本文作者 Noelle Walsh，微软全球资深副总裁、云计算运营及创新事业部负责人
根据国际能源署去年发布的最新报告显示：全球用户对数据和数字服务的需求，将继续保持指数级快速增长，预计到 2022 年，全球互联网流量将再翻一番。无论是工作，还是日常生活，微软云都为用户提供了可信的数字体验，这既包括日常生活中的关键应用和安全服务，也包括了政府及教育机构就气候变化等亟待解决的全球问题所进行的科研工作。云计算离不开数据中心、网络以及连接全球能源网络的光纤。用户得益于云计算带来的超高能效[1]，在满足全球计算需求的同时，还降低了整体碳排放量。即便如此，随着人们对云计算需求量的不断攀升，数据中心用量也在不断增加，由此带来的是电力、土地和水源消耗量的激增。由此，微软及整个云计算行业正在面临一个严峻的挑战，那就是如何在的同时，又能够不断提升计算能力以满足数字经济、研发和包容性经济发展等需求。
微软承诺将于 2030 年实现碳负排放，到 2050 年，从大气环境中消除自 1975 年公司成立以来的碳排放量总和，其中包括直接排放和因用电产生的间接碳排放。为实现这一目标，数据中心必须成为我们脱碳解决方案中的重要一环。而且，我们当前所面临的气候挑战是无法仅凭一个公司或一个行业的力量来解决的。
今天，我们将分享更多微软在进一步实现碳负排放方面的举措，它们不仅有助于我们实现自身的可持续发展目标，而且为客户和合作伙伴提供可衡量碳排放进展的计算工具、以及向他们提供可信赖的、低碳的数据中心和供应链服务。通过客户所信赖的微软自有数据中心运营和供应链管理，对环境产生更广泛的积极影响。此外，我们也将不断追求技术的突破，不断启发我们展开多维度的思考，将可持续发展的理念融入到未来数据中心设计和运营中。
推进可持续数据中心向“负碳未来
（Carbon Negative Future）”发展
我们需要不断发展，才能够满足用户对公有云和私有云不断攀升的需求。因此，不遗余力地找到更具创意的创新解决方案，来应对目前数据中心所面临的运营和工程挑战，进而帮助我们实现可持续发展的雄心壮志，对我们至关重要。我们在数据中心领域的投资和研发成果，让我们能够从容应对各种挑战，例如：在建设和运营过程中降低碳排放、显著减少甚至消除冷却用水量、通过重复利用服务器部件减少电子垃圾，以及维持我们数据中心所在地的生态环境。我们的使命不仅是找到提升数据中心运营的方法，还要将这些经验分享给云计算和建筑环境工程等行业。
今天，我们将宣布几项在关键领域开发计划上取得的进展，这将为我们现有的运营提供进一步的经验和见解，并帮助塑造未来的数据中心：
到 2024 年，微软数据中心运营的用水量将减少95%：微软承诺到 2030 年实现“水资源正效益（water positive）”。要实现这一目标，我们力争在运营的方方面面都减少用水量，甚至不用水。今天，我们公布了一项全新的数据中心温度管理办法。预计到 2024 年，这一管理办法将可减少微软全球数据中心 95% 的蒸发冷却用水量，相当于每年节省 57 亿升的水资源。凭借我们对高温环境下服务器性能表现的广泛全球研究，我们能够根据各种不同的气候特点，对那些必须使用蒸发水冷系统来确保性能和可靠性的服务器设置更高的设定点。我们预计该项目将于 2024 年实现全面实施，届时，该计划将有可能消除荷兰阿姆斯特丹、爱尔兰都柏林、美国弗吉尼亚和芝加哥等区域的数据中心冷却用水，同时降低在美国亚利桑那州等沙漠区域的数据中心 60%的用水量。
继续研究液体浸没式冷却，同时探索无水冷却的可能性：今年我们在液体冷却研发方面取得了一个重要里程碑[2]，使微软成为第一个在生产环境中运行双相浸没液冷系统的云计算提供商，同时也印证了液体浸没式冷却方式在微软数据中心中更广泛使用的可行性。我们在液体冷却领域的最新研究[3]解决了超频的问题，即：让芯片突破其预设定的电压、热量和功率设计限制，从而进一步提高其性能。通过测试发现，某些芯片组使用液体冷却的方式可实现性能提升 20%。这表明，液体冷却不仅可以减少乃至消除数据中心冷却用水，来助力我们实现可持续发展的目标；还可通过在更高温度的环境下令芯片提升效率的方式，来完成更为先进的人工智能和机器学习负载。液体冷却技术帮助我们提升了电力使用和冷却的效率，从而拓展了微软数据中心机架设计的新思路。简言之，液体冷却技术为在更小的空间中部署更密集的服务器铺平了道路，它意味着数据中心每平方英尺的容量将增加，这就让未来在更重要的位置搭建更小的数据中心成为了可能，也可以说是无水冷却设计的另一优势。
