1943年，當(dāng)心理學(xué)家W.S.McCulloch和數(shù)理邏輯學(xué)家W.Pitts，經(jīng)過反復(fù)地推算驗(yàn)證，提出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)學(xué)模型，并接受掌聲和鮮花時(shí)，他們心中必然有一絲遺憾，因?yàn)樵诰w管還未發(fā)明的年代，紛繁復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式無異于紙上談兵。他們肯定很難想象，80年后的今天，一場綠色的智能算力變革，會像電力、寬帶一樣，向我們奔騰而來。

兩年前，大洋彼岸傳出的一則的消息，震動了當(dāng)時(shí)的學(xué)界。人工智能公司OpenAI發(fā)布了一篇長達(dá)72頁的論文，作者多達(dá)30人，內(nèi)容描述了一種超大AI語言模型GTP-3，包含了1750億神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，不僅能自己造句子，還能編故事。在大家都在感嘆《終結(jié)者》電影中的狡猾“天網(wǎng)”似乎正走進(jìn)現(xiàn)實(shí)時(shí)，很少有人注意到強(qiáng)悍功能的背后，超大AI模型正在貪婪的吞噬著有限的算力。

 “大模型成為人工智能工程化的重要方向，智能算力需求幾何級增長”，9月19日，中國智能計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布的《東數(shù)西算下新型算力基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展白皮書》，一針見血地指出當(dāng)下智能算力的緊迫氛圍。

AI的發(fā)展繞不過三大核心要素，數(shù)據(jù)、算法、算力。如果把數(shù)據(jù)比作工業(yè)原材料，算法就對應(yīng)著生產(chǎn)關(guān)系，而算力就是生產(chǎn)力，看得見摸得著的計(jì)算中心是它現(xiàn)實(shí)中的代表。十年前，業(yè)內(nèi)廣泛流傳的段子是“得大數(shù)據(jù)者得天下”，如今卻是“得算力者得天下”。

從數(shù)據(jù)來看，超大AI模型對算力挑戰(zhàn)巨大。比如說，OpenAI為了訓(xùn)練含有1750億參數(shù)的GPT-3，從無到有耗費(fèi)了5億美元，新搭建了一個(gè)算力中心，用掉了1萬張顯卡。而這個(gè)模型在訓(xùn)練上則消耗了355個(gè)GPU的年算力，訓(xùn)練的成本超過了460萬美元。

除了算力，超大AI模型對電力的需求同樣讓人吃驚，GPT-3被訓(xùn)練一次就要消耗電量19萬度，按照美國碳排放標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，大約產(chǎn)生了85000kg二氧化碳當(dāng)量。

可如今，對更大AI模型的瘋狂追求卻成了趨勢。尤其是在AlphaGo以5比4的成績擊敗李世石之后，各家科技巨頭像著魔一般，瘋狂挑戰(zhàn)超大AI模型。在OpenAI推出GPT-3之后，微軟和英偉達(dá)也不甘心被落下，一年后立馬公布了擁有5300億參數(shù)的MT-NLG大模型。

所以，研究人員現(xiàn)在不得不面對一個(gè)現(xiàn)實(shí)困境，智能算力越來越不夠用。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，摩爾定律廣為人知，芯片中的晶體管每隔18個(gè)月左右，基本會翻一番，性能同時(shí)會提升一個(gè)檔次。而從2012年以來，人工智能產(chǎn)業(yè)也呈現(xiàn)了類似規(guī)律，復(fù)雜的AI訓(xùn)練任務(wù)所需的算力，每3.43個(gè)月就會翻倍。OpenAI在整理2012到2018年算力數(shù)據(jù)后，更是發(fā)現(xiàn)了一個(gè)驚人的事實(shí)，六年時(shí)間內(nèi)，AI算力需求竟然增長了30萬倍，這比摩爾定律更震撼。

中國工程院院士鄭緯民曾指出，下一代AI的發(fā)展亟需建設(shè)大規(guī)模AI算力基礎(chǔ)設(shè)施，GPT-3取得了很好的進(jìn)步，但是離強(qiáng)人工智能還有差距，下一代人工智能模型可能超過萬億參數(shù)。

當(dāng)AI大模型成為推動AI能力提升的重要工具和手段時(shí)，它的非線性甚至是幾何式增長的參數(shù)數(shù)量，將導(dǎo)致AI大模型、巨量模型的計(jì)算規(guī)模越來越大，需要的硬件資源越來越多，對算力需求及其巨大。若是步入強(qiáng)人工智能時(shí)代，所需算力更是將呈現(xiàn)幾何倍增長。

在算力需求嗷嗷待哺的同時(shí)，如何給數(shù)據(jù)中心節(jié)電省錢，也成了工程師們必須面對的難題，光是2021年，全國近2.6%的電力都用在了數(shù)據(jù)中心運(yùn)維上，且年電力消耗增速超過60%。所以，各地?cái)?shù)據(jù)中心面臨節(jié)能減排的重任，而接二連三的政府文件，也恰好證明了這一點(diǎn)。

2017年，國務(wù)院印發(fā)的《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》明確要求，新建的大型云計(jì)算數(shù)據(jù)中心能源利用效率值（PUE）要優(yōu)于1.5。2021年，政府發(fā)布的《新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展實(shí)施方案》又再次強(qiáng)調(diào)，到2025年，國家樞紐節(jié)點(diǎn)的PUE值要進(jìn)一步降到1.25以下，綠色低碳等級要達(dá)到4A以上。

