詞，本白皮書提出的算力碳效可信評價體系，具有以下優(yōu)勢：CEOC的真實可信，防止虛假數(shù)據(jù)并提升采集效率。CEOC有效算力的持續(xù)監(jiān)測及計算，契合國家對碳排放和算力的評價要求。通過監(jiān)測算力基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)不同服務(wù)器算力組件（CPU、GPU、內(nèi)存、硬盤及其他組件（例如網(wǎng)絡(luò)）等）的工作狀態(tài)和服務(wù)器能耗，可以CEOC指標(biāo)可以體現(xiàn)算力基礎(chǔ)設(shè)施運行時的算力碳效水平實時變化情況。闊的適用范圍。PUE總用電量/IT設(shè)備用電量CEOC二氧化碳排放量/規(guī)格化有效算力評測標(biāo)準(zhǔn)能源消耗監(jiān)測??二氧化碳排放量監(jiān)測?碳排放強(qiáng)度監(jiān)測?數(shù)據(jù)中心算力監(jiān)測?CPU、GPU、內(nèi)存、硬盤使用率監(jiān)測?機(jī)房實際運行狀態(tài)的變化?PUE總用電量/IT設(shè)備用電量CEOC二氧化碳排放量/規(guī)格化有效算力評測標(biāo)準(zhǔn)能源消耗監(jiān)測??二氧化碳排放量監(jiān)測?碳排放強(qiáng)度監(jiān)測?數(shù)據(jù)中心算力監(jiān)測?CPU、GPU、內(nèi)存、硬盤使用率監(jiān)測?機(jī)房實際運行狀態(tài)的變化?評測體系CPU、GPU使用率?內(nèi)存使用率?硬盤使用率?網(wǎng)絡(luò)資源利用率?服務(wù)器功率利用率?服務(wù)器規(guī)格算力?室外年均溫度?機(jī)柜資源利用率（上架率）?可再生能源利用率?機(jī)架數(shù)?算力碳效可信評價的意義積極推動通信行業(yè)科技創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步有益推動國家監(jiān)管和機(jī)構(gòu)核查增加政府監(jiān)管部門和第三方核查機(jī)構(gòu)的權(quán)威性。有益推動算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有益推動我國在標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域搶占話語權(quán)2015印發(fā)國家綠色數(shù)據(jù)中心試點工作方案的通知》中指出：我國大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的PUE2,與國際先進(jìn)水平存在較大差距。近十年，盡管我國在數(shù)據(jù)PUE2016/2017ISO/IEC-#1ISO/IEC30134-XInformationtechnologyDatacentresKeyperformance2019ANSI/ASHRAEStandard發(fā)布90.4-2019EnergyStandardforDataCenters，202110ISO/IECTS22237-1-2021PUE算力碳效可信評價技術(shù)方案和評價要素CEOCCEOCPUE性能的問題，可有效推動算力基礎(chǔ)設(shè)施綠色低碳技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用。圖2.算力碳效可信評價技術(shù)方案架構(gòu)圖ITITCPUITITCEOC內(nèi)的總體二氧化碳排放量。ITCPUITITCEOCCEOC耗、清潔能源使用情況、二氧化碳排放量、有效算力輸出、CEOC的可信、不可篡改。的可信、不可篡改。CEOC算力碳效評價對象ITIT象的算力基礎(chǔ)設(shè)施當(dāng)前主要聚焦為數(shù)據(jù)中心擁有自營控制權(quán)的自營機(jī)房。算力碳效核算邊界工作對象。IT涉及的時間范圍為算力基礎(chǔ)設(shè)施已投產(chǎn)使用并穩(wěn)定運行的階段。IT度從粗到細(xì)分為算力基礎(chǔ)設(shè)施、機(jī)房、機(jī)架排、機(jī)柜、ITCEOC二氧化碳排放量核算邊界自營機(jī)房機(jī)架服務(wù)器CPU/GPU內(nèi)存表二氧化碳排放量核算邊界自營機(jī)房機(jī)架服務(wù)器CPU/GPU內(nèi)存存儲其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備路由等通信設(shè)備交換機(jī)等雜項設(shè)備安全加密設(shè)備等機(jī)架設(shè)備傳感器、顯示面板等制冷IT設(shè)備制冷背板空調(diào)等機(jī)房制冷機(jī)房空調(diào)恒濕機(jī)房恒濕機(jī)其他機(jī)房設(shè)施照明供配電風(fēng)扇安全消防系統(tǒng)規(guī)格化有效算力核算邊界IT設(shè)備規(guī)格化有效算力CPU/GPU算力內(nèi)存算力存儲算力其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等此評價周期至少為一年。算力基礎(chǔ)設(shè)施在維護(hù)與異常狀態(tài)下不應(yīng)進(jìn)行算力碳效評價。碳效的評價結(jié)果可體現(xiàn)業(yè)務(wù)變更、技術(shù)改造對算力碳效的影響。ITIT變化，因此需重新進(jìn)行算力碳效評價。算力碳效核算方法CEOCCEOC評價模型如公式（1）所示：CEOC

