對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的碳足跡，
各國(guó)眾說(shuō)紛紜
在歐洲，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)碳足跡的煽情報(bào)道常見(jiàn)諸報(bào)端。例如：“硅谷骯臟的數(shù)據(jù)中心秘密：碳”(泰晤士報(bào)，2020)，“如何阻止數(shù)據(jù)中心吞噬全球電力”(自然，2018)，“病毒貓視頻如何使地球變暖”(衛(wèi)報(bào)，2015)，“停止發(fā)送不必要的電子郵件，地球?qū)⒏兄x您”(愛(ài)爾蘭時(shí)報(bào)，2020)。根據(jù)英國(guó)OVO Energy數(shù)據(jù)(2019)，如果每個(gè)英國(guó)人每天少發(fā)送一封不必要的電子郵件(僅包含短短一句“謝謝”或“周末愉快”之類的寒暄郵件)，則全國(guó)每年可減少16433噸的碳排放量，相當(dāng)于81152次從倫敦飛往馬德里的航班。法國(guó)智庫(kù)The Shift Project 也有類似研究(2019)——觀看Netflix半小時(shí)的二氧化碳排放量是1.6 kg(后校正為0.2kg)，相當(dāng)于駕車行駛近四英里。
養(yǎng)成良好的碳素養(yǎng)，減少不必要的碳排放，無(wú)疑是值得鼓勵(lì)的。不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯亢涂浯笾~，則會(huì)誤導(dǎo)民眾，實(shí)不足取。所幸有不少機(jī)構(gòu)和學(xué)者進(jìn)行了冷靜的思考。英國(guó)布里斯托大學(xué)Chris Preist教授表示，OVO Energy的估算是將所有相關(guān)因素考慮在內(nèi)，例如服務(wù)器、Wi-Fi和電腦的用電，甚至包括數(shù)據(jù)中心建筑物排放量的一部分。而無(wú)論是否發(fā)送電子郵件，這些系統(tǒng)仍會(huì)運(yùn)行，仍將產(chǎn)生大致相同的排放量。國(guó)際能源署(IEA)研究后發(fā)現(xiàn)，The Shift Project的數(shù)據(jù)比實(shí)際夸大了90倍，視頻流媒體每小時(shí)的排放量?jī)H為36g。與其他活動(dòng)和行業(yè)相比，視頻流媒體對(duì)氣候的影響仍然相對(duì)較小。
數(shù)據(jù)中心耗電量
占總用電量的1-2%
數(shù)據(jù)中心是互聯(lián)網(wǎng)的“心臟”，是其碳足跡的主要來(lái)源。以Facebook為例，2019年其82.5%的溫室氣體排放來(lái)自數(shù)據(jù)中心，2015年甚至高達(dá)94%。因此，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)碳足跡的研究多集中于數(shù)據(jù)中心。對(duì)數(shù)據(jù)中心的耗電量，則眾說(shuō)紛紜，沒(méi)有一致看法。綜合主要官方說(shuō)法，它大體占總用電量的1-2%。例如，國(guó)際能源署(IEA)常引用Eric Masanet教授等人在《科學(xué)》雜志的論文(2020)——2018年全球數(shù)據(jù)中心的耗電量為205太瓦時(shí)(TWh)，占電力總需求的1%;我國(guó)三部委聯(lián)合發(fā)布的《國(guó)家綠色數(shù)據(jù)中心試點(diǎn)工作方案》(2015)顯示，全球數(shù)據(jù)中心耗電量占總耗電量的1.1%～1.5%;根據(jù)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LBNL)數(shù)據(jù)，2014年美國(guó)數(shù)據(jù)中心耗電700億千瓦時(shí)(kWh)，占總耗電量的1.8%。
