“到2025年，AI在全球数据中心用电量中的占比将从2%增加到10%。”来自Uptime Institute的报告，揭示出AI计算需求的急剧增长，并带来能源消耗的快速攀升。
从通用算力走向智能算力，AI计算依赖于高性能的GPU、TPU等芯片加速器，一个GPU的功耗可能是数百瓦甚至更高，从计算卡到服务器再到整机柜，功率层层激增，加上AI算力的集群化部署特点，导致AI算力中心对电力消耗的需要越来越大。
国际能源署（IEA）发布的报告显示，在2022年全球消耗约460TWh之后，数据中心的总用电量到2026年可能达到1000TWh以上。全球数据中心电力需求翻倍的背后，是智算中心超大集群建设，带来的高功率和高能耗挑战。
伴随计算密度的增加，进一步地，智算中心对供电和制冷提出更高要求。供电系统作为动力心脏，任何电力波动都可能导致关键任务中断；AI任务带来的高发热量使得制冷系统的负担加重，作为重要保障，制冷系统要对其进行高效散热，确保设备稳定运行。
同样来自Uptime Institute的报告数据显示，数据中心发生故障的最常见原因是供配电电源问题，故障占比52%，另有19%的故障源于数据中心的冷却问题，它们形成数据中心事故或中断的两大主因。
不难理解，更高的算力意味着更高的功耗，而更高的功耗意味着更大的热量产生，进而需要更强大的制冷系统。反过来说，如果制冷系统运行不佳，设备温度升高，功耗会进一步增加，甚至设备可能因为过热而停机。此外，对于供电面临的挑战而言，不仅仅要提供足够的电力，还包括如何做到高效、稳定，避免电力波动导致故障宕机。
尤其对于AI计算任务来说，训练中断导致回退乃至训练重启，将带来更大的时间、资源浪费和经济损失。
因此，供电和制冷系统的高可靠性成为关键。“智算时代，‘安全可靠’是数据中心基础设施的最核心竞争力。”在华为全联接大会2024首日召开的数据中心基础设施峰会上，华为数字能源副总裁、华为数据中心能源及关键供电产品线总裁何波直言。
安全可靠始终是数据中心的最本质需求，步入智算时代，并行计算故障域扩大，波动负载更明显，面向通算设计的供电和制冷架构越来越不匹配。
如何做到真正的安全可靠？显然，供电和制冷不能有任何短板。在何波看来，“全链路的安全可靠，才是真正意义上的安全可靠”。这需要从规划、建设到维护，构建端到端全链保障机制，应对不断攀升的电力需求，处理陡增波动的功率跳变与热量，例如将智算制冷故障的应急响应时间由2分钟缩短至30秒，保障智算中心稳定运转。
隔离式储能、分布式架构、连续性制冷、高质量产品、专业化服务、智能化管理……为确保智算中心的全链路安全可靠，华为重塑了供电与制冷系统，全生命周期筑牢了产品设备的高可靠性。
安全始于“规划”，可靠贯穿“设计”
首先，在架构安全方面，相比于多数大型数据中心采用集中式冷冻站供冷系统、数据中心传统供配电系统多为攒机方案带来的故障点多、故障域大、结构复杂等弊端，供电与制冷的分布式架构实现一箱一路电，一箱一制冷，单台故障不扩散，带来更高的架构解耦灵活性和可靠性，使得业务不断电、温度零波动，是智算数据中心故障域最小化的有效手段。
其次，在备电方案方面，锂电在数据中心的应用越来越普及，尤其在智算时代，锂电能量密度高、占地小、寿命长，是智算中心备电首选。同时，安全是一切的前提，除了选择安全可靠的电芯，还要考虑拉远部署锂电，才能最大化保护GPU等核心算力资产。
第三，在制冷的连续性方面，在智算高密场景下，制冷中断超过30秒将导致IT设备温升超标。这要求智算制冷架构需具备制冷不中断、异常恢复快两大必备能力。华为通过创新架构实现连续制冷，主备电源切换时制冷系统零中断，大幅提升了数据中心可靠性。
高质量产品是“基础”，专业化服务是“保障”
为了确保数据中心具备高可靠性、高安全性，需要从产品本源安全可靠出发到专业化团队设计运维，构建端到端全链保障机制，才能确保数据中心的整体安全可靠。
一方面，在产品设计、生产等环节贯穿全链安全理念，华为从设计、生产制造源头保障了产品的安全可靠，以锂电池产品为例，华为进行了5级可靠性设计和10层多防护设计，不断提升备电系统的安全等级；另一方面，在交付服务上，将安全贯穿数据中心的“规划设计、安装交付、运维保障、优化提升”全生命周期，例如提供标准化、品质化交付，预防、预测性维护等，端到端构筑安全能力。
AI反哺数据中心，助力智能化安全保障
得益于GPU等算力驱动和智算中心的发展，AI应用快速面世和普及，反过来，AI也将反哺数据中心，助力智能化安全保障。例如，利用人工智能算法对锂电池的电、热、化学信号等进行实时监测和分析，识别异常电芯，进行铜排异常检测等，从而做到起火预防；以及进行掉电预防、高温预防等，提前预测和诊断故障。
在智算场景高功率密度和高热量产生并存的局面下，看得出，华为将安全可靠做到了极致，打造高可靠制冷与供电，守护智算中心双重生命线。
此外，随着智算芯片演进节奏步入“一年一代”，以及数据中心耗电量的激增，数据中心的弹性演进、绿色低碳同样成为行业用户的两大需求痛点。华为智算供电与智算制冷解决方案亦体现出了这两大特色，举例来说，华为室外电力模块通过架构全解耦、全模块化设计，实现一箱一路电，室外拉远部署，既不占用机房空间，部署快、易扩容，还有效保障锂电在数据中心的安全应用，是智算时代灵活供电首选方案。华为风液融合方案可以根据智算业务实际需求，动态调整风冷和液冷的比例，从而实现最佳的制冷效率，使得系统节能性大幅提升。
整体而言，面对安全性挑战、高功率挑战、高能耗挑战，以及竞争加剧、代际迭代快的不确定性挑战，华为以安全可靠、弹性演进、绿色低碳三大原则为核心，构筑智算时代新基石。
AI带来了前所未有的算力革命，未来的数据中心将不仅具备更强大的算力，还会在供电和制冷方面更加节能、高效、可靠，成为推动数字经济发展的绿色引擎，让数字世界坚定运行。
本文作者：陈广成，「智会社」主笔，前至顶网（ZDNet）基础设施群组主编，十余年科技媒体从业经历，长期观察IT产业发展的生态演变。
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