您是否知道，單個 ChatGPT 查詢消耗的能量是 Google 搜索的 10 倍以上？如果您知道，那么包括國家電網首席執行官 John Pettigrew 在內的有影響力的人物倡導改革以減輕英國電力基礎設施的壓力以支持人工智能的發展也就不足爲奇了。

與此同時，環境法規迫使數據中心將能源消耗降至最低，這迫使他們尋找更可持續地爲人工智能創新提供動力的解決方案。目前，各設施正在研究可再生能源的潛力，以解決降低電網負荷和減少碳排放的挑战。然而，引入太陽能和風能等其他能源非常復雜，需要仔細規劃和實施。幸運的是，有一個解決方案可以提供幫助。

在進行重大改造之前，設施可以使用數字孿生來支持其設計和運營。這些物理數據中心的虛擬副本可以根據新能源解決方案模擬設計，以確保其兼容性和效率，然後再將其應用於實際設施。在我們進一步深入探討數字孿生的前景之前，了解爲什么在日益由人工智能主導的社會中我們需要它們至關重要。

迫在眉睫的容量危機

數據中心已經面臨巨大的容量壓力。人工智能的快速發展加劇了這一問題，世邦魏理仕的數據顯示，2023 年歐洲五大市場的數據中心需求（511MW）超過了供應（467MW）。此外，表明數據中心能源使用效率 (PUE) 分數停滯不前。雖然一些一流的數據中心得分爲 1.1，但許多分數現在鎖定在 1.5。在某些情況下，這相當於驚人的五倍能源浪費。

由於算法需要大量的存儲和處理能力，人工智能只會加劇這些挑战。預計未來幾年這一需求將飆升，預計的 GW 增長大部分歸因於人工智能。隨着人工智能繼續呈指數級增長，這些數字只會增加。

維持數據中心有效供電所需的能源供應並不簡單。世界各地的人們都親眼目睹了容量需求如何影響電網。例如，2017 年和 2019 年加州發生過停電，美國部分地區最近發出警告，稱人工智能可能導致能源需求激增，從而導致電力中斷。這引起了人們對維持穩定電網和能源供應的難度的更多關注。然而，困難還不止於此。

可持續發展故事

耗能的數據中心容納着復雜的設備，這些設備需要持續爲服務器、存儲、網絡等提供能源。然而，這並不是設施大規模消耗的唯一資源。平均每個數據中心每天使用 300-500 萬加侖的水——這相當於一個擁有 50,000 人的城市的用水量。公衆對設施的興趣因此而增長，尤其是當能源需求不斷增長時。現在，隨着地方政府、人民和議會的反對聲越來越大，新數據中心的計劃被公开否決。

立法者和監管機構也在密切監控數據中心。法規的變化意味着依賴數據中心的公司將不再能夠將其排放轉移到供應鏈下遊。例如，《能源效率指令》（EED）和《企業可持續發展報告指令》（CSRD）將要求大公司直接和間接報告其碳排放情況。

更爲復雜的是，設施意識到使用傳統能源可能會限制其可持續性，但它們仍需要爲 AI 提供動力。因此，高管們正在尋找能夠同時滿足 AI 期望和環境、社會和治理 (ESG) 目標的解決方案。可再生能源是一個不錯的選擇。

新加坡、荷蘭和愛爾蘭等國家已經在積極尋找替代能源來爲數據中心供電。通過使用太陽能、風能和其他可再生能源，數據中心將減少碳排放和停電的可能性。

可再生能源還可能減少公衆和地方政府對即將建設的數據中心的抵制，使項目審批更加容易。然而，最重要的是，確保現有數據中心盡可能有效地利用所有傳統和可再生能源應該是設施經理的首要目標。

使用數字孿生實現可持續發展

許多現代數據中心管理人員都力求滿足可持續發展標准、遵守監管要求並滿足人工智能日益增長的電力需求。這就是數字孿生的諸多優勢發揮作用的地方。

首先，與人工智能技術相關的更高功率密度尤其必須有效且高效地冷卻。數字孿生可用於評估向環境中散熱的有效性以及白色空間中冷卻供應的效率。這對於防止不斷增長的功率密度破壞免費冷卻技術以及隨之而來的能源消耗爆炸式增長是必要的。

另一個好處是，數字孿生對於在更廣泛的數據中心運營中充分發揮可再生能源的潛力至關重要。數據中心管理人員可以使用數字孿生確定最適合其特定需求的配置。這些模型可以通過考慮冷卻策略和資源分配來動態調整以適應能源的變化。通過採用這種策略，設施可以最大限度地減少對環境的影響並優化其對可再生能源的使用。

最後，數字孿生能夠持續監控整個設施的資源利用率。將傳感器和數據收集機制與數字孿生相結合，運營商能夠實時評估各種組件的性能，例如冷卻效率、功耗和網絡帶寬。

可以分析這些見解以識別能源問題，進而解決資源分配或闲置容量問題。這些優勢使運營更加環保，並可以產生令人滿意的 PUE 分數或其他指標，這些指標更適合液體冷卻和混合系統。有了這些優勢，運營商可以放心地研究可再生能源的整合。

安全地推動人工智能的採用

如果要更可持續地爲人工智能提供動力，那么在人工智能發展之後，僅僅依賴傳統能源是行不通的。然而，數字孿生可以指導領導者完成這一旅程，使他們能夠優化整個設施的資源利用率並顯著節省能源。

這減少了能源需求的壓力，同時提供了對環境影響的清晰視圖。採用數字孿生的數據中心將能夠更好地應對人工智能的挑战，並打开通往更可持續的數字化未來的大門。

Mark Seymour 是 Cadence 的傑出工程師。

標題：綠色革命：數據中心如何讓人工智能可持續發展

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