政府和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的結(jié)果比較理性，而媒體的數(shù)據(jù)往往十分夸大，甚至認(rèn)為數(shù)據(jù)中心將吞噬全球電力。根據(jù)英國(guó)《獨(dú)立報(bào)》(2016)報(bào)道，2015年全球數(shù)據(jù)中心耗電量為416.2太瓦時(shí)(TWh)，消耗了全球3%的電量，排放了2%的溫室氣體，其碳足跡與航空業(yè)相同。并預(yù)測(cè)未來(lái)十年耗電量還將增加兩倍。英國(guó)《衛(wèi)報(bào)》的報(bào)道(2017)更為夸張：“到2020年，ICT技術(shù)將產(chǎn)生全球排放量的3.5%，到2040年將達(dá)到14%”，“到2025年，ICT行業(yè)可能會(huì)消耗全球20%的電力，產(chǎn)生5.5%的二氧化碳排放量?！庇?guó)利茲大學(xué)Bitterlin教授甚至指出，唯一長(zhǎng)期解決方案是在未來(lái)某個(gè)時(shí)候大幅減少人們的互聯(lián)網(wǎng)使用量。
效率的提升使得數(shù)據(jù)中心
能耗占比幾乎保持不變
互聯(lián)網(wǎng)流量井噴，數(shù)據(jù)大爆炸，給人們的直觀感受是耗電量必隨之大幅增加。而多家機(jī)構(gòu)研究表明，數(shù)據(jù)中心的耗電量并不會(huì)和數(shù)據(jù)規(guī)模同步增長(zhǎng)，效率的提高使能耗占比幾乎保持不變。斯坦福大學(xué)教授喬納森·庫(kù)梅提出了著名的庫(kù)梅定律(Koomey's Law)：計(jì)算機(jī)的能源效率大約每18個(gè)月翻一番，即計(jì)算設(shè)備的耗電量每18個(gè)月就會(huì)下降一半。
根據(jù)國(guó)際能源署(IEA)數(shù)據(jù)，過(guò)去十年(2010-2019年)，全球互聯(lián)網(wǎng)流量增長(zhǎng)了11.1倍，數(shù)據(jù)中心工作負(fù)載增加了6.5倍，而數(shù)據(jù)中心能耗卻僅增長(zhǎng)了6%。盡管數(shù)據(jù)中心為更多的人提供了更多的服務(wù)，但仍保持占全球用電量的1%左右，與2010年持平。如下圖所示。
近十年全球互聯(lián)網(wǎng)流量、數(shù)據(jù)中心工作量和能源使用量變化數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)際能源署(IEA)，2020年12月。
美國(guó)亦是如此。根據(jù)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LBNL)發(fā)布的報(bào)告，美國(guó)數(shù)據(jù)中心的規(guī)模一直快速增長(zhǎng)，而耗電量的增長(zhǎng)率卻大幅減緩——2000-2005年增長(zhǎng)了90%，2005-2010年增長(zhǎng)了24%，2010-2014年僅增長(zhǎng)了4%，預(yù)計(jì)2014-2020年也僅增長(zhǎng)4%。美國(guó)數(shù)據(jù)中心的用電量經(jīng)過(guò)十多年的迅速增長(zhǎng)后，從2010年開(kāi)始趨于穩(wěn)定。
數(shù)據(jù)中心耗電量并不和處理的數(shù)據(jù)量同步增長(zhǎng)，這很大程度上是由計(jì)算實(shí)例向節(jié)能型云和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)移所驅(qū)動(dòng)的。2010年全球傳統(tǒng)小型數(shù)據(jù)中心占計(jì)算實(shí)例的79%，到2018年云數(shù)據(jù)中心已占計(jì)算實(shí)例的89%(Eric Masanet等，2020)。傳統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)中心需要過(guò)剩容量來(lái)處理流量高峰，其服務(wù)器利用率僅為18%(亞馬遜股東信，2020);超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心受益于多租戶使用模式，具有更高的效率，其一臺(tái)服務(wù)器平均可以替換傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的3.75臺(tái)。如果將美國(guó)小型數(shù)據(jù)中心80%的服務(wù)器遷移至超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心，則能耗將減少1/4(LBNL，2016)。
