通信行业算力碳效可信评价白皮书

前 言目 录算力碳效可信评价的政策环境和背景 2算力基础设施发展现状与趋势 2国家“双碳”背景下算力基础设施高质量展需求 3算力碳效可信评价的定义和意义 4现有能效指标和评价手段及其局限性 4现有主要能效指标评价手段 4现有主要能效指标评价手的局限性 6算力碳效可信评价的定义 7算力碳效可信评价的优势和意义 8算力碳效可信评价优势 8算力碳效可信评价意义 10算力碳效可信评价技术方案和评价要素 11算力碳效可信评价技术方案 11算力碳效可信评价要素 14算力碳效评价对象 14算力碳效核算边界 14算力碳效核算方法 15算力碳效评价流程 19算力碳效分级方法 21算力碳效可信评价的应用实践和实用前景 21数据中心试点应用实践成效 22促进算网运营中算网协同与融合技术的绿发展 25构建算力基础设施建设阶段的绿色供应链系 26算力碳效可信评价的趋势和展望 28缩略语列表 32参考文献 34算力碳效可信评价的政策环境和背景济与实体经济快速融合。202221781020232基于顶层设计资建设规模均呈爆发式增长2023230EFLOPS（230位居全球第二530%70EFLOPS（70），70%。的愿景，计划通过泛在协同、融合统一、一体内生三步走实现。2023111210.1EFLOPS（FP16，16）；建设全400GOTN“1-5-20ms”三级算力时延圈。2.020302060（简称“双碳”）“双碳”目标所要面临的重要任务之一。2021年10月国家发布碳达峰碳中和“1+N”政策体系的顶层设计，明确了1211（制定本地区碳达峰实施方案，“双碳”政策体系完成构建并持续落实。图1.国家碳达峰碳中和“1+N”政策示意（摘自《中国碳达峰碳中和政策与行动报告（2023）》）新型基础设施属于“1+N设施必须进行高质量发展。基础设施绿色发展，国家相关管理部门发布多项指导意见。具体如下：（1）20228（2022-20252025对重点设施（数据中心、通信基站、通信机房）的绿色低碳发展给出指导。（2）202310率和算力碳效水平，推动算力标准体系建设的相关要求。（3）202312IT绿色算力评价方面，业界更关注电源使用效率（PUE）乏统一标准和方法。算力碳效可信评价的定义和意义现有主要能效指标和评价手段当前国内外广泛使用PUE作为衡量数据中心等算力基础设施能效的关键指标。PUEITPUE1，表示数据中心的绿色化程度越高；PUEPUEPUE（pPUE）、碳利用效率（CUE）、水资源利用效率（WUE）、电能使用效率（EEUE）等。pPUEPUE可以评价数据中心更小区间内的能效；CUEITIT另外，还有绿色网格联盟（TGG）IT（ITTC）、ITIT（ITEEsv）等指标，这里不再一一介绍。（如耗电量数据可以通过智能电表和动SPECPower、SERT、BenchSEE、MLPerf、Linpack、以及开放数据中心委员会（ODCC）、事务处理性能委员会（TPC）等组织发布的基准测试规范和测试集。这些基准测试套件可以测试多种领域、多种典型业务、多种负载水平下的服务器性能和能耗。不同套件的测试集不尽相同，测试的服务器组件对象和侧重点也不尽相同。现有主要能效指标和评价手段的局限性PUEITPUEITITPUEPUEPUEITCUEITPUEEEUEPUEPUEPUE标及评价体系迫在眉睫。PUE过程中人为操纵PUEPUE1.2CPU、GPU、内存、硬盘等核心本白皮书提出的算力基础设施算力碳效可信评价是指基于区块链可信技术CEOC（CarbonEfficiencyOfComputing）的具体定义是算力基础设施在评价周期内平均单位时间单位规格化有效算力产生的二氧化碳排CEOCCEOCCEOCCEOC括但不限于燃料燃烧、电能消耗、购入热力等。