支持本地生态系统的数据中心设计：我们在全球各地运营数据中心，而每个数据中心都有不同的本地物种、温度和气候环境。要想设计出符合当地生态特点的数据中心，首先我们要了解一个生态系统是如何独立运行的。微软一直在对 12 个数据中心区域的生态系统运行方式进行基准测试，这项工作预计将于今年年底完成。通过该研究，我们希望对该生态系统的水资源数量和质量、空气、碳、气候、土壤质量、环境健康程度以及生物多样性，进行量化分析。我们的目标是重建周边地区的环境，从而为该地区的社会和环境赋予再生价值。我们将这些调查发现应用于位于北荷兰省的首个试点项目。作为荷兰阿姆斯特丹数据中心区域的一部分，我们将北荷兰省数据中心建造在一片低地林区中，周围是森林湿地。该区域的特点是水资源和植被覆盖率高，非常适合以自然过滤水资源的方式处理雨水和地表径流。通过不同的测试方式，我们发现，生态系统表现可以恢复至 75%。虽然未来仍任重道远，但目前的成果令我们深受鼓舞和启发。
减少数据中心设计和建设中的碳足迹：根据全球建筑建设联盟（Global Alliance for Buildings and Construction）的最新数据显示，隐含碳至少占全球温室气体排放的 11%[4]。这些隐含碳来自材料和施工过程，会在建筑或其它基础设施整个生命周期中逐步排放。很多隐含碳来自混凝土和钢铁，通过选择低碳材料，我们可以通过降低每座新建筑的隐藏碳量，来大幅降低碳排放量。为了满足客户的需求，我们平均每年新建 50 至 100 个数据中心。为了在这些数据中心的设计和建设中减少隐含碳，我们使用了一个名为“建筑隐含碳计算器（EC3）”的工具，它是由一个名为 Building Transparency 的非营利组织开发的。作为所有新数据中心建设的关键初始步骤，我们现在要求所有的建筑团队使用 EC3 工具来选择建筑材料，从而减少隐含碳。通过使用 EC3，我们预计将减少混凝土和钢铁中 30 - 60%的隐含碳量。
我们致力于推动在微软及整个行业内采用更为环保的建筑材料。同时，我们也在积极研发可持续发展的建筑材料，用于建筑的地基、架构和外立面。就如同我们与美国华盛顿大学的一个名为碳领导论坛（CLF）的非营利性行业学术组织所展开的合作。我们共同发布的一项针对六种低碳材料的研究报告显示[5]：土板、非硅酸盐水泥混凝土板、藻类砖/板、菌丝体（蘑菇）结构管、特制纤维和农业废料板，它们包含较低的隐藏碳，有助于减少碳排放并改变建筑环境。我们的测试将贯穿整个冬天，以验证其用于数据中心和其他建筑的耐用性，之后我们将把相关发现分享给其他从业者。最后，我们微软研究院的同事近期发布了 Zerix 项目[6]，它旨在通过使用可生物降解塑料、可持续印刷电路板和生物混凝土材料来实现微软数据中心及其他建筑的零隐藏碳和净零废料。
征程进展
我们能够取得今天的进展，一方面得益于我们在高级数据中心开发方面的早期投资，另一方面得益于我们与合作伙伴共同开发的基于云的解决方案和工具，这些不仅可以用于我们的直接运营，也可以推广到更广泛的市场。我们最近取得了一些重要成就，包括：
可再生能源和电网脱碳：今年 7 月，我们延展了[7]“到 2025 年实现 100%采用可再生能源”的承诺，并提出了“100/100/0 承诺[8]”，即到 2030 年，微软将在 100%的时间里，实现 100%的电力消耗与 0 碳能源采购相匹配。过去一年，微软已经在全球 10 个国家签署了新的电力采购协议，购买了约 5.8 吉瓦 (GW) 的可再生能源，包括了超过 35 笔交易，其中超过 15 笔交易发生在欧洲，覆盖丹麦、瑞典、西班牙、英国和爱尔兰等国。此次采购使我们在全球范围内运营和签约的可再生能源项目达到 7.8 吉瓦。行业研究机构彭博新能源财经 (Bloomberg NEF) 称，这一进展使微软目前成为 2021 年最大的可再生能源企业采购商。但我们不会就此满足。
微软循环中心：我们首创了微软循环中心(Microsoft Circular Centers)[9] ，并利用它来延长服务器的生命周期、实现重复利资源用以减少浪费。我们最近启动计划，把阿姆斯特丹循环中心的成功做法带到即将在下一个财年在博伊顿、都柏林、芝加哥和新加坡启用的循环中心。2020 年，据碳信息披露项目（CDP）报告，我们的一级供应商将其集体碳足迹减少了 2100 万公吨二氧化碳当量 (CO2 e)。未来一年，我们计划将这一模型推广到微软所有的云计算资产中，并有望实现 90%的重复利用。
LEED 认证：微软承诺让我们所有的数据中心获得LEED (Leadership in Energy & Environmental) 金级认证，以证明我们的建筑绿色节能。我们于 6 月启动的亚利桑那州数据中心现已获得 LEED 金级认证。