各公司的數(shù)據(jù)也證明了超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的效率優(yōu)勢(shì)。根據(jù)谷歌公司發(fā)布的數(shù)據(jù)(2020)，其數(shù)據(jù)中心的能源效率是典型企業(yè)數(shù)據(jù)中心的2倍。與五年前相比，谷歌以相同的電量提供大約7倍的計(jì)算能力。Facebook所擁有的數(shù)據(jù)中心數(shù)量由2015年初的4個(gè)增加到2019年底的15個(gè)。而數(shù)據(jù)中心排放量占比持續(xù)下降，由2015年的93.8%下降至2019年的82.5%。其排放強(qiáng)度已降至0.1，用戶使用Facebook一年所產(chǎn)生的碳排放要比制作一杯黑咖啡更少。如下圖所示。
Facebook 溫室氣體排放結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度(范圍1和范圍2)
與離散的企業(yè)數(shù)據(jù)中心相比，云數(shù)據(jù)中心可以更有效地管理電源容量、優(yōu)化散熱、利用高能效服務(wù)器并提高服務(wù)器利用率。隨著數(shù)據(jù)中心行業(yè)的不斷發(fā)展，本地計(jì)算和云計(jì)算之間的效率差距將繼續(xù)擴(kuò)大。根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中心在未來(lái)四年(2021-2024年)向云計(jì)算轉(zhuǎn)型可減少10億噸(甚至更多)的二氧化碳排放。那些用先進(jìn)技術(shù)打造的大型云數(shù)據(jù)中心，雖然自身消耗了較多的電能，但通過(guò)聚合計(jì)算節(jié)省了整個(gè)社會(huì)的能源消耗。
紛紛作出100%
可再生能源承諾
效率的提升，使得數(shù)據(jù)中心耗電量占比趨于穩(wěn)定?？稍偕茉吹某浞质褂?，則可進(jìn)一步減少碳排放量。近年，互聯(lián)網(wǎng)公司紛紛作出100%可再生能源的承諾。全球可再生能源占最終能源消費(fèi)總量的17.9%(REN21，2019)，而英國(guó)商業(yè)數(shù)據(jù)中心使用的能源中有75%以上是100%可再生能源(techUK，2020)。美國(guó)十大互聯(lián)網(wǎng)公司中，已有3家實(shí)現(xiàn)100%可再生能源——谷歌、蘋(píng)果和Facebook，另有6家作出承諾：亞馬遜、微軟、Salesforce和PayPal(數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù))均承諾在 2025年之前實(shí)現(xiàn)100%可再生能源，Intuit和Adobe把目標(biāo)分別定在2030年和2035年。
互聯(lián)網(wǎng)公司是最大的可再生能源采購(gòu)商。根據(jù)REBA(可再生能源購(gòu)買(mǎi)者聯(lián)盟)數(shù)據(jù)，2020年美國(guó)十大可再生能源采購(gòu)商中，有亞馬遜、Google和Facebook三家互聯(lián)網(wǎng)公司入圍，分居第一、第二和第五位。三家公司共采購(gòu)4.928吉瓦可再生能源，占全美總采購(gòu)額的46.5%。2019年有Facebook、Google、微軟和亞馬遜4家互聯(lián)網(wǎng)公司入圍前十名。四家公司共采購(gòu)3.764吉瓦可再生能源，占全美總采購(gòu)額的40%。值得注意的是，全美可再生能源采購(gòu)商的前二位連續(xù)兩年都是互聯(lián)網(wǎng)公司。如下表所示。
2019年-2020年美國(guó)10大可再生能源采購(gòu)商
數(shù)據(jù)來(lái)源：REBA，2021年2月
多家歐美互聯(lián)網(wǎng)
公司已實(shí)現(xiàn)碳中和
