【环球科技】俺去啦
作家：安妮-塞西尔·奥格里，系法国雷恩诡计机科学和当场第三接洽所的科学家，劳伦特·莱弗尔，系法国里昂高档师范学院并行诡计执行室的接洽员 翻译：郭众
电子开采越来越多，网络速率越来越快，云表利用越来越粗浅，但它们带来的能耗也越来越不可忽略。
由于新冠肺炎疫情的影响，居家办公对许多公司来说越来越迫切。居家办公使通勤赫然减少，也省下了办公室的暖气和电力用度。但是，居家办公，以及随之而来的对互联网的多数使用简直对环境故意吗？要回复这个问题，咱们必须了解数字本事对生态有哪些影响，以及奈何镌汰这些影响。但缺憾的是，当念念要对复杂网络化的系统进行真切接洽时，评估就会变得极为复杂。
1 为何要诡计互联网的能耗
互联网介入全球活命已有简略30年。到面前为止，它依然成为约46亿用户不可或缺的用具。这项确立推动了万维网的快速发展。日常活命中越来越多的畛域正在向线上发展，包括电子邮件、即时通讯用具、搜索引擎、吩咐网络、云存储、流媒体做事等。
互联网的结构也跟着时辰的推移发生了变化，为了称心用户日益增进的需求，它需要变得越来越复杂。关联词，一个许多用户忽视的事实是：与此联系的本事也销耗了多数的动力和资源。
在咱们如今活命的时间，风景变化的影响初度变得如斯赫然。在工业国度，政府面前依然启动长入科学家共同制定保护环境的措施。但到面前为止，险些莫得任何干于数字化发展后果的接洽可供参考。唯一少数接洽标明，无论是在动力、原材料的销耗如故在碳足迹方面，联系的近况皆令东谈主担忧。关联词，接洽很难给出一个具体的数字，因为不同接洽得出的结尾也存在较大的相反。
在2014年发表的一篇论文中，葡萄牙里斯本本事大学的弗拉德·科罗阿默和瑞士苏黎世大学的洛伦茨·希尔蒂开展了一项空洞接洽，分析了往日10年间所连络于互联网能耗的著作。他们在接洽中发现，不同结尾间的相反不错达到4个数目级。有几个原因变成了这种结尾：测量中的准确性、模子中使用的近似值以及接洽的范围。举例，在面临结尾开采带来的影响时，琢磨与不琢磨这个因素就会变成稠密的相反。这等于为什么咱们很难笃假寓家办公是否对举座环境故意，换个面容来贯穿：咱们很难笃定使用一次搜索引擎的能耗，它到底颠倒于电滚水壶使命10分钟如故3小时的能耗？
连年来，科学家启动经常地盘问这个复杂的话题。为此，咱们分别分析了组成互联网的联网系统和联系本事开采。咱们的场所是详备分析出每个孤立模块的能耗，并找到尽可能降痴呆耗的阵势。在咱们能告捷作念到这少许之前，还有多数的使命需要鞭策。但面前咱们依然在这方面获取了一些发扬。
2015年，海外接洽组织GreenTouch发表了一篇著作，设念念不错建造一个全球性的互联网设施。在这套设施的基础上，即使数据流按现存的进度抓续增长，2020年的动力销耗也会比2010年减少98%。如果这个冷漠在北好意思、欧洲和日本实施，省俭的碳排放量将颠倒于580万辆汽车的排放量。关联词，实施这项举措需要更正多数的基础设施结构，变革多数的本事。
2 互联网是由什么组成的
对于这么的评估，咱们起首要了解网络波及哪些硬件和软件系统、它们的使用面容以及使用它们需要几许电力和其他原材料。举例，如果咱们在搜索引擎上搜索一个术语，这一当作会同期蜕变物理（硬件）结构和凭空（软件）结构。前者包括进行查询的开采（举例 PC、智高手机或平板电脑）、用于传输数据的多个网络以及处理搜索苦求的位于数据中心的做事器。
做事器上不错安装凭空机。它不错模拟生成一个孤立于做事器操作系统的环境，在这个环境顶用户不错推论时局和利用。同期，在线做事大多基于云诡计，这意味着数据处理所需的基础设施位于云表。供应商凭证使用性能方针和负载均衡来聘请得当的开采处理苦求。这种操作占用的资源量取决于做事器所在的位置。因此，使用不同的处理面容来处理苦求时，能耗结尾会有很大相反。
比较于搜索，如果咱们接洽在线视频背后的运行机制，事情就会变得愈加复杂。凭证“The Shift Project”（一家接力于发展无碳经济路线的法国协会）的数据，视频流在2019年占全球数据流量的80%。
通过电视不雅看视频时，单个信号辐照器是同期向多个罗致器传输数据的。在线视频则不同：每个不雅看者皆领有我方的数据流，这意味着不雅看在线视频时，学生萝莉数据流量与用户数目成比例加多。在通过电视不雅看视频时，数据流量仅取决于信号中包含了几许个频谈。
这等于为什么像网飞这么的平台不可像普通网站那样使用客户端—做事器系统的原因。在普通网站中，中央做事器将数据分发给多个用户。而网飞等平台不同，它们需要通过内容分发网络将数据复制到各地的做事器中，让做事器尽可能在地舆上接近消费者。
