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随着数据中心能耗与环境问题加剧，研究人员开展 “使用生命周期评估（LCA）驱动可持续冷云创新” 研究。结果显示，冷板和浸没冷却等技术可减少 15 - 21% 的温室气体排放、15 - 20% 的能源需求和 31 - 52% 的蓝水消耗，为数据中心可持续发展提供指引。
近年来，全球互联网流量呈爆发式增长，数据中心作为数字世界的 “幕后英雄”，承担着海量数据的存储与处理任务。但它也是能源消耗和环境影响的 “大户”。数据中心的能耗是普通商业办公楼的 10 - 50 倍，2020 年其用电量约占全球的 1.5%（约 300 太瓦时），且这一数字还在持续上升。不仅如此，数据中心的碳排放和水资源消耗也不容小觑，给环境带来了沉重压力。在全球积极应对气候变化，努力实现碳减排目标的大背景下，探寻数据中心的绿色可持续发展之路迫在眉睫。
为了解决这些问题，来自微软（Microsoft Corporation）和 WSP Global Incorporated 的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Nature》杂志上，为数据中心的可持续发展提供了关键的解决方案。
研究人员运用生命周期评估（Life Cycle Assessment，LCA）方法，全面评估了先进冷却技术对云基础设施的影响。从虚拟机、服务器架构，到数据中心建筑，再到电网，都在他们的研究范围内。LCA 能够量化不同阶段的环境影响，包括原材料获取、生产、运输、使用和报废处理等，从而为评估技术的可持续性提供全面的数据支持。
研究结果如下：
- 冷却技术的优势比较：通过 LCA 研究对比了三种冷却技术，即冷板（Cold Plate，也称为直接芯片冷却）、单相浸没（One - phase Immersion）和两相浸没冷却（Two - phase Immersion Cooling）。研究发现，相较于传统的风冷技术，冷板技术、单相浸没冷却和两相浸没冷却在温室气体排放、能源需求和蓝水消耗方面，分别至少可节省 15%、15% 和 31%。这表明这些先进冷却技术在减少数据中心环境影响方面具有显著优势。
- 使用阶段的关键影响：在分析不同冷却技术对数据中心环境影响时，发现使用阶段是所有冷却技术影响的最大贡献者。数据中心运行服务器所消耗的电力，是推动温室气体排放、能源需求和蓝水消耗的主要因素。因为目前平均电网电力仍严重依赖化石燃料，而火力发电（使用煤炭和天然气）不仅会产生温室气体排放，还需要大量水资源将水转化为蒸汽驱动发电厂涡轮机。
- 服务器相关因素的影响：服务器制造过程中的隐含碳是影响环境的第二大因素。尽管不同技术的单服务器影响相似，但冷板和浸没冷却数据中心由于液体冷却能够实现更高的 IT 容量，可容纳更多服务器，且因其更好的传热能力，能承载更高的虚拟核心（Vcores）数量。所以，相较于单相浸没冷却，冷板的每Vcore服务器隐含碳影响更低。
- 可再生能源的作用：研究人员还探讨了 100% 可再生能源对数据中心环境影响的作用。当数据中心使用 100% 可再生能源时，冷板、单相浸没和两相浸没冷却相较于风冷在温室气体排放、能源和蓝水消耗方面的新节省分别达到≥13%、15% 和 50%。同时，研究发现从 100% 电网电力转换为 100% 可再生能源，可使温室气体排放减少 85 - 90%，能源需求减少 6 - 7%，蓝水消耗减少 55 - 85%，具体数值取决于数据中心所采用的冷却技术。在可再生能源情景下，服务器制造中的隐含碳贡献变得更加显著，这凸显了获取更完善的服务器组件数据以进一步实现脱碳的必要性。
研究结论表明，LCA 在数据中心早期设计决策中具有重要意义，能有效提升可持续性成果。冷板和浸没冷却技术在减少环境影响方面潜力巨大，高度优化的冷板或单相浸没冷却技术可与两相浸没冷却相媲美。在选择冷却技术时，除了考虑环境效益，还需综合权衡上市时间、监管和供应链情况、技术复杂性以及实施成本等因素。此外，研究中提出的虚拟核心概念，为复杂云生态系统的 LCA 分析和比较提供了新的有效方法，简化并改进了相关研究。
该研究的重要意义在于，为数据中心行业提供了极具价值的参考，帮助企业在追求高性能计算的同时，实现环境友好型发展。它为数据中心冷却技术的选择和优化提供了科学依据，有助于推动整个信息通信技术（ICT）行业朝着可持续方向迈进，从而助力全球应对气候变化挑战。同时，研究也指出了当前数据存在的局限性，特别是在冷却流体生产、数据中心特定设备和电子设备生命周期方面，鼓励进一步完善相关信息数据库，以支持 LCA 的更广泛应用和有效性提升。
在研究方法上，研究人员收集了服务器机架元件的设备清单和物料清单（BOM），运用 LCA for Experts（LCA FE）数据库、ecoinvent 3.6 和环境产品声明（EPDs）计算材料环境影响数据。以年度化虚拟核心单位（Vcores）作为功能单位，对数据中心各组件在 15 年生命周期内的影响进行建模和评估，包括建筑、服务器、机架、冷却设备等，并考虑了不同能源情景下的影响。
总之，这项研究为数据中心的可持续发展指明了方向，为 ICT 行业的绿色转型提供了有力支持，其成果有望在未来推动数据中心在环保和高效方面取得更大的突破。
