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能耗大戶IT產(chǎn)業(yè)拉響紅色警報
2008年年初的這場罕見雪災(zāi)警示我們:由于環(huán)境污染而引發(fā)的氣候異常并非傳說中的故事,已經(jīng)實實在在發(fā)生,當(dāng)紅色警報已經(jīng)響起時,作為能耗大戶的IT產(chǎn)業(yè)該如何面對?
相信2008年的春節(jié)一定會成為很多人終生難忘的記憶,尤其是那些身在南方的人。當(dāng)雪從傳說中的清純使者變?yōu)楝F(xiàn)實中的災(zāi)害時,這個新年對于很多南方人來說顯得非比尋常,一些地方不僅水電全無,甚至交通也一度中斷,錢取不出來,電話通不了,人們仿佛回到了古代-蠟燭重登照明崗位,聯(lián)系基本靠吼。
沒有電,所有仰賴電的設(shè)備基本癱瘓。銀行系統(tǒng)沒有電,無法完成交易,移動通信雖然好一些,但是多數(shù)人的手機因為無法及時充電,讓基站形同虛設(shè)……
對于這次雪災(zāi),有種種解釋,但無論是拉尼娜說還是其他說法都不能給出完美的解釋。
變化的不只是南方,本該降雪的北方迎來了一個無雪的冬天。而天氣預(yù)報也面臨尷尬層面--無法準(zhǔn)確掌握變化的趨勢。天氣的變化多端已經(jīng)讓以前的模型不能發(fā)揮作用,新的預(yù)測模型還沒有完全建立,于是,雪災(zāi)鉆了空子?,F(xiàn)在能做的就是添加計算能力,增加計算密度從而在一定層面上提高天氣預(yù)報的準(zhǔn)確度。但是模型與現(xiàn)實狀況的不匹配,已經(jīng)在警示我們,天氣已經(jīng)變了,我們卻還看不見。
后天可能就在眼前
有研究人士認為,這種變化與二氧化碳濃度上升直接相關(guān)。一些研究人員認為,地球有一個二氧化碳的濃度周期,人類雖然影響巨大但是還不至于影響到要改變天氣,這個研究結(jié)果直接構(gòu)成了美國不簽署《京都議定書》的理由之一,秉持這個學(xué)說的以美國學(xué)者為多。不管怎么樣,歷史事實是這樣的,當(dāng)年恐龍繁盛,如同人類這樣在地球上占據(jù)絕對優(yōu)勢地位的時候卻突然滅亡,據(jù)說與當(dāng)時的二氧化碳濃度劇烈升高密切相關(guān)。
這不由讓人想起了著名的電影《后天》,這部科幻影片描述了如果環(huán)境持續(xù)污染將導(dǎo)致日益嚴(yán)重的溫室效應(yīng),最終將引發(fā)新冰河世紀(jì)的情景,曾引起巨大反響。不過,當(dāng)時觀看影片的我們從未想過"后天"離我們的距離可能遠比我們想像中要近得多。無論如何,氣候變暖是一個不爭的事實,全球氣候變暖的主要表象一是夏天的溫度持續(xù)上升,另外一個變化就是冬天也可能變得更冷。今年的情況就是如此。
這其中顯然有二氧化碳的巨大"功勞"。早在前兩年,全球二氧化碳的排放量就已經(jīng)達到了73億噸,并且每年二氧化碳的排放量還在持續(xù)以大約4%的速率增長。中國自1990到2003年間,二氧化碳排放量增長了超過73%,現(xiàn)在我們的二氧化碳排放量超過了30億噸,其中有很大部分是煤電"貢獻"的。
我們國家的電力主要由煤電提供。2007年,我們國家的電力裝機容量已經(jīng)突破了7億千瓦時,其中煤電占據(jù)了其中的80%,并且每年還在以超過5000萬千瓦的裝機容量擴展,也讓煤電成為我們主要的二氧化碳排放源。
因此,國家在做出節(jié)能減排的決策時候,倡導(dǎo)人們從節(jié)約用電開始,為了完成單位GDP能耗下降的指標(biāo),每個人都必須行動起來,以至于計算自己個體的排放,采取減排措施成為一種綠色時尚。
在此,我們需要提供一些數(shù)據(jù):一度電需要用到0.3公斤煤(以實際煤炭5000大卡/公斤計算),釋放0.6公斤二氧化碳。全國接近6億千瓦的煤電裝機容量,意味著每年要消耗超過9億噸煤炭,要釋放出接近20億噸二氧化碳,節(jié)約了用電自然就減少了排放。