ITITCPUGPUCEOC的。算力碳效可信评价的优势关键词，本白皮书提出的算力碳效可信评价体系，具有以下优势：CEOC的真实可信，防止虚假数据并提升采集效率。CEOC有效算力的持续监测及计算，契合国家对碳排放和算力的评价要求。通过监测算力基础设施内不同服务器算力组件（CPU、GPU、内存、硬盘及其他组件（例如网络）等）的工作状态和服务器能耗，可以CEOC指标可以体现算力基础设施运行时的算力碳效水平实时变化情况。阔的适用范围。PUE总用电量/IT设备用电量CEOC二氧化碳排放量/规格化有效算力评测标准能源消耗监测✓✓二氧化碳排放量监测✓碳排放强度监测✓数据中心算力监测✓CPU、GPU、内存、硬盘使用率监测✓机房实际运行状态的变化✓PUE总用电量/IT设备用电量CEOC二氧化碳排放量/规格化有效算力评测标准能源消耗监测✓✓二氧化碳排放量监测✓碳排放强度监测✓数据中心算力监测✓CPU、GPU、内存、硬盘使用率监测✓机房实际运行状态的变化✓评测体系CPU、GPU使用率✓内存使用率✓硬盘使用率✓网络资源利用率✓服务器功率利用率✓服务器规格算力✓室外年均温度✓机柜资源利用率（上架率）✓可再生能源利用率✓机架数✓算力碳效可信评价的意义积极推动通信行业科技创新和技术进步有益推动国家监管和机构核查增加政府监管部门和第三方核查机构的权威性。有益推动算力基础设施建设有益推动我国在标准化领域抢占话语权2015印发国家绿色数据中心试点工作方案的通知》中指出：我国大多数数据中心的PUE2,与国际先进水平存在较大差距。近十年，尽管我国在数据PUE2016/2017ISO/IEC-#1ISO/IEC30134-XInformationtechnologyDatacentresKeyperformance2019ANSI/ASHRAEStandard发布90.4-2019EnergyStandardforDataCenters，202110ISO/IECTS22237-1-2021PUE算力碳效可信评价技术方案和评价要素CEOCCEOCPUE性能的问题，可有效推动算力基础设施绿色低碳技术发展及应用。图2.算力碳效可信评价技术方案架构图ITITCPUITITCEOC内的总体二氧化碳排放量。ITCPUITITCEOCCEOC耗、清洁能源使用情况、二氧化碳排放量、有效算力输出、CEOC的可信、不可篡改。的可信、不可篡改。CEOC算力碳效评价对象ITIT象的算力基础设施当前主要聚焦为数据中心拥有自营控制权的自营机房。算力碳效核算边界工作对象。IT涉及的时间范围为算力基础设施已投产使用并稳定运行的阶段。IT度从粗到细分为算力基础设施、机房、机架排、机柜、ITCEOC二氧化碳排放量核算边界自营机房机架服务器CPU/GPU内存表二氧化碳排放量核算边界自营机房机架服务器CPU/GPU内存存储其他网络设备路由等通信设备交换机等杂项设备安全加密设备等机架设备传感器、显示面板等制冷IT设备制冷背板空调等机房制冷机房空调恒湿机房恒湿机其他机房设施照明供配电风扇安全消防系统规格化有效算力核算边界IT设备规格化有效算力CPU/GPU算力内存算力存储算力其他网络设备等此评价周期至少为一年。算力基础设施在维护与异常状态下不应进行算力碳效评价。碳效的评价结果可体现业务变更、技术改造对算力碳效的影响。ITIT变化，因此需重新进行算力碳效评价。算力碳效核算方法CEOCCEOC评价模型如公式（1）所示：CEOC

