您是否知道，单个 ChatGPT 查询消耗的能量是 Google 搜索的 10 倍以上？如果您知道，那么包括国家电网首席执行官 John Pettigrew 在内的有影响力的人物倡导改革以减轻英国电力基础设施的压力以支持人工智能的发展也就不足为奇了。
与此同时，环境法规迫使数据中心将能源消耗降至最低，这迫使他们寻找更可持续地为人工智能创新提供动力的解决方案。目前，各设施正在研究可再生能源的潜力，以解决降低电网负荷和减少碳排放的挑战。然而，引入太阳能和风能等其他能源非常复杂，需要仔细规划和实施。幸运的是，有一个解决方案可以提供帮助。
在进行重大改造之前，设施可以使用数字孪生来支持其设计和运营。这些物理数据中心的虚拟副本可以根据新能源解决方案模拟设计，以确保其兼容性和效率，然后再将其应用于实际设施。在我们进一步深入探讨数字孪生的前景之前，了解为什么在日益由人工智能主导的社会中我们需要它们至关重要。
迫在眉睫的容量危机
数据中心已经面临巨大的容量压力。人工智能的快速发展加剧了这一问题，世邦魏理仕的数据显示，2023 年欧洲五大市场的数据中心需求（511MW）超过了供应（467MW）。此外，表明数据中心能源使用效率 (PUE) 分数停滞不前。虽然一些一流的数据中心得分为 1.1，但许多分数现在锁定在 1.5。在某些情况下，这相当于惊人的五倍能源浪费。
由于算法需要大量的存储和处理能力，人工智能只会加剧这些挑战。预计未来几年这一需求将飙升，预计的 GW 增长大部分归因于人工智能。随着人工智能继续呈指数级增长，这些数字只会增加。
维持数据中心有效供电所需的能源供应并不简单。世界各地的人们都亲眼目睹了容量需求如何影响电网。例如，2017 年和 2019 年加州发生过停电，美国部分地区最近发出警告，称人工智能可能导致能源需求激增，从而导致电力中断。这引起了人们对维持稳定电网和能源供应的难度的更多关注。然而，困难还不止于此。
可持续发展故事
耗能的数据中心容纳着复杂的设备，这些设备需要持续为服务器、存储、网络等提供能源。然而，这并不是设施大规模消耗的唯一资源。平均每个数据中心每天使用 300-500 万加仑的水——这相当于一个拥有 50,000 人的城市的用水量。公众对设施的兴趣因此而增长，尤其是当能源需求不断增长时。现在，随着地方政府、人民和议会的反对声越来越大，新数据中心的计划被公开否决。
立法者和监管机构也在密切监控数据中心。法规的变化意味着依赖数据中心的公司将不再能够将其排放转移到供应链下游。例如，《能源效率指令》（EED）和《企业可持续发展报告指令》（CSRD）将要求大公司直接和间接报告其碳排放情况。
更为复杂的是，设施意识到使用传统能源可能会限制其可持续性，但它们仍需要为 AI 提供动力。因此，高管们正在寻找能够同时满足 AI 期望和环境、社会和治理 (ESG) 目标的解决方案。可再生能源是一个不错的选择。
新加坡、荷兰和爱尔兰等国家已经在积极寻找替代能源来为数据中心供电。通过使用太阳能、风能和其他可再生能源，数据中心将减少碳排放和停电的可能性。
可再生能源还可能减少公众和地方政府对即将建设的数据中心的抵制，使项目审批更加容易。然而，最重要的是，确保现有数据中心尽可能有效地利用所有传统和可再生能源应该是设施经理的首要目标。
使用数字孪生实现可持续发展
许多现代数据中心管理人员都力求满足可持续发展标准、遵守监管要求并满足人工智能日益增长的电力需求。这就是数字孪生的诸多优势发挥作用的地方。
首先，与人工智能技术相关的更高功率密度尤其必须有效且高效地冷却。数字孪生可用于评估向环境中散热的有效性以及白色空间中冷却供应的效率。这对于防止不断增长的功率密度破坏免费冷却技术以及随之而来的能源消耗爆炸式增长是必要的。
另一个好处是，数字孪生对于在更广泛的数据中心运营中充分发挥可再生能源的潜力至关重要。数据中心管理人员可以使用数字孪生确定最适合其特定需求的配置。这些模型可以通过考虑冷却策略和资源分配来动态调整以适应能源的变化。通过采用这种策略，设施可以最大限度地减少对环境的影响并优化其对可再生能源的使用。
最后，数字孪生能够持续监控整个设施的资源利用率。将传感器和数据收集机制与数字孪生相结合，运营商能够实时评估各种组件的性能，例如冷却效率、功耗和网络带宽。
可以分析这些见解以识别能源问题，进而解决资源分配或闲置容量问题。这些优势使运营更加环保，并可以产生令人满意的 PUE 分数或其他指标，这些指标更适合液体冷却和混合系统。有了这些优势，运营商可以放心地研究可再生能源的整合。
安全地推动人工智能的采用
如果要更可持续地为人工智能提供动力，那么在人工智能发展之后，仅仅依赖传统能源是行不通的。然而，数字孪生可以指导领导者完成这一旅程，使他们能够优化整个设施的资源利用率并显著节省能源。
这减少了能源需求的压力，同时提供了对环境影响的清晰视图。采用数字孪生的数据中心将能够更好地应对人工智能的挑战，并打开通往更可持续的数字化未来的大门。
Mark Seymour 是 Cadence 的杰出工程师。
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