但是,經(jīng)濟的發(fā)展帶動了消費的增長,二氧化碳排放的增長勢頭還是很強勁。雖然我們的人均排放只是美國的16%,我們的消費習(xí)慣卻毫無疑問在向他們看齊,至少在一些階層是這樣的。尤其是汽車的大量使用,到目前為止,我國的石油差不多一半是被燒掉的,排放的二氧化碳也有幾億噸。
這其中也有歷史原因。早期的工業(yè)革命時期,二氧化碳拼命排放而無人制止,這也曾是導(dǎo)致后期處理二氧化碳問題越來越難的根本。美國就以經(jīng)濟為理由拒絕在《京都議定書》上簽字,他們?nèi)司亩趸寂欧帕窟_到了20噸/年,資源消耗驚人。與美國人大多由個人消費產(chǎn)生二氧化碳不同,中國主要是由工業(yè)消耗產(chǎn)生二氧化碳。根據(jù)國家的統(tǒng)計,我們現(xiàn)在的電能77%左右是為工業(yè)消耗的,加上中國逐漸成為世界的工廠,在某種程度上,中國是在替一些消費了我們產(chǎn)品的國家背二氧化碳的包袱。
IT需迎頭趕上
在汽車行業(yè)為應(yīng)對二氧化碳排放而打出混合動力的大旗之后,航空業(yè)同樣有所動作。波音公司和通用電氣合作開發(fā)出了第一款使用生物燃料的飛機,并且已經(jīng)投入了試飛?,F(xiàn)在看來,IT行業(yè)在這方面的動作多少有些滯后,甚至可以說,并沒有引起廠商們足夠的關(guān)注。除了Intel周期性地改進生產(chǎn)工藝,讓處理器從耗電大戶沒落成為耗電配角之后,IT整個電能消耗的環(huán)境并沒有根本改善。硬盤、芯片組、顯卡消耗的電力已經(jīng)可以與處理器一較高下,顯卡更是如此,高端一些的顯卡已經(jīng)成為電能消耗的絕對主力,動輒數(shù)百瓦的能源消耗就如同大排量的汽車無謂消耗能量一樣。
實際上,已經(jīng)有一些人開始積極動作,80PLUS就是一個很好的例子。80PLUS認證主要針對電源,符合這個認證的電源在任何條件下效率都必須高于80%,這一嚴(yán)格的限制使得通過這個認證的電源效率大大增加,從而在整體上降低能耗和減輕二氧化碳的排放壓力。
能源之星4.0版包含了80PLUS的規(guī)范。同樣對電源的效率作出了要求。目前通過這個認證的電源只有200款左右,許多電源廠家和整機都參與了進來。一些有遠見的廠商開始參與這個計劃,Dell和HP是最積極的兩個廠家,像FSP、SeaSonic、Delta這樣的電源廠家也在積極動作,HP已經(jīng)開始提供使用80PLUS電源的電腦,并且在2006年參與了80PLUS的認證工作,是第一個參與80PLUS認證工作的整機廠。但是因為成本的因素,包含廠家在內(nèi)的多數(shù)參與者還是從經(jīng)濟的角度來對待這個問題。筆者認為,國家有必要提出更嚴(yán)格的規(guī)范,從這些細微之處入手,降低其他方面的排放壓力。
80PLUS標(biāo)準(zhǔn)有嚴(yán)格的測試標(biāo)準(zhǔn),還包含對功率因素的要求。測試分別以20%、50%、100%的負載測試,效率都要超過80%,并且功率因素要超過0.9,需要添加主動PFC電路,并且整體上有所不同。
目前的電源,大多數(shù)設(shè)計效率為75%,實際使用的時候,效率70%,功率因素低的到0.5,高的到0.8,功率越大的時候,電源的消耗和浪費會非常嚴(yán)重,距離80PLUS的要求也比較遠。如果目前所有的電源都滿足80PLUS要求的話,整體功耗將會下降10%以上,加上功率因素提升對電網(wǎng)的沖擊減小,意義將非常大。
改變習(xí)慣從我做起
認識到這一點,對于每個IT用戶來說,改變習(xí)慣、從我做起是很重要的。對很多網(wǎng)民來說,BT等P2P軟件十分方便,也因此而讓他們養(yǎng)成了不關(guān)機的習(xí)慣,通宵下載,而一些QQ聊天和