E

（1）fECP有效算力，CP基准算力，e算能系数E碳排放量——算力基础设施在评价周期内平均单位时间直接或间接产生的二氧化碳排放量（单位：tCO2/单位时间）；fECP ，CP

——算力基础设施在评价周期内平均单有效算力

算能系数位时间提供的规格化有效算力（单位：NECP）；ECP有效算力——算力基础设施IT设备各算力组件提供的有效算力；CP基准算力——基准IT设备各算力组件提供的标称算力；e算能系数——各算力组件能力的权重系数。二氧化碳排放量评价模型E评价模型如公式（2）EEi

（2）E碳排因素i——算力基础设施核算边界范围内第i种碳排因素在评价周期内平均单位时间直接或间接产生的二氧化碳排放量（单位：tCO2/单位时间）；E碳排放量是算力基础设施核算边界范围内所有碳排放因素平均单位时间直接的二氧化碳排放量为各碳排放因素平均单位时间的活动量与相应的碳排放因子的乘积，碳排放因素包括但不限于燃料燃烧、电能消耗、购入热力等。规格化有效算力评价模型fECP ，CP

评价模型如公式（3）所示：有效算力

算能系数f

ECnUe（ECn

（EC3

（ECnje

j （3）j )1in i 基准)1i

j jnXPU（单位：GFLOPSXPU）；EC内存n（GB·Gbps；EC硬盘n（GB·Gbps；组件jnj（位：根据算力组件相关属性确定）；CP基准XPU——基准服务器的XPU标称算力（单位：GFLOPS或根据XPU主要运算数据类型确定）；——基准服务器的内存标称算力（单位：GB·Gbps）；——基准服务器的硬盘标称算力（单位：GB·Gbps）；基准组件jj（件相关属性确定）；e1——XPU处理器项算力组件的权重系数；e2——内存项算力组件的权重系数；——硬盘项算力组件的权重系数；ejji——对应XPU的算力倍增系数；1——调整项。fECP ，CP