E

（1）fECP有效算力，CP基準(zhǔn)算力，e算能系數(shù)E碳排放量——算力基礎(chǔ)設(shè)施在評價周期內(nèi)平均單位時間直接或間接產(chǎn)生的二氧化碳排放量（單位：tCO2/單位時間）；fECP ，CP

——算力基礎(chǔ)設(shè)施在評價周期內(nèi)平均單有效算力

算能系數(shù)位時間提供的規(guī)格化有效算力（單位：NECP）；ECP有效算力——算力基礎(chǔ)設(shè)施IT設(shè)備各算力組件提供的有效算力；CP基準(zhǔn)算力——基準(zhǔn)IT設(shè)備各算力組件提供的標(biāo)稱算力；e算能系數(shù)——各算力組件能力的權(quán)重系數(shù)。二氧化碳排放量評價模型E評價模型如公式（2）EEi

（2）E碳排因素i——算力基礎(chǔ)設(shè)施核算邊界范圍內(nèi)第i種碳排因素在評價周期內(nèi)平均單位時間直接或間接產(chǎn)生的二氧化碳排放量（單位：tCO2/單位時間）；E碳排放量是算力基礎(chǔ)設(shè)施核算邊界范圍內(nèi)所有碳排放因素平均單位時間直接的二氧化碳排放量為各碳排放因素平均單位時間的活動量與相應(yīng)的碳排放因子的乘積，碳排放因素包括但不限于燃料燃燒、電能消耗、購入熱力等。規(guī)格化有效算力評價模型fECP ，CP

評價模型如公式（3）所示：有效算力

算能系數(shù)f

ECnUe（ECn

（EC3

（ECnje

j （3）j )1in i 基準(zhǔn))1i

j jnXPU（單位：GFLOPSXPU）；EC內(nèi)存n（GB·Gbps；EC硬盤n（GB·Gbps；組件jnj（位：根據(jù)算力組件相關(guān)屬性確定）；CP基準(zhǔn)XPU——基準(zhǔn)服務(wù)器的XPU標(biāo)稱算力（單位：GFLOPS或根據(jù)XPU主要運算數(shù)據(jù)類型確定）；——基準(zhǔn)服務(wù)器的內(nèi)存標(biāo)稱算力（單位：GB·Gbps）；——基準(zhǔn)服務(wù)器的硬盤標(biāo)稱算力（單位：GB·Gbps）；基準(zhǔn)組件jj（件相關(guān)屬性確定）；e1——XPU處理器項算力組件的權(quán)重系數(shù)；e2——內(nèi)存項算力組件的權(quán)重系數(shù)；——硬盤項算力組件的權(quán)重系數(shù)；ejji——對應(yīng)XPU的算力倍增系數(shù)；1——調(diào)整項。fECP ，CP

