2022年可持续计算蓝皮报告

可持续计算蓝皮报告 (2022年) 中国信息通信研究院泰尔系统实验室 IBM（中国）有限公司2022年12月 版权声明 本报告版权属于中国信息通信研究院、IBM（中国）有限公司，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：中国信息通信研究院、IBM（中国）有限公司”。违反上述声明者，编者将追究其相关法律责任。 前言 2015年联合国发展峰会上通过的《2030年可持续发展议程》提 出了17项可持续发展目标，旨在解决社会、环境和经济问题，让全球走向可持续发展道路。党中央、国务院高度重视经济社会绿色低碳发展，习总书记多次作出重要指示，强调要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局，这是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体。同时，党的二十大报告提出：“我们要加快发展方式绿色转型，实施全面节约战略，发展绿色低碳产业”、“推动形成绿色低碳的生产方式和生活方式”、“积极参与应对气候变化全球治理”、“促进数字经济和实体经济深度融合”。 信息技术已经成为推动高质量发展、经济社会全面绿色转型的重要创新力量。而其中的计算技术已经融入到国计民生的方方面面，小到视频浏览，大到探索太空。海量、精密的计算技术不仅为通信和互联网行业所专属，而越来越多地为生产、生活、生态数字化转型注入新动能。 基于此，中国信息通信研究院泰尔系统实验室联合IBM（中国）有限公司，结合双方对可持续计算的深刻洞察、技术研究和业务实践，共同发布此报告，致力于推动行业可持续发展。 本蓝皮报告首先阐述了可持续计算的概念演进和定义以及国内外标准和政策现状；其次，对可持续计算的总体架构进行了介绍，进而给出了可持续计算的技术内涵、评价体系、战略选择及实践；最后对可持续计算的未来发展进行了展望。 目录 一、可持续计算概念1 （一）可持续计算的概念演进1 （二）可持续计算定义及架构3 二、可持续计算内涵5 （一）可持续计算基础设施5 （二）可持续云计算技术与平台14 （三）可持续业务应用19 三、可持续计算评价23 （一）安全合规23 （二）稳定可靠30 （三）便捷高效33 （四）绿色低碳35 四、可持续计算实施40 （一）可持续计算的实施阶段40 （二）可持续计算的实施路径42 （三）可持续计算的实施方案43 五、可持续计算展望42 参考文献42 附录一可持续计算的全球及中国标准45 （一）ISO中可持续计算相关标准45 （二）ITU中可持续计算相关标准46 （三）我国可持续计算相关标准46 附录二可持续计算评价指标及相关标准47 图目录 图1可持续计算概念演变进程3 图2可持续计算架构4 图3可持续计算技术架构5 图4可持续环境基础设施能耗占比10 图51路市电1路保障电源供电方案11 图6可持续计算评价体系23 图8可持续计算实施四阶段解析40 图9可持续计算实施方案总体架构44 表目录 表1不同存储介质各指标排名8 表2安全合规评价体系24 表3稳定可靠评价体系30 表4便捷高效评价体系33 表5绿色低碳评价体系35 一、可持续计算概念 全球气候变化的影响正对全人类生存与发展带来重大挑战，全球主要国家和地区纷纷加速向碳中和迈进。自2020年我国提出2030年碳达峰、2060年碳中和的发展目标至今，我国已基本建立了以《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》及《2030年前碳达峰行动方案》为顶层统领的“1+N”政策体系，可持续发展已成为各大企业良性发展的紧迫要求。同时，数字经济作为一种全新的经济形态，以数据资源为关键要素，以现代信息网络为主要载体，以信息通信技术融合应用、全要素数字化转型为重要推动力，已成为我国继工业经济之后的主要经济形态，数字中国建设更是我国统筹推进“五位一体”总体布局、协调推进“四个全面”战略布局的重要实践。 