網(wǎng)游的狂熱愛好者更是晝夜掛在上,眾多網(wǎng)民的這種行為匯聚到一起會產(chǎn)生驚人的能耗。以一臺電腦100瓦計算,24小時的用電量就是2400瓦,根據(jù)CNNIC統(tǒng)計,全國有1.6億網(wǎng)民,以每個網(wǎng)民每天平均上網(wǎng)4小時計算,每天的能耗就是15.36億千瓦。這還只是單單計算網(wǎng)民電腦的耗電量,如果算上為了提供這些應(yīng)用,后臺服務(wù)器的能耗,就更是驚人。大型的網(wǎng)絡(luò)游戲需要巨大的服務(wù)器群,九城為了架設(shè)《魔獸世界》的后臺,添置了5000臺服務(wù)器,ChinaCache2007年度采購的服務(wù)器數(shù)量也達到了5000臺……中國目前很多服務(wù)器銷量都是被互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容分發(fā)和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心分享了。
一些人士開始意識到,應(yīng)該使用更為簡潔的界面使得系統(tǒng)負擔(dān)更低,從而降低能源消耗。比如一些網(wǎng)站推出全黑底色的主頁,或者采用單色的主頁,盡量降低顯示器的電能消耗。
與此不同的是,IT管理人員尤其是大型機房的管理人員對單個系統(tǒng)的性能并不太在意,主要關(guān)注的是管理成本,一般來說性能沒有那么極端的系統(tǒng)出意外的概率也會少很多,并且他們一般都認為性能不足可以通過添加更多的單獨系統(tǒng)來實現(xiàn),而不是追求通過高度的集成使得計算密度提高從而降低能源消耗。在這些機房里面還有需要考慮的事情,在一臺服務(wù)器的壽命周期內(nèi),他們的電能消耗是服務(wù)器初始購置成本的1.5~2.5倍,因而服務(wù)器節(jié)能價值更為凸顯。
Intel從發(fā)布酷睿2開始強調(diào)每單位能耗的計算能力,這給出處理器功耗一個比較好的評價方向和指標(biāo)。一些測試也表明,盡管速度快的處理器功耗更高,但是因為處理時間會相對較短,從而能夠在效能比上勝出。只要不是太受限于預(yù)算,盡量購買速度快的系統(tǒng)更有利。
多核是節(jié)能的上好選擇
現(xiàn)在,我國每年的電腦銷量達到了2000萬臺左右,其中大部分是臺式機,按照每臺電腦150W計算,每年新增的電力消費都要需要新增300萬千瓦的裝機容量才能滿足,接近了我
國每年新增裝機容量的6%左右,并且按照現(xiàn)在人的習(xí)慣,老電腦還可以當(dāng)作網(wǎng)關(guān)使用或者挪作它用,導(dǎo)致的能源損失更大。
加上現(xiàn)在顯示器普遍尺寸增加,24英寸的LCD顯示器最大功耗可以達到80W,對于一些經(jīng)常玩網(wǎng)絡(luò)游戲的人來說,他們電腦的平均功耗水平要高出一般用戶很多。雖然個人的節(jié)能效果可能并不顯著,但是從整體上,這個數(shù)值將會非??捎^。
從技術(shù)上來講,多核將大大緩解因為計算能力增加導(dǎo)致的能耗增加的需求,尤其是在面對計算密集型的應(yīng)用的時候,多核系統(tǒng)往往更節(jié)能。一個很簡單的例子,比如一臺雙路8核的電腦,相比四臺雙核電腦,至少在電源方面的消耗和浪費要少得多,雖然從性能上來說不能完全一一對應(yīng),但集成顯然沒有錯。
四臺電腦至少要應(yīng)付四個芯片組功耗、四組內(nèi)存的功耗以及四個顯卡、硬盤網(wǎng)卡等等消耗,還有四個電源的功耗浪費,如此總總,多核應(yīng)該是節(jié)能的上好選擇。雖然單臺機器的能耗相對較多,考慮到性能又是另外一番景象了。
多核系統(tǒng)在服務(wù)器領(lǐng)域還有更重要的意義。同樣計算能力減少的空間可以節(jié)省冷卻費用,管理費用,在用電方面的節(jié)省會較家用機器少很多,而且在服務(wù)器的生命周期內(nèi),電能的消耗占的比例相當(dāng)大,因而多核的價值更是毋庸置疑。
當(dāng)然是要越多越好。比如現(xiàn)在Intel和AMD都推四核,Intel四核處理器要出來得早得多,可以認為在節(jié)能的層面上,Intel的貢獻更大。最近又傳言Intel將推動6核心的處理器版本,通過Nehalem架構(gòu)推動8核心架構(gòu),將會大大提高系統(tǒng)的計算密度,從節(jié)能的角度考慮,也是必須之舉。
