数据中心是着日益数字化的世界的信息支柱。人们对其服务的需求在迅速增长， 人工智能、互联的能源系统、分布式制造系统以及自动驾驶汽车等数据密集型技术则有望进一步增加对其的需求。由于数据中心属于能源密集型设施，估计占全球用电量的约 1%，这些增长趋势对全球能源的需求会有明显的影响，因此必须进行严格的分析。一些经常被引用但过于简单的分析声称，过去十年来，全球数据中心的能源使用量增加了一倍，并且在未来十年内，其能源使用量将增加两倍甚至三倍。这样的估计有助于形成一种刻板印象，即随着对数据中心服务的需求迅速增长，其全球能源的使用量也必定随之增长。但是，基于最近的服务需求增长数据进行的这种推断却忽视了同时出现的强劲的能耗反趋势（参见图一）。在这里，我们整合了一些不同来源的最新数据，这些数据反映出全球数据中心的能源使用量保持了一个更平缓的增长速度（参见图二）。这使得决策者和能源分析师们对全球数据中心的能源使用，其驱动因素和近期效率的潜力能有更准确的认识和理解。
要评估对数据中心不断增长的需求，就需要对全球数据中心能源使用的规模和驱动力有深入的了解，而这已经使许多决策者和能源分析师望而却步了。造成这一盲点的原因是记载中一直缺乏有关数据中心的类型、位置、其信息技术（IT）设备及其能效趋势的“自下而上”的信息。这导致了关于全球数据中心能源使用的文献数量很少而且经常结论会相互矛盾。
要了解数据中心能源使用的发展方向，需要综合考虑服务需求增长产生的影响以及众多设备，能源效率和市场结构产生的影响（参见图一）。
随着对数据中心的需求量增加，他们所配置的 IT 设备和冷却系统的能效提高可以控制运营的总能耗。
自下而上的分析往往能最好地反映这些广泛的因素，从而产生最可靠的历史和近期能源使用估算。尽管最近有几项国家研究报道了成果，但对全球数据中心能源的可复制的，自下而上的估算报告最新也是在差不多十年前出现的。这些估算表明，全球数据中心的能源使用量已从 2005 年的 153 太瓦小时（TWh）增长到 2010 年的 203 至 273 TWh 之间，占全球用电量的 1.1%至 1.5%。
自 2010 年以来，数据中心格局发生了巨大变化。到 2018 年，全球数据中心工作负载和计算实例增加了六倍多，而数据中心互联网协议（IP）流量增加了十倍以上。数据中心的存储容量也迅速增长，在同一时间段内估计增长了 25 倍。分析师之间存在一种分析趋势，即使用这种服务需求的趋势来简单地推断出自下而上的能源价值，从而导致对当前和未来的全球数据中心能源使用情况的预测不可靠。例如，他们可以根据服务需求指标的增长率（例如，2010 年至 2020 年全球 IP 流量的增长）将以前的自下而上的值（例如，2010年的数据中心能源使用总量）扩大到得出对未来能源使用的估计（例如，2020 年数据中心的能源使用总量）。
自 2010 年以来，典型的服务器（数据中心的主力设备）每计算一次的用电量减少了四倍，这在很大程度上是由处理器效率的提高和空闲功率的减少引起的。同时，由于存储驱动器的密度和效率的提高，每 TB 已安装存储的瓦特数大约降低了九倍。此外，由于每台服务器托管的计算实例的平均数量增加了五倍（由于虚拟化），服务器数量的增长已显着放缓，同时数据中心能源使用效率（PUE，已使用的能源总量除以 IT 设备使用的能源量）也在稳定下降。这两种趋势在很大程度上是由计算实例向节能型云和“超大规模”数据中心（最大的数据中心类型）转移所驱动的。在美国这个世界上最大的数据中心市场中，尽管对数据中心服务的需求在迅速增长，但从行业角度对这些效率趋势进行的自下而上的分析确定了自 2010 年以来全国数据中心的能源使用量基本处于稳定状态。现在，我们将该分析扩展到全球范围，其结果表明，通过积极的政策措施和数据中心能源管理实践，数据中心持续的能效提升可以在未来几年内保持能源使用总量的平稳。这些新的自下而上的估算值成为了国际能源署最近使用的全球数据中心能源价值的基础。
与以前可用的数据相比，目前能利用的数据更能促进有技术性和时间上可以保持一致的分析方法。自 2011 年以来，Cisco 的分析师发布了有关全球服务器库存， 数据中心工作负载，服务器虚拟化级别以及传统的，云级别的和最近超大规模的数据中心的存储估计值的数据和展望。在 2016 年开始的一系列报告中，劳伦斯·伯 克利国家实验室发布了数据中心内常用的服务器，存储设备和网络设备的能源趋势分析。分析师们已经记录了代表全球数据中心计算实例很大一部分的超大规模数据中心的数量和位置，并且主要的数据中心运营商也在越来越多地报告其 PUE。
将这些数据集成到一个自下而上的模型中分析后显示，尽管自 2010 年以来全球数据中心的能耗略有增加，但能源使用量的增长与同期数据中心计算实例的增长已基本解耦（参阅图二的第二部分）。此外，这些新数据提供的精确视图 表明，2010 年全球数据中心的能源使用量约为 194 TWh，略低于 2010 年（当时可用数据较少）自下而上研究的下限估计值（203TWh）。
（来源：《科学杂志》政策论坛能源板块，作者 Eric Masane et al. 来自美国西北大学发表于 2020.Feb.28，翻译者：吴天青 李典林）