本蓝皮报告结合我国碳达峰碳中和发展目标与数字中国发展战略，创新性融合可持续性与数字化两部分社会发展诉求，首次提出可持续计算概念，并深入阐释了可持续计算的内涵、评价体系与实施路线，旨在推动并引领全社会数字化绿色化协同发展，助力我国双碳目标实现，推进“双碳”战略与数字中国建设。 （一）可持续计算的概念演进 全球计算技术主要经历了大型机、小型机及PC机、云计算三个 时代，即将迎来以量子计算等新兴计算技术为代表的新时代。大型机时代以IBMSystem/360大规模商用电子计算机系列为代表，采用“服务端集中”的计算模式。小型机及PC机时代以美国数字设备公司 （DEC）推出的PDP系列小型机及IBM的商用PC机系列为代表，采用“服务端和终端并重”的计算模式。云计算时代[1]以AWS公有云和IBM混合云为代表，采用“服务端为主，终端为辅”的计算模式。量子计算以量子比特为基本单元，利用量子叠加和干涉原理实现并行计算，与传统计算模式相比，运算速度更快，将给现有计算能力带来质的飞跃。中国计算机产业历经70年发展至今，我国超算数量及规模均已跻身世界前列[2]。 可持续发展的概念最早于1987年由世界环境与发展委员会(WCED)在报告《我们共同的未来》中提出，定义为“能满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展”。[3]从内涵来看，可持续发展包括社会、环境、经济三个方面。我国早在1995年 9月中共十四届五中全会便将可持续发展战略写入《关于制定国民经 济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标的建议》，把可持续发展作为基本战略之一。 可持续计算概念伴随可持续发展以及计算技术迭代而诞生并演 进。图1展示了可持续计算的演变进程，1992年美国环境保护局 （EnvironmentalProtectionAgency,EPA）启动能源之星“EnergyStar”计划[4]，由此衍生出“绿色计算”或者“绿色IT”。随着IT能耗问题逐渐突出，业界提出了负责任的计算、可持续计算等相关概念。2007年，绿色网格（TheGreenGrid）[5]成立并提出了数据中心电能使用效率（PUE）概念。 来源：IBM、中国信息通信研究院 图1可持续计算概念演变进程 我国政府和各机构也相继颁发了相关政策，2021年11月由国家发改委等机构制定的《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求—推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》中提出加快建设绿色数据中心[6]；2021年11月工信部制定了《“十四五”信息通信行业发展规划》，提出深化基础设施共建共享，促进形成绿色生产生活方式，形成数网协同、数云协同、云边协同、绿色智能的多层次算力设施体系，推动计算资源集约部署和异构云能力协同共享，提高计算资源利用率[7]；2022年1月国务院发布了《“十四五”数字经济发展规划》，提出加快实施“东数西算”工程，推进云网协同发展，提升数据中心跨网络、跨地域数据交互能力，加强面向特定场景的边缘计算能力，强化算力统筹和智能调度[8]。 （二）可持续计算定义及架构 广义的可持续计算，是以环境友好为目标，以IT软硬件、配套设施及业务应用为要素，实现全局绿色、高效、可靠、安全的计算模 式。而狭义的可持续计算，以新材料、新技术等科技创新为驱动力，以技术与平台、基础设施在规划、设计、开发、运行、维护、升级、废弃回收等全生命周期的所有活动为重点环节，以优化清洁用能、提升计算水平，保障不间断服务、快速响应安全事件为目标的计算模式。 来源：IBM、中国信息通信研究院 图2可持续计算架构 可持续计算基础设施、云计算技术与平台、可持续业务应用成为 可持续计算三个要素。其中，“可持续计算基础设施”涵盖面向新材料、新工艺、新技术、新产品的可持续计算基础要素、以计算、存储及网络先进设备为代表的可持续IT基础设施，以及可持续环境基础设施等。