網(wǎng)絡(luò)和聊天等等的應(yīng)用,用不著一個這么大的電腦來應(yīng)付,有趣味的游戲也不見得需要多么宏大。撲克牌玩了這么久,仍然生命力旺盛,游戲的真諦不在于工具而在于玩法和其中涉及到的人與人之間的利益關(guān)系。
UMPC和MID設(shè)備將推動移動計算平臺的進一步口袋化,也將進一步讓電腦變得更節(jié)能。現(xiàn)在,互聯(lián)網(wǎng)逐漸成為一個超級百科書庫,多數(shù)人離不開它,不過用一臺大大的電腦上網(wǎng),既不方便也不時尚,還不是特別實用,尤其是在路途之中,這個時候UMPC和MID這樣的設(shè)備就會大發(fā)神威。
這其實就是未來網(wǎng)絡(luò)計算的雛形。只要我們連入網(wǎng)絡(luò),我們自己本身就能給網(wǎng)絡(luò)提供計算能力,雖然每個設(shè)備的計算能力相對較小,用戶數(shù)量一多,對于每個進入網(wǎng)絡(luò)的用戶而言,他所看到的計算能力就是無限的。
利用這個特點構(gòu)成分布式計算網(wǎng)絡(luò),并且實現(xiàn)計算資源的租賃,那樣每個用戶所需要的就不是那么復(fù)雜的電腦了,需要一個簡單的終端即可。
此外,計算能力的租賃也將讓所有人獲益。這就如同保險一樣,每個人支付的費用并不多,但是只要達到一定的數(shù)量,對于每個人來說,能夠賠付的額度就能夠滿足一時所需了。如果這樣的網(wǎng)絡(luò)能夠構(gòu)建,還能夠大大節(jié)省整個社會的成本。
可能有些人會不滿意,這么多電腦賣給誰?豈不是要導(dǎo)致一些人失業(yè)?從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度,硬件生產(chǎn)應(yīng)該是集中在少數(shù)廠家手里,做最標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品最節(jié)省,多數(shù)人需要從事應(yīng)用方面的業(yè)務(wù)了……
評論:技術(shù)創(chuàng)新 贏得未來
從硬件生產(chǎn)的角度是使用新工藝,降低功耗;從軟件生產(chǎn)的角度則是開發(fā)新的算法和編譯器,提高軟件的效率,從而降低軟件運行過程中帶來的損耗。開放的軟件平臺可以積累最多數(shù)人的智慧,過分商業(yè)化的軟件卻不一定能夠帶來這樣的好處,尤其是系統(tǒng)化的軟件,開發(fā)成本的優(yōu)化并不意味著用戶成本的優(yōu)化。
在硬件層面上,不僅要采用新材料,更要有合理的設(shè)計。如果像當(dāng)年P(guān)4那樣繼續(xù)為了提高速度而不及其余,使用主動泄放電路,功耗不高才怪。最近有研究表明,可以用熱實現(xiàn)計算,那有可能在一個處理器內(nèi)部實現(xiàn)多種計算方式,一邊的電子計算產(chǎn)生的熱能將是另外一邊的熱能計算單元的動力,這當(dāng)然還在研發(fā)當(dāng)中。
最有可能的是提高目前處理器的熱傳導(dǎo),降低熱損耗??茖W(xué)家們最近對一種物質(zhì)比較有興趣,就是炭球晶體,這種材料構(gòu)成的網(wǎng)格狀材料是通常材料導(dǎo)熱能力的2~3倍,這就意味著可以在原來不可能的條件下實現(xiàn)2~3倍計算能力的提高而器件不會熱損壞,當(dāng)然這也需要以有計算能力提高空間為條件。
此外,計算機系統(tǒng)內(nèi)部的全分布式架構(gòu)也將有利于處理器系統(tǒng)節(jié)能,從整個系統(tǒng)設(shè)計分散計算資源,從某種意義上就是取消CPU這樣的東西,把它的計算能力分布開來,這也是計算機領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。
地球是一個自適應(yīng)的循環(huán)體,而人類的工業(yè)化進程卻忽視了地球這個系統(tǒng),如果我們一直以地球這個大系統(tǒng)作為參考,估計很多事情就不會發(fā)生了……
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