24/7全天候能源匹配在行动：我们正在瑞典建设一个最具可持续性的云区域[10]，并计划于今年晚些时候启动。它将使用我们与合作伙伴 Vattenfall[11]一起打造的首个每小时进行能源监控的解决方案，使我们能够在每小时的消耗中 100%使用可再生能源。该解决方案现已可供 Vattenfall 的客户使用。
与我们的云供应链合作，减少范围三排放：根据 2020 年碳信息披露项目（CDP）的周期报告，为了减少范围三排放，包括所有间接运营的排放，我们的一级供应商将其集体碳足迹减少了 2100 万吨的二氧化碳当量 (CO2 e)。在 2021 财年，我们增加了参与该计划的供应商数量，加深了参与程度，以确保实现我们的减排目标。除此之外，我们还通过减少隐含碳的产生，来解决数据中心设计和建设中的范围三排放问题。
推出 Microsoft Cloud for Sustainability 公开预览版
在对云基础设施进行投资之外，今天我们很高兴地宣布推出 Microsoft Cloud for Sustainability 公开预览版[12]。它能够帮助企业能够更有效地记录、报告和减少其碳排放量，从而实现净零排放。想要改进或改变一个无法衡量的东西是很难的。我们需要一个可以在全球范围内，以准确、一致且可靠的方式衡量碳排放量的统一标准，并在此基础上，开发减少碳排放和对环境影响的创新技术解决方案。
我们正与合作伙伴和客户携手，努力实现净零排放和碳负排放的目标。在此过程中，我们需要共享经验和进展，创造新的工具和解决方案来界定我们当前所处的位置，衡量我们的进展，并加以推广。如果您想进一步了解当前微软对数据中心的运营和承诺，您可以访问 microsoft.com/sustainability[13]，或点击这里[14]，线上参观我们的数据中心。
[1]:https://news.microsoft.com/2018/05/17/the-microsoft-cloud-can-save-customers-93-percent-and-more-in-energy-and-carbon-efficiency/
[2]:https://news.microsoft.com/innovation-stories/datacenter-liquid-cooling/
[3]:https://ieeexplore.ieee.org/document/9517300
[4]:https://architecture2030.org/buildings_problem_why/
[5]:https://carbonleadershipforum.org/transformative-materials/
[6]:https://www.microsoft.com/en-us/research/?post_type=msr-project&p=765649&secret=2B0F6u
[7]:https://blogs.microsoft.com/blog/2021/07/14/made-to-measure-sustainability-commitment-progress-and-updates/
[8]:https://news.microsoft.com/stories/explanimators/synthetic-biology/
[9]:https://channel9.msdn.com/Shows/Azure-Videos/Microsoft-Circular-Centers-overview
[10]:https://news.microsoft.com/europe/2020/11/24/microsoft-announces-investments-to-accelerate-swedens-digital-transformation-and-plans-to-open-its-sustainable-datacenter-region-in-2021/
[11]:https://azure.microsoft.com/en-us/blog/achieving-100-percent-renewable-energy-with-247-monitoring-in-microsoft-sweden/
[12]:https://azure.microsoft.com/en-us/blog/achieving-100-percent-renewable-energy-with-247-monitoring-in-microsoft-sweden/
[13]:microsoft.com/sustainability
[14]:https://news.microsoft.com/stories/microsoft-datacenter-tour/