为算力基础设施核算边界范围内所有IT设有效算力

算能系数备平均单位时间提供的规格化有效算力总和。ITCPU、GPU、内存、硬盘等。XPUCPU、GPUCPUCPUCPU力、CPUGPUGPUGPUGPU内存的有效算力是内存条数量、内存条容量、内存工作频率、内存通道数、内存通道位宽、每通道内存配置情况（DPC）、内存利用率等参数的函数。硬盘的有效算力是硬盘数量、硬盘容量、IOIT的函数。CPU、GPU、内存、硬盘和其他算力组件的算力单位不同，为了统一综ITIT基础设施的规格化有效算力。CPUCPUCPUCPU单周期浮点计算能力等参数的函数。GPUGPUGPUGPU单周期浮点计算能力等参数的函数。数。IO写速度等参数的函数。IT数，比如基准网络组件的标称算力是基准网络组件标称带宽等参数的函数。XPUe1e2e3jej1。αiXPUCPUXPUCPUXPUαCPUiβe1是算力倍增系数α整体标称算力的倍数关系。i算力碳效评价流程明确评价目标时间跨度和评价的精度。明确目标有助于确保评价工作的针对性和有效性。建立评价模型以便于后续的计算和分析。采集数据算力相关数据包括被评价算力基础设施的ITITIT设备利用率等。CEOCCEOC确保计算方法的准确性和一致性，以避免误差的传递。CEOCCEOC核算结果等记录进行全面验证和审查，并出具核查报告。核定发证施发放算力碳效可信评价认证证书。分析和验证结果CEOC结果以验证改进措施实施效果。制定改进措施措施，可以提升算力生产效率，促进绿色低碳发展。效果，形成闭环。图3.算力碳效可信评价流程图算力碳效分级方法CEOCCEOC指标值进行相互比较。不同评价区域内的算力基础设施的CEOC4CEOC4CEOCCEOC4基础设施算力碳效评价方法等级越高，CEOC数据中心进行调查问卷调研，收集相关基础数据，使用算力碳效评价方法进行CEOC算力碳效可信评价的应用实践和实用前景算力碳效可信评价的应用对象主要是以数据中心等为代表的算力基础设施。CPUGPUFPGAASICAICPUGPU陕西移动西咸数据中心基于区块链技术的绿色数据中心智慧双碳管理平台，以区块链、人工智能、图4.陕西移动西咸数据中心614411.38验数据而产生的人工成本。图5.中国移动陕西西咸数据中心算力碳效可信评价示意图上海移动临港数据中心与成本。CEOCIT5.310.5703节省0.75元计算，预计一年可节约电费47.7万元，减少碳排放363吨。图6.PUE与CEOCCPU业务流程挖掘、有针对性的提升算力碳效提供数据基础。通过算力碳效大数据模型，AI制定。采集、使用与流转，提升碳排数据管理的安全性与强公信力。图7.CEOC影响因子大模型评价图大数据、智能应用场景中网络显著影响算力AR/VR50%进，网络协议也需创新发展。算力碳效核算边界扩展，网络权重提升CEOC网络组件规格化有效算力项的权重系数在所有算力组件权重系数中的比重将有明显提升。另外，泛在的算力体系将包含更多样化的异构算力，CEOC评价模型中XPUX86、ARM、RISC-V、GPU、FPGA、DPU、NPU、TPU算力碳效评价分析助力绿色算网协同与融合新技术应用确定性网络、高速互联全光网络底座、SRv6/G-SRv6、在网计算、存算一体、意AI算力基础设施建设需要进行算力碳效评价音识别、视频处理等对各硬件厂商的设备进行算力碳效评价，构建供应链设备CEOCCEOC色及效能。服务器绿色信息维护ITCEOCPUEITCEOC整体绿色高效发展。“一物一码”绿色供应链应用成效基于中移链（CMChain）（江苏2022办“双化协同”典型案例、2022基础设施碳核查、碳资产管理。图8.基于中移链（CMChai）的“一物一码”绿色供应链平台技术架构图算力碳效可信评价的趋势和展望PUECEOC这也将对算力碳效可信评价提出更高的要求，具体表现为以下几点：设施的碳足迹，从而制定更有效的减排策略。放。高等，从而有效降低算力基础设施的能耗和碳排放。价未来的发展方向和趋势包括以下方面：异构算力、跨域算力评价标准化，综合性评价体系诞生异构/定制化算力通过专用加速芯片或加速卡的设计和应用，可以优化算力GPU/定制化算力有助于提高算力基础设施的能源利用效率，降低碳排放。跨域算力利用不同地域的时区差异或气候条件差异进行计算任务调度和资（5G、边缘计算的规模力碳效综合性评价体系将会逐步建立。人工智能技术融入算力碳效评价体系，助力算力的绿色发展和算法设计的智能化程度还有待进一步提高。AIAI管理，推动算力的绿色发展。WEB3.0的数字孪生技术在算力碳效可信评价中应用落地WEB3.0数字孪生技术在算力碳效可信评价中的应用具有潜在的重要性。WEB3.0体世界数字化的技术，通过虚拟仿真实现对实体的模拟与管理。随着算力网络进程的推进，构建可信计算网络环境同样是重中之重，而WEB3.0缩略语列表缩略语英文全称中文解释AIArtificialIntelligence人工智能ANSIAmericanNationalStandardsInstitute美国国家标准学会ARMAdvancedRISCMachine高级精简指令集计算机ASHRAEAmericanSocietyofHeating,RefrigeratingandAir-ConditioningEngineers美国采暖、制冷与空调工程师学会ASICApplicationSpecificIntegratedCircuit应用专用集成电路BenchSEEBenchmarkofServerEnergyEfficiency服务器能效基准CEOCCarbonEfficiencyOfComputing算力碳效CPComputingPower算力CPUCentralProcessingUnit中央处理器CUECarbonUseEfficiency碳利用效率DIMMDualInlineMemoryModules双列直插式存储模块DPCDIMMPerChannel每条内存通道配置内存数DPUDataProcessingUnit数据处理器ECPEffectiveComputingPower有效算力EEUEElectricEnergyUsageEffectiveness电能使用效率FaaSFunctionasaService函数即服务FLOPSFloating-pointOperationsPerSecond每秒浮点运算次数FPGAFieldProgrammableGateArray现场可编程门阵列GBDTGradientBoostingDecisionTree梯度提升决策树GPUGraphicsProcessingUnit图形处理器GSEGlobalScheduledEthernet全调度以太网IDCInternetDataCenter互联网数据中心IECInternationalElectrotechnicalCommission国际电工委员会ISOInternationalOrganizationforStandardization国际标准化组织ITInformationTechnology信息技术ITEEsvITEquipmentEnergyEfficiencyforserv