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CPU 与温室气体： 为什么数据中心处理器选择对实现可持续发 展目标至关重要 数据中心是名副其实的用电大户，主要是服务器供电与散热两方面。 尽管大型数据中心运营商在能 效提升方面取得了一定的成绩，但电力需求在不久的将来仍会继续稳步攀升。 虽然超大规模运营商 在转向可再生能源方面取得了长足进步，但现实是 化石燃料发电量仍占美国发电总量的 60% 。 对于 将可持续性作为核心目标的企业，在选择电脑和处理器时必须考虑功耗因素。 降低服务器功耗最好 的办法是增加 CPU 核心密度。 多核处理器的总耗电量可能比单核 CPU 多，但其处理的工作负载量也 会大幅增加，因为每个核心本质上都是一个微处理器。 不同处理器之间的差异比许多人认为的更为 巨大。 本文内容由 AMD 委托，TechTarget Inc. 制作。 IT 组织和专业 数据中心运营 商在采用可持 续实践方面受 到的压力越来 越大。 随着气候变化成为新闻头条，许多组织都将可持续发展作为企业社会责任的核心目 标。 根据《斯坦福社会创新评论》的数据 ，超过 90% 的 CEO 表示可持续性对其公司的成 功至关重要，而世界自然基金会 估计 ，世界 500 强企业中超过半数制定了温室气体 减排目标。 而且越来越多的证据表明，提高环境绩效对企业也有好处： McKinsey 表示 ，与同类非 绿色替代产品相比，对于使用可持续能源制造的产品，客户愿意平均多支付 5%；降 低资源成本可将运营利润提高多达 60%；学术研究发现，雄心勃勃的环境、社会和治 理目标与更高的财务回报和更低的下行风险之间存在关联。 数据中心难题 数据中心因其高能耗密度而受到严格的审查。 因此， IT 组织和专业数据中心运营商 在采用可持续实践方面受到的压力越来越大。 这方面的依据非常充分。 根据 Energy Information, Policy & Technology LLC 的估 计，数据中心 消耗了全球约 1% 的电力 。 美国能源部计算得出，数据中心耗电量 占国 内用电总量的 2% 。 因此，数据中心也成为了碳减排的主要对象。 另一个原因是，就数据中心功耗密度而言，再小的改进也能被放大很多倍。 美国能源 部 估计 ，一个典型的数据中心每层消耗的能源是一栋办公大楼的 10 到 50 倍。 超大规模云供应商迅速将可持续性作为一项事业，其动机既出于利他主义，也出于抓 住机会展示自己精湛的技术。 他们也为别人树立了榜样。 例如，Microsoft 曾公开表示，计划到 2030 年在其设施和供应链中实现碳负排放。 Amazon Web Services 公开承诺 ，到 2025 年 100% 使用可再生能源为其运营供 电。Google 宣布 ，到 2030 年成为首家使用无碳能源的大公司。 增长带来挑战 尽管取得了这些进展，但高市场增长率会带来更多风险。 欧盟预计 ，2025 年数据中 心的能源使用量将比 2018 年高出 21%。 根据维谛技术 (Vertiv) 和 标普全球市场 财智旗下研究机构 451 Research 共同进行的一项研究 ，除了有机增长外，到 2026 年，5G 网络推广（需要更多电池和天线）预计将网络供电所需的能源推高 150% 至 170% 。 本文内容由 AMD 委托，TechTarget Inc. 制作。 2 | CPU 与温室气体：为什么数据中心处理器选择对实现可持续发展目标至关重要 本文内容由 AMD 委托，TechTarget Inc. 制作。 由于缺乏超大规模企业的资源，而且通过转移区域之间的工作负载来实 现更低能源成本的空间不大，因此企业和小型数据中心运营商在过渡到 可再生能源时会面临更大的挑战。 他们的使用率通常也较低，这会降低 效率并增加单位处理能力的散热成本。 由于存在停电风险，数据中心运 营商在采用替代能源方面保持着谨慎的态度。 即使是电能质量的微小波 动也会对 IT 设备造成灾难性的后果。 根据 Energy Innovation 的数据 ，对大多数公司来说，一种更实用的方法 是降低数据中心两大耗电主力（服务器和散热）的用电量，其中每一项都 占美国数据中心总用电量的 43%。 CPU 的角色 很多人不知道 CPU 对功耗的影响。 虽然具体的影响因处理器类型和工 作负载而异，但 CPU 绝对是计算机中的用电主力之一。 而且电力使用也 越来越集中在更小的空间中。 Uptime Institute 报告称 ，美国数据中心的 平均机架功率密度从 2011 年的每机架 2.4 千瓦增加到 2020 年的每机 架 8.4 千瓦，足足增加了两倍多，而 20 千瓦及更高的机架也不再稀奇。 