如何實(shí)現(xiàn)綠色計(jì)算？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）“綠色化”已經(jīng)成為一種上升的趨勢，無論是清潔能源、設(shè)備回收、綠色建筑等，都是為了保護(hù)環(huán)境做出的選擇，甚至有慢慢成為首選的趨勢。計(jì)算產(chǎn)業(yè)也不例外，為了減少技術(shù)對(duì)環(huán)境的影響，提高計(jì)算的能效，綠色計(jì)算可以說是必行之路。

在IBM的詮釋中，綠色計(jì)算是在設(shè)計(jì)、制造和使用計(jì)算機(jī)、芯片等其他外圍設(shè)備的同時(shí)，限制對(duì)環(huán)境的有害影響，包括減少來自制造商、數(shù)據(jù)中心和終端用戶的消耗能源和碳排放。鑒于落實(shí)到用戶身上需要更加復(fù)雜的舉措，所以大部分推行綠色計(jì)算的行動(dòng)都是先從制造端與數(shù)據(jù)中心上開展的。

加快芯片設(shè)計(jì)與制造的同時(shí)降低碳排放

從設(shè)計(jì)角度來看，對(duì)性能和降低能耗的需求仍是齊頭并進(jìn)的，比如下一代的GAA 2nm芯片，在提高性能的同時(shí)也降低了能耗，實(shí)現(xiàn)更高的能效比隨著工藝的推進(jìn)似乎并不是件難事，但在工藝進(jìn)展緩慢之后，如何繼續(xù)保證這樣的趨勢就是問題的關(guān)鍵了。

已經(jīng)被采用的措施也很多，力求從各個(gè)角度來攻克能耗問題，比如芯片睡眠模式、改善半導(dǎo)體材料的選擇、切換芯片計(jì)算架構(gòu)、提高EDA效率等等。盡管這些舉措對(duì)減少碳排放起到的作用有大有小，但足以看出設(shè)計(jì)上如何實(shí)現(xiàn)綠色計(jì)算的靈感遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有枯竭。

制造端的問題就比較難解決了，這牽扯到供需關(guān)系和各個(gè)地區(qū)的能源結(jié)構(gòu)。從2020年起，全球陷入了一場曠日持久的半導(dǎo)體供應(yīng)困境，晶圓廠的擴(kuò)張成為常態(tài)。我們發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)能擴(kuò)張的速度根本跟不上需求增長的速度，這是因?yàn)榭紤]到“綠色化”的目標(biāo)，晶圓廠的擴(kuò)張也不再是隨隨便便了，從選址、能源供給、施工建造等等方面都要經(jīng)過嚴(yán)格的環(huán)保評(píng)審。

以臺(tái)積電為例，臺(tái)積電在2017年到2020年這個(gè)智能手機(jī)SoC發(fā)展的黃金時(shí)間段里可謂賺得盆滿缽滿，但與此同時(shí)每年的碳排放也在逐級(jí)增長。2020年，臺(tái)積電的二氧化碳排放當(dāng)量已經(jīng)達(dá)到了1700萬噸，而這還是在臺(tái)積電2018年發(fā)布了《氣候變化聲明》并宣稱采取一定措施的結(jié)果。

臺(tái)積電在2021年再次發(fā)布一份報(bào)告，并承諾短期目標(biāo)是將2025年實(shí)現(xiàn)零排放增長，中期目標(biāo)即在2030年將碳排放降至2020年的水平，長期目標(biāo)則是在2050年實(shí)現(xiàn)凈零碳排放。但考慮到臺(tái)灣省的發(fā)電主力依然是火電組成，臺(tái)積電的間接碳排放可能無法達(dá)成這些目標(biāo)。所以臺(tái)積電在幫助芯片減少碳排放的同時(shí)，自身卻在掙扎于減少碳排放和完成業(yè)務(wù)目標(biāo)的沖突中。

國內(nèi)的綠色計(jì)算產(chǎn)業(yè)

對(duì)于中國來說，綠色計(jì)算是勢在必行，從以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，2020年之前，國內(nèi)的二氧化碳排放是在持續(xù)上升的，雖然從2010年起上升幅度減緩，但相較其他國家與地區(qū)更有效的減碳措施相比，國內(nèi)在這方面做得還是不夠的。這也是為何近年來國家開始緊盯雙碳目標(biāo)，開展“東數(shù)西算”工程的目的。

2016年，在工信部的指導(dǎo)下，華為、聯(lián)想、戴爾、中科院計(jì)算所和Arm等企業(yè)及單位，共同成立了綠色計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，涵蓋了芯片廠商、服務(wù)器廠商、軟件廠商和相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)和高校，該聯(lián)盟已經(jīng)推出了《綠色計(jì)算服務(wù)器可信賴測試方法》等一系列測試標(biāo)準(zhǔn)。

值得一提的是，該聯(lián)盟的宗旨是以ARM計(jì)算芯片技術(shù)等開放技術(shù)為基礎(chǔ)的，所以主要面向的還是已經(jīng)推出的一系列ARM服務(wù)器芯片，比如阿里巴巴的倚天710、華為的鯤鵬920、Ampere Computing的Altra Max?？梢钥闯?，以ARM為基礎(chǔ)架構(gòu)的服務(wù)器芯片未來很可能會(huì)成為實(shí)現(xiàn)綠色計(jì)算目標(biāo)的主力。

寫在最后

不過即便在政策、聯(lián)盟等因素的推動(dòng)下，大規(guī)模實(shí)現(xiàn)綠色計(jì)算還是面臨著不少的挑戰(zhàn)。以國內(nèi)西部地區(qū)的數(shù)據(jù)中心為例，這些數(shù)據(jù)中心有一部分是靠政策落地的，而不是根據(jù)實(shí)際需求來搭建的。而在真正的跨區(qū)域需求調(diào)動(dòng)上還是缺乏靈活性，數(shù)據(jù)中心的空置率依然較高，可以說綠色能源到位了，但綠色運(yùn)營還未到位。

至于基于ARM的服務(wù)器計(jì)算芯片雖然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超越傳統(tǒng)x86機(jī)器的能耗比，但在應(yīng)用生態(tài)上仍不算完整，目前還是只有容器與虛擬化、數(shù)據(jù)庫和云游戲之類的云原生應(yīng)用上線，計(jì)算負(fù)載的大頭還是在x86機(jī)器上，只有完成了更多的應(yīng)用遷移，才能將ARM的能耗比優(yōu)勢充分體現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心上。