能效

能效是指系统或设备使用尽可能少的能源在可接受的限度内执行特定任务或功能的能力。从本质上讲，这意味着以尽可能有效的方式使用能源，并尽可能减少浪费。有许多应用，例如节能的窗户或房屋，但为了从 NVIDIA 的角度了解能效，我们将重点关注数据中心的背景。

能效是指以消耗的能源为单位，最大限度地提高已完成的计算工作量，通常以“每千瓦时的任务”来衡量。这与“功效” （power efficiency）不同。

能效对于构建可持续的未来至关重要，而优化数据中心的能源使用是这项工作的关键部分。这包括在保持计算设备和系统平稳运行的同时最大限度地减少浪费和不必要的能源消耗。通过提高数据中心的能效，我们可以降低运营成本并减少数据中心对环境的影响。实现这一目标的策略包括使用更高效的硬件和软件以及优化冷却系统。优先考虑数据中心的能效有助于为未来构建更具可持续性和弹性的数字基础设施。

能源和功率是相关的量，但它们不同。能源是功率乘以时间，而功率是每单位时间的能量。

功效与能效有关，是类似车速的比率，通常以“每瓦任务”来衡量。

能效对数据中心管理和运营至关重要的原因有以下几个：

1. 节省成本：数据中心消耗大量能源，这转化为巨大的运营成本。通过实施节能实践，数据中心可以减少能源消耗并降低运营成本，从而显著节省总体成本。
2. 容量和可扩展性：在功率上限的数据中心时代，最高能效允许每个数据中心在其最大功率预算范围内执行更多计算。
3. 声誉与合规性：客户和利益相关者越来越关注数据中心的环境影响。通过采用节能做法，企业可以在提高声誉的同时，更大限度地降低与公用事业成本不确定性相关的风险。
4. 对环境的影响：全球近 75%的碳排放量来自能源的生产和消费。这是因为大多数电能都是通过燃烧矿物燃料产生的。数据中心的年耗电量为 460 太瓦时，仅占其中的一小部分，约为 2%。但是，数据中心的耗电量预计将增加近两倍，达到 5%。通过提高能效，数据中心可以减少碳足迹。

以下是数据中心运营商可以采用的许多成本和解决方案示例，以优化和预算高效的数据中心策略。最终，最佳方法将取决于每个数据中心的具体需求和限制。

• 前期设备成本：升级到更节能的硬件可能需要大量初始投资。
• 员工培训：实施新软件或流程以提高能效可能需要对员工进行培训。
• 维护成本：一些高能效技术需要持续维护，以确保获得最佳性能。
• 移植成本：采用高效加速硬件可能需要更改现有基于 CPU 的应用程序。
• 数据中心扩建：重大资本投资带来长期效率回报，例如选择可使用可再生能源的数据中心位置，以及环境温度和湿度允许提供高效冷却解决方案的位置。
• 切换到云：即付即用 (PAYG) 成本更高，但功耗效率 (PUE) 极高，而且大多数云服务提供商都提供可再生支持的实例。

• 虚拟化：这项技术允许在单个物理服务器上运行多个虚拟服务器，从而减少所需服务器的总数，并提高整体能效。但是，应该注意的是，虚拟化并不适合所有工作负载。
• 高能效硬件：使用更高效的服务器、存储系统和网络设备可以显著降低能耗。
• 冷却优化：实施冷热通道封闭、变速风扇和直接液冷等冷却策略可以提高冷却效率并减少能源使用。
• 可再生能源：使用或购买太阳能、风能、地热或水电等可再生能源可以减少对矿物燃料的依赖并降低能源成本。
• 节能实践：采用服务器整合、负载均衡、能源感知调度和自动电源管理等最佳实践可以提高能效，而无需进行重大硬件升级。

提高数据中心能效对于减少碳排放和降低运营成本至关重要。无论您是在寻找短期还是长期解决方案，都可以实施各种策略来开始使用。

• 将可在加速计算上运行的工作负载重新部署到加速平台。
• 就低碳或无碳能源方案与市政电力公司协商。
• 借助加速计算增强当前的数据中心，并在数据中心支持的情况下使用液冷技术。
• 购买碳抵消积分，以减少污染形式的能源的消耗。
• 以更高的价格为客户提供低碳或无碳产品(量化碳估算)的选择。

• 返工或将未经加速的工作负载迁移到加速计算平台。
• 投资可再生的自发电(风能、太阳能)和非峰值能源存储技术。
• 部署智能网络接口卡(智能网卡基于 Arm® 的板载 CPU 可更大限度地提高数据处理和移动的能效。

• 将数据中心迁移到极北或极南的纬度，以实现环境冷却。
• 使用液冷基础设施构建数据中心。
• 在可获得 100%可再生能源的地点建立数据中心。