互聯(lián)網(wǎng)公司是低碳減排的積極倡導(dǎo)者。在已簽署聯(lián)合國(guó)《1.5°C商業(yè)目標(biāo)承諾》的407家公司中，有30家屬于軟件服務(wù)業(yè)，數(shù)量之多在所有行業(yè)中排第三位。微軟、Facebook、PayPal、Salesforce、Adobe、Snap、Workday、Intuit、Atlassian等眾多互聯(lián)網(wǎng)公司在列。
目前，歐洲五大互聯(lián)網(wǎng)公司中(Adyen、Spotify、Delivery Hero、Zalando和Just Eat Takeaway.com)已有2.5家實(shí)現(xiàn)碳中和：Adyen和Zalando均在2019年;剩下的半家是Delivery Hero，其歐洲業(yè)務(wù)從2020年1月實(shí)現(xiàn)碳中和，并承諾2021年成為一家碳中和公司。
在美國(guó)五大互聯(lián)網(wǎng)公司FAAMG中，谷歌和微軟已分別于2007年和2012年實(shí)現(xiàn)碳中和，谷歌是世界上第一家實(shí)現(xiàn)碳中和的主要公司。自2019年以來(lái)，五大公司紛紛作出新的、更為嚴(yán)格的承諾。蘋(píng)果、微軟、Facebook和谷歌分別承諾到2030年實(shí)現(xiàn)碳中和、碳負(fù)排放、凈零排放、100%無(wú)碳能源;亞馬遜承諾到2040年實(shí)現(xiàn)凈零碳。如下表所示。
美國(guó)五大互聯(lián)網(wǎng)公司的碳足跡和碳中和目標(biāo)
備注[1]：微軟的碳足跡是2019財(cái)年數(shù)據(jù)，即自然年的2018下半年和2019上半年。
備注[2]：谷歌的碳足跡是2018年數(shù)據(jù)，包括范圍1和范圍2。其他4家公司均是范圍1、2、3的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)來(lái)源：騰訊研究院整理，2021年2月。
我們道阻且長(zhǎng)，
必須砥礪前行
所有國(guó)家、所有領(lǐng)域的碳中和之路都任重道遠(yuǎn)。歐美互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心在碳中和方面取得了驕人成績(jī)，是常年努力、不斷創(chuàng)新的結(jié)果，并不是靠坐等就能實(shí)現(xiàn)的。
我們應(yīng)意識(shí)到，我國(guó)國(guó)民的碳素養(yǎng)還有待提高，綠色環(huán)保理念尚未充分融入百姓的生活學(xué)習(xí)、企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)而成為一種習(xí)慣。人們過(guò)度消費(fèi)、鋪張浪費(fèi)的現(xiàn)象比較普遍，沒(méi)有哪家企業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和，甚至沒(méi)有企業(yè)對(duì)碳足跡做出清晰統(tǒng)計(jì)。我國(guó)數(shù)據(jù)中心的電力仍主要來(lái)自化石燃料，可再生能源使用量?jī)H占23%，比市電中可再生能源使用量占比還低3.5個(gè)百分點(diǎn)(來(lái)源：綠色和平、華北電力大學(xué))。
我們更應(yīng)意識(shí)到，我國(guó)數(shù)據(jù)中心尚處于早期發(fā)展階段，技術(shù)應(yīng)用水平還不高，能源使用效率比較低下。根據(jù)工信部《全國(guó)數(shù)據(jù)中心應(yīng)用發(fā)展指引(2019)》，我國(guó)在用和規(guī)劃在建超大型數(shù)據(jù)中心平均PUE分別為1.4和1.32，而美國(guó)超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心在2014年的平均PUE就已達(dá)到1.2(LBNL，2016)?！皵?shù)據(jù)中心能耗占比幾乎保持不變”的效率拐點(diǎn)尚未到來(lái)，碳中和之路還有很長(zhǎng)的路要走。這既是壓力，也是綠色轉(zhuǎn)型的不竭動(dòng)力。
作者閆德利 騰訊研究院資深專家
（轉(zhuǎn)載）