“可持续云计算技术与平台”致力于实现应用开发、部署、运维、管理、自动化、安全保障等功能，以满足业务敏捷创新与核心业务可靠运行的双重需求。“可持续业务应用”基于可持续计算基础设施及可持续云计算技术与平台，结合实际应用，推动各行业绿色发 展。 安全合规、稳定可靠、便捷高效、绿色低碳成为可持续计算四大 特征。这四个特性为可持续计算设置了标准基线，并为可持续计算技术的发展提供规范参考。其中，“安全合规”给出了企业实施可持续计算不可逾越的红线，帮助企业规避风险。“稳定可靠”对于企业的可持续计算提供保障，确保计算过程不间断。“便捷高效”是在整个可持续计算的生命周期中，实现最优运行及维护。“绿色低碳”是可持续计算的最重要特征,碳达峰、碳中和目标是可持续计算的内在要求。 合规、优化、转型、引领四个层次将成为评估企业及机构可持续 计算成熟度的重要阶段，帮助其明晰实现可持续计算的挑战及差距，确定战略选择，并规划实施路径。合规，是指符合国家和地方政府相关的政策和法规；优化，是指进一步提升企业及机构运营效率；转型，是指重塑企业及机构业务模式；引领，是指带动行业发展，共创可持续生态。 二、可持续计算内涵 来源：IBM、中国信息通信研究院 图3可持续计算技术架构 （一）可持续计算基础设施 可持续计算基础设施，由基础要素、IT基础设施、环境基础设施三部分构建而成，由下至上支撑承托，相互作用。 1.可持续基础要素 可持续计算基础要素指为可持续计算基础设施提供底层支撑的“新材料”、“新工艺”、“新技术”、“新产品”四个方面。 新材料泛指新近研发中具有优异性能的结构材料和有特殊性质的功能材料，包括石墨烯、超导材料、新型合金、新型半导体等。新材料的应用能有效提高对清洁能源的高效利用，促进关键技术突破并推动产业化，提升产品安全、稳定、高效、绿色性能。例如，石墨烯材料因其优异的光学、电学、力学特性，在高敏传感器、新能源电池、微纳等的研发制作中发挥独特作用。 新工艺泛指创新研究出的产品制造加工方法，包括超导储能、碳纳米管工艺、X纳米制程等，能够帮助节约能源、减少废物污染、提升制作精度和应用性能等。例如，超导储能运用了超导磁体环流，具有功率大、质量轻、体积小、损耗小、反应快的特点，应用于电网存储传送可以避免用电高峰和低谷时的供求矛盾。 新技术指随着近年来节能减排要求日益提高而不断涌现的相比于传统方案更具环境友好性的新一代技术，例如硅光子技术、量子技术，机密计算、液体冷却、自然冷却、气隙隔离等，各类新技术的应用可有效提升计算能力与节能绿色水平。 新产品泛指基于新材料、新工艺、新技术而逐渐兴起的具有巨大可持续潜力的新兴技术成果，包括专用芯片、量子芯片、加密芯片、叶脊架构网络，高压直流等。这类新产品不仅保证数据中心在多云与混合云场景下计算、存储、通信的高性能、高扩展性、高可靠性及高安全性，也为可持续云计算技术与平台带来可演进及前瞻性。例如，叶脊架构的扁平化设计帮助提高东西向通信转发率，且支持灵活灵活扩展水平带宽，以动态调整数据中心规模，对优化新型数据中心布局 起到推动作用。 2.可持续IT基础设施 基于可持续基础要素，可持续IT基础设施聚焦于计算、存储和网络三个方面，推动计算资源间的合理平衡，对于企业和组织实现可持续计算的目标非常关键。 （1）计算基础设施 计算方面的可持续性体现在通用服务器、人工智能服务器等的高性能、高扩展性、高资源利用率、和高RAS（Reliability可靠性, Availability可用性,Serviceability服务性）和易运维的特点上。高性 能的服务器在处理计算密集型工作负载时，提升服务器资源利用率。高扩展性要求服务器应能同时支持纵向扩展和横向扩展，满足企业在发展过程中对IT系统建设需求的多样性和复杂性。高资源利用率要求服务器应具备较强的硬件资源管理能力，不同业务间灵活智能调度，以资源共享、错峰使用等方式实现能源资源应用最大化。高RAS的服务器将进一步降低机房能耗。易运维指服务器应满足可持续计算高效运维的特性。 （2）存储基础设施 存储方面的可持续性一是体现在存储技术上，二是体现在存储介质的选择上，三是体现在