这又推高了对另一用电主力——散热的需求。 降低单位工作负载的服务器功耗最好的办法是增加核心密度。 多核处理 器的总耗电量要比单核 CPU 多，但其处理的单位芯片工作负载量也会 大幅增加，因为每个核心本质上都是一个微处理器。 关于核心密度如何提高能效，AMD EPYC（霄龙）7003 系列处理器就是一 个很好的例子。 该芯片的高端 64 核版本功耗约为 280 瓦。 “持续的架构 改进，例如从 7 纳米到 5 纳米光刻技术的进步，可以通过减少电流必须 流通的路径宽度来进一步提高效率”，AMD 云垂直营销高级总监 Suresh Andani 说。 3 | CPU 与温室气体：为什么数据中心处理器选择对实现可持续发展目标至关重要 本文内容由 AMD 委托，TechTarget Inc. 制作。 4 | CPU 与温室气体：为什么数据中心处理器选择对实现可持续发展目标至关重要 涟漪效应 在处理相同工作负载量的情况下，核心密度越高，所需的机架就越少。 这降低了楼层 空间的散热要求，以及对不间断电源和线路调节器等辅助设备的需求，所有这些都 要消耗电力。 综合考虑所有这些因素，可以得出的结论是，数据中心或云实例中 CPU 的选择对功耗和排放有重大影响。 没有人比购买数千台服务器的公司更了解这种动态。 Cloudflare 是全球最大的内容 交付网络之一，业务遍及近 200 座城市。 该公司的技术可确保客户拥有快速且稳定 的互联网连接，同时抵御分布式拒绝服务等基于网络的攻击。 它是世界级服务器用 电大户，也是能效的创新者。 Cloudflare 在选择 AMD EPYC（霄龙）7003 系列处理器而放弃竞争产品 Intel Xeon CPU 时，功耗是促使其做出这一决定的主要因素。 Cloudflare 的 Chris Howells 在公 司博客上写道 ，“尽管竞争产品的原生性能与 AMD 处理器相当，但每台服务器的功耗 却高出数百瓦，这相当惊人。” 迈向更节能的芯片 未来，芯片设计和制造的创新将继续以可持续性利益为目标。 除了致力于不断提高 处理器能效外，在全球运营和供应链制造方面，AMD 一直是制定远大能效目标的领 导 者 。 公司最初设定的 目标 是在 2014 年至 2020 年间将移动处理器的能效提高 25 倍。 最 终取得了 32 倍能效提升的好成绩，远超最初设定的目标。 据 Andani 称，AMD 还设 定了一个 目标 ，即从 2020 到 2025 年，将高性能计算和人工智能处理器的能效提高 30 倍。这一目标是 2015-2020 年行业能效提升趋势的 2.5 倍。 AMD 在芯片设计方面的创新也对制造效率产生了积极影响。 两年前，公司转向“小芯 片”架构，使用多个较小的芯片来代替大型单片式芯片。 这显著提高了产量，从而减 少了必须丢弃的芯片数量。 根据 McKinsey 估计 ，大型半导体工厂每小时可消耗高达 100 兆瓦的电能，这些产量的提高可能会对碳排放产生直接而显著的影响，具体取决 于电力来源。 未来，芯片设 计和制造方面 的创新将继续 以可持续性利 益为目标。 AMD 简介 50 多年来，AMD 一直在推动 高性能计算、图形显示和可视 化技术的创新，这些技术是游 戏、沉浸式平台和数据中心的 基石。 全世界数亿用户、财富 500 强领先企业和顶尖科研 机构每天通过 AMD 技术来改 善生活、工作和娱乐方式。遍 布全球各地的 AMD 员工一直 专注于打造伟大的产品，不断 突破极限，创造无限可能。 要 了解更多有关 AMD 如何实现 今天和启发明天的信息，请访 问 AMD（纳斯达克：AMD）网 站 、 LinkedIn、 Facebook 和 Twitter 页面。 AMD 计算技术助力数据中心抢 占先机 — 面向严苛的工作负载 树立卓越性能、安全性和可扩展 性新标杆。 了解更多 本文内容由 AMD 委托，TechTarget Inc. 制作。 5 | CPU 与温室气体：为什么数据中心处理器选择对实现可持续发展目标至关重要 结论 IT 部门是许多公司的最大用电者。 可持续性已成为人们最关心的问 题，IT 领导者可通过将能效作为所有决策的影响因素，为他人树立榜样。 无论是购买本地服务器还是云实例，随着时间的推移，处理器的选择可 能会增加高达数千美元的能源成本，并最大限度地减少电力供应商的碳 排放，而这些供应商在未来几年可能会继续依赖化石燃料发电。 许多在线计算器可以帮助您确定处理器选择的影响。 AMD EPYC（霄龙） 裸机和温室气体排放 TCO 估算工具 可帮助您了解处理器选择如何有助 于推进可持续发展目标。 各大云平台都提供了计算器，客户可以根据不 同的处理器类型来估算实例的功耗。