為算力基礎(chǔ)設(shè)施核算邊界范圍內(nèi)所有IT設(shè)有效算力

算能系數(shù)備平均單位時間提供的規(guī)格化有效算力總和。ITCPU、GPU、內(nèi)存、硬盤等。XPUCPU、GPUCPUCPUCPU力、CPUGPUGPUGPUGPU內(nèi)存的有效算力是內(nèi)存條數(shù)量、內(nèi)存條容量、內(nèi)存工作頻率、內(nèi)存通道數(shù)、內(nèi)存通道位寬、每通道內(nèi)存配置情況（DPC）、內(nèi)存利用率等參數(shù)的函數(shù)。硬盤的有效算力是硬盤數(shù)量、硬盤容量、IOIT的函數(shù)。CPU、GPU、內(nèi)存、硬盤和其他算力組件的算力單位不同，為了統(tǒng)一綜ITIT基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)格化有效算力。CPUCPUCPUCPU單周期浮點計算能力等參數(shù)的函數(shù)。GPUGPUGPUGPU單周期浮點計算能力等參數(shù)的函數(shù)。數(shù)。IO寫速度等參數(shù)的函數(shù)。IT數(shù)，比如基準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)組件的標(biāo)稱算力是基準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)組件標(biāo)稱帶寬等參數(shù)的函數(shù)。XPUe1e2e3jej1。αiXPUCPUXPUCPUXPUαCPUiβe1是算力倍增系數(shù)α整體標(biāo)稱算力的倍數(shù)關(guān)系。i算力碳效評價流程明確評價目標(biāo)時間跨度和評價的精度。明確目標(biāo)有助于確保評價工作的針對性和有效性。建立評價模型以便于后續(xù)的計算和分析。采集數(shù)據(jù)算力相關(guān)數(shù)據(jù)包括被評價算力基礎(chǔ)設(shè)施的ITITIT設(shè)備利用率等。CEOCCEOC確保計算方法的準(zhǔn)確性和一致性，以避免誤差的傳遞。CEOCCEOC核算結(jié)果等記錄進(jìn)行全面驗證和審查，并出具核查報告。核定發(fā)證施發(fā)放算力碳效可信評價認(rèn)證證書。分析和驗證結(jié)果CEOC結(jié)果以驗證改進(jìn)措施實施效果。制定改進(jìn)措施措施，可以提升算力生產(chǎn)效率，促進(jìn)綠色低碳發(fā)展。效果，形成閉環(huán)。圖3.算力碳效可信評價流程圖算力碳效分級方法CEOCCEOC指標(biāo)值進(jìn)行相互比較。不同評價區(qū)域內(nèi)的算力基礎(chǔ)設(shè)施的CEOC4CEOC4CEOCCEOC4基礎(chǔ)設(shè)施算力碳效評價方法等級越高，CEOC數(shù)據(jù)中心進(jìn)行調(diào)查問卷調(diào)研，收集相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，使用算力碳效評價方法進(jìn)行CEOC算力碳效可信評價的應(yīng)用實踐和實用前景算力碳效可信評價的應(yīng)用對象主要是以數(shù)據(jù)中心等為代表的算力基礎(chǔ)設(shè)施。CPUGPUFPGAASICAICPUGPU陜西移動西咸數(shù)據(jù)中心基于區(qū)塊鏈技術(shù)的綠色數(shù)據(jù)中心智慧雙碳管理平臺，以區(qū)塊鏈、人工智能、圖4.陜西移動西咸數(shù)據(jù)中心614411.38驗數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的人工成本。圖5.中國移動陜西西咸數(shù)據(jù)中心算力碳效可信評價示意圖上海移動臨港數(shù)據(jù)中心與成本。CEOCIT5.310.5703節(jié)省0.75元計算，預(yù)計一年可節(jié)約電費47.7萬元，減少碳排放363噸。圖6.PUE與CEOCCPU業(yè)務(wù)流程挖掘、有針對性的提升算力碳效提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通過算力碳效大數(shù)據(jù)模型，AI制定。采集、使用與流轉(zhuǎn)，提升碳排數(shù)據(jù)管理的安全性與強(qiáng)公信力。圖7.CEOC影響因子大模型評價圖大數(shù)據(jù)、智能應(yīng)用場景中網(wǎng)絡(luò)顯著影響算力AR/VR50%進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也需創(chuàng)新發(fā)展。算力碳效核算邊界擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)權(quán)重提升CEOC網(wǎng)絡(luò)組件規(guī)格化有效算力項的權(quán)重系數(shù)在所有算力組件權(quán)重系數(shù)中的比重將有明顯提升。