所謂的PUE，簡單點(diǎn)解釋就是數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT設(shè)備能耗的比值，越接近“1”證明能效水平越好，也就說明數(shù)據(jù)中心的大部分電力都被服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、儲存設(shè)備消耗掉了。但“PUE=1”只是理想情況，按照正常的物理邏輯，強(qiáng)悍的算力往往意味高耗、高熱量。

首先就單個(gè)芯片來說，在制程不斷突破極限、功率奔向千瓦時(shí)，如何冷卻是頭號問題。英特爾曾在1999年對外展示過一張折線圖，內(nèi)容是處理器功率密度隨時(shí)間變化的趨勢?？梢院苊鞔_地看到，按照摩爾定律的發(fā)展路徑，晶體管的尺寸和芯片的功率密度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，也就是說晶體管尺寸減少的同時(shí)，芯片的功率密度反而高了。

而隨著新的數(shù)據(jù)中心不斷建設(shè)、裝備了先進(jìn)制程芯片的機(jī)柜投入使用，單個(gè)機(jī)柜的功率密度也在快速抬升。根據(jù)Uptime Institute發(fā)布的《2020全球數(shù)據(jù)中心調(diào)查報(bào)告》顯示。2020年數(shù)據(jù)中心平均但機(jī)架功率為8.4（KW/機(jī)架），相比于2017年的5.6（KW/機(jī)架）、2011年的2.4（KW/機(jī)架）有明顯提高，年復(fù)合增長率達(dá)到了15%。

而且短期來看，功耗問題難以順利解決。因?yàn)樵诮?jīng)典的馮·諾依曼架構(gòu)中，數(shù)據(jù)的處理和存儲是放在不同的地方，頻繁地高速傳輸必然導(dǎo)致系統(tǒng)功耗很高。從某種角度理解，這也是馮·諾依曼架構(gòu)的缺陷所在。所以，當(dāng)全球媒體津津樂道AlphaGo打敗人類時(shí)，有一組讓人大跌眼鏡的事實(shí)，人類只用了20瓦的大腦能耗，而AlphaGo的能耗達(dá)到了2萬瓦。

先進(jìn)制程芯片的突破、功率更高的單機(jī)柜使用，迫使數(shù)據(jù)中心使用更多的能源用于散熱。

2022年，《求是》雜志第二期中的一張圖片，吸引了眾多通信界人士的目光。這張圖片展示的是一款浸泡在液體中的處理器，在其周圍附著了很多移動的氣泡。在圖片旁邊還注明了一行文字：“對數(shù)字經(jīng)濟(jì)對經(jīng)濟(jì)社會的引領(lǐng)帶動作用日益凸顯，圖中液冷計(jì)算節(jié)點(diǎn)能夠?qū)?shù)據(jù)中心能效比PUE降至1.1以下，比傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)節(jié)電20%。”

實(shí)際上，這款圖展示的正是曙光自主研發(fā)的浸沒式相變液冷技術(shù)，通過特殊的、沸點(diǎn)很低的液體，將CPU、內(nèi)存、電源系統(tǒng)等發(fā)熱部件運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量帶出設(shè)備，之后這些液體再與水做熱交換，最終將熱量排除，達(dá)到給數(shù)據(jù)中心降溫的效果。從具體的數(shù)據(jù)來看，這樣的冷卻技術(shù)達(dá)到了極好的效果，甚至能將PUE值控制最低1.04，這說明數(shù)據(jù)中心的電力基本很少有浪費(fèi)。而且，這些液體帶出的熱量還能被回收，供附近居民采暖。

在液冷技術(shù)上，曙光很早就開始埋頭耕耘。2011年，在業(yè)內(nèi)競相追逐互聯(lián)網(wǎng)泡沫時(shí)，曙光開始了服務(wù)器液冷技術(shù)的探索與研究，2013年推出首臺冷板液冷服務(wù)器原理機(jī)，并在一年后完成產(chǎn)品化。有了冷板液冷經(jīng)驗(yàn)，先進(jìn)的浸沒相變液冷技術(shù)也就手到擒來了。2013年，首臺浸沒相變液冷原理驗(yàn)證機(jī)被推出，2014年原型機(jī)誕生，2017年啟動商用，兩年后，國內(nèi)首個(gè)浸沒相變液冷服務(wù)器大規(guī)模應(yīng)用項(xiàng)目落地。

在東數(shù)西算的大背景下，曙光的綠色算力方案也在有序的落地中。在全國一體化算力網(wǎng)絡(luò)成渝樞紐節(jié)點(diǎn)內(nèi)，曙光在重慶市璧山區(qū)科學(xué)城打造的數(shù)據(jù)中心，就是以浸沒相變液冷技術(shù)為底座，布局建設(shè)。實(shí)際上，依托液冷技術(shù)，曙光的綠色大腦正在為國內(nèi)各地、各行業(yè)提供算力，相比傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)，一年節(jié)電量達(dá)2億度。

基礎(chǔ)設(shè)施意味著普惠性、大眾化，也就意味著東西便宜、用的人多。18世紀(jì)的蒸汽、19世紀(jì)的電力、20世紀(jì)的寬帶，都在相應(yīng)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)上，順利地演變成那個(gè)時(shí)代的基礎(chǔ)設(shè)施，有的仍存延至今。在以液冷技術(shù)為代表的綠色算力席卷全球、貫通各行各業(yè)時(shí)，我們似乎看到了強(qiáng)