另外，泛在的算力體系將包含更多樣化的異構(gòu)算力，CEOC評價模型中XPUX86、ARM、RISC-V、GPU、FPGA、DPU、NPU、TPU算力碳效評價分析助力綠色算網(wǎng)協(xié)同與融合新技術(shù)應(yīng)用確定性網(wǎng)絡(luò)、高速互聯(lián)全光網(wǎng)絡(luò)底座、SRv6/G-SRv6、在網(wǎng)計算、存算一體、意AI算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要進(jìn)行算力碳效評價音識別、視頻處理等對各硬件廠商的設(shè)備進(jìn)行算力碳效評價，構(gòu)建供應(yīng)鏈設(shè)備CEOCCEOC色及效能。服務(wù)器綠色信息維護(hù)ITCEOCPUEITCEOC整體綠色高效發(fā)展?！耙晃镆淮a”綠色供應(yīng)鏈應(yīng)用成效基于中移鏈（CMChain）（江蘇2022辦“雙化協(xié)同”典型案例、2022基礎(chǔ)設(shè)施碳核查、碳資產(chǎn)管理。圖8.基于中移鏈（CMChai）的“一物一碼”綠色供應(yīng)鏈平臺技術(shù)架構(gòu)圖算力碳效可信評價的趨勢和展望PUECEOC這也將對算力碳效可信評價提出更高的要求，具體表現(xiàn)為以下幾點：設(shè)施的碳足跡，從而制定更有效的減排策略。放。高等，從而有效降低算力基礎(chǔ)設(shè)施的能耗和碳排放。價未來的發(fā)展方向和趨勢包括以下方面：異構(gòu)算力、跨域算力評價標(biāo)準(zhǔn)化，綜合性評價體系誕生異構(gòu)/定制化算力通過專用加速芯片或加速卡的設(shè)計和應(yīng)用，可以優(yōu)化算力GPU/定制化算力有助于提高算力基礎(chǔ)設(shè)施的能源利用效率，降低碳排放?？缬蛩懔貌煌赜虻臅r區(qū)差異或氣候條件差異進(jìn)行計算任務(wù)調(diào)度和資（5G、邊緣計算的規(guī)模力碳效綜合性評價體系將會逐步建立。人工智能技術(shù)融入算力碳效評價體系，助力算力的綠色發(fā)展和算法設(shè)計的智能化程度還有待進(jìn)一步提高。AIAI管理，推動算力的綠色發(fā)展。WEB3.0的數(shù)字孿生技術(shù)在算力碳效可信評價中應(yīng)用落地WEB3.0數(shù)字孿生技術(shù)在算力碳效可信評價中的應(yīng)用具有潛在的重要性。WEB3.0體世界數(shù)字化的技術(shù)，通過虛擬仿真實現(xiàn)對實體的模擬與管理。隨著算力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程的推進(jìn)，構(gòu)建可信計算網(wǎng)絡(luò)環(huán)境同樣是重中之重，而WEB3.0縮略語列表縮略語英文全稱中文解釋AIArtificialIntelligence人工智能ANSIAmericanNationalStandardsInstitute美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會ARMAdvancedRISCMachine高級精簡指令集計算機(jī)ASHRAEAmericanSocietyofHeating,RefrigeratingandAir-ConditioningEngineers美國采暖、制冷與空調(diào)工程師學(xué)會ASICApplicationSpecificIntegratedCircuit應(yīng)用專用集成電路BenchSEEBenchmarkofServerEnergyEfficiency服務(wù)器能效基準(zhǔn)CEOCCarbonEfficiencyOfComputing算力碳效CPComputingPower算力CPUCentralProcessingUnit中央處理器CUECarbonUseEfficiency碳利用效率DIMMDualInlineMemoryModules雙列直插式存儲模塊DPCDIMMPerChannel每條內(nèi)存通道配置內(nèi)存數(shù)DPUDataProcessingUnit數(shù)據(jù)處理器ECPEffectiveComputingPower有效算力EEUEElectricEnergyUsageEffectiveness電能使用效率FaaSFunctionasaService函數(shù)即服務(wù)FLOPSFloating-pointOperationsPerSecond每秒浮點運算次數(shù)FPGAFieldProgrammableGateArray現(xiàn)場可編程門陣列GBDTGradientBoostingDecisionTree梯度提升決策樹GPUGraphicsProcessingUnit圖形處理器GSEGlobalScheduledEthernet全調(diào)度以太網(wǎng)IDCInternetDataCenter互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心IECInternationalElectrotechnicalCommission國際電工委員會ISOInternationalOrganizationforStandardization國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ITInformationTechnology信息技術(shù)ITEEsvITEquipmentEnergyEfficiencyforserv