这种刚劲的冗余结构可竣事可靠的视频传输并幸免长距离数据传输。为确保数据圆善地传递给客户，视频必须随时能以不同时局出面前全球各地，况且类似使用。因此，流媒体供应商会调用漫衍在多个数据中心的多数做事器。2018年，来自英国伦敦玛丽皇后大学的蒂姆·博特格和他的共事接洽推测，为了送达视频内容，网飞至少在600多个数据中心使用了8500台做事器。但是，这些数据中心并不属于网飞，而是属于相应的网络运营商。
已有接洽知道地标明，网络数据的传输会路过许多开采。互联网的物理组因素为三个部分：有线或无线网络、装有做事器的数据中心以及用户的结尾开采。这些开采和网络皆会对环境产生影响，而这恰是咱们的接洽场所。
为了估算通讯网络的动力销耗，咱们需要以本事循序来分类评估。举例，有基于铜线、光纤或无线的传输面容分类。此外俺去啦，网络依赖于路由器、交换机和天线等开采，这些开采的使用寿命有限况且也会对环境产生压力。
网络运营商面前提供多种蜂窝循序做事：2G、3G、4G和5G。但是，当出现新本事时，为了确保通盘结尾开采的平常使用，运营商并不会罢手旧本事的做事。对于消费者来说，为了或者使用最新本事，庸俗必须购买新的开采，这就让但愿使用最新本事的用户不得不替换掉底本还不错使用的手机。
每代网络本事皆会加多每个用户的可用带宽，这骨子上是加多了数据流量。法国电子通讯监管机构（Arcep）在2020年4月讲演称，2019年法国SIM卡的平均月消费量为7GB。但仅看4G SIM卡的平均月消费量时，流量却达到了9.5GB。
数据收发经过中还有不同的条约，它们律例了采蕴蓄的数据是奈何罗致和发送的，并保险了通讯经过的踏实性和通讯性能。但在发展经过中，东谈主们并莫得在意去减少它们对环境的影响。举例，与电信联系的开采（举例WLAN路由器）庸俗是持久开启的，因此会白白奢侈多数动力。
3 数据中心的影响
除了电信网络，数据中心也会给环境带来压力。数据中心有多数的做事器，同期需要配套冷却系统和其他的冗余系统，以此保证运行的可靠性。与此同期，一些运营商正在测试多样热回收机制，但愿减少电力的销耗。
许多民众使用PUE（电源使用效果）来策划数据中心的效果，这个方针量化了除做事器以外的动力资本（主若是由于冷却）。运营商试图将PUE的值推向最理念念的情况。在这种情况下，与信息本事设施的能耗比较，制冷能耗不错忽略不计。但是只是怜惜这个数字是莫得真谛的，因为它并不可评估信息本事开采的使用效果。
一些大型数据中心使用它们我方坐褥或购买的可再天真力。然则，这经常够不上自力新生的进度。按照苹果公司的官方声明，他们产生的再天真力与公司所销耗的相同多。关联词，发电安装在日间和天气好的时候才不错运行发电，而耗电安装却是连气儿运行的。是以苹果公司会卖掉（日间晴天气时）生成的弥漫电力，并在夜间回购开采运行所需的部分电力。
数字基础设施的主要问题在于它们的使用景色一直处于变化中。2015年，平常运行时辰协会（Uptime Institute）臆度：在好意思国，有30%的做事器在莫得任何使命负载的情况下保抓开机景色。天然开采险些莫得使命任务，但功耗并不会趋向于零，而是趋向于最大功率的一半。天然做事器的使命强度很低，它仍然会销耗许多能量，路由器等其他开采效果以至更低。
因此，咱们接洽了奈何尽可能经济地运营数据中心。2018年，我与共事伊萨姆·拉伊斯共同接洽的结尾标明，如果做事器依然有3分钟未使用，就应将其关闭。为了达到这个看法，还需要可靠的模子来预计做事器的使用岑岭，以便提前重启开采。面前依然有算法不错诡计这么的开启和关闭周期了。此外，咱们还不错在不影响用户使用体验的情况下，将做事聚合在一些做事器中。其他冷漠则包括限度处理器的频率和电压，这么不错在开采负荷起火的情况下镌汰功耗。通盘这些阵势皆不错减少信息本事基础设施对环境的影响。
除了数据中心和通讯网络，用户的结尾开采也会对环境产生影响。2018年，全球约有90亿台结尾开采，其中包括20亿部智高手机和10亿部电脑，其余的则由连年来越来越流行的智能开采组成。
这些智能结尾的生态足迹促使咱们不得不注视我方的消费民俗：家具所宣传的功能只是噱头如故简直能让咱们的活命更轻松？从智能压力锅到糖尿病患者的血糖传感器——很难找到一个客不雅循序来评估。尽管如斯，它们对环境的影响是不错笃定的。
苹果公司在2019年进行了一项接洽，评估配备16英寸屏幕、512GB存储空间和2.6GHz处理器的MacBook Pro在4年的使用寿命内的平均温室气体排放量。结尾知道，这种条记本电脑的碳足迹约为394千克二氧化碳。其中仅坐褥制造阶段就占了75%，运载阶段占比5%，使用阶段占比19%，处理阶段不到1%。按照这组数据，开采的使用年限必须要达到原来的4倍（简略16年）才智让使用阶段的碳足迹接近制造阶段的碳足迹。总的来说，加强家具的可抓续性一定是可取的。
其他家具也有类似问题。据制造商称，自动转换房屋供暖的Google Nest恒温器的碳足迹为30千克二氧化碳（使用寿命按照10年来诡计）。其中坐褥阶段碳足迹占82%，使用阶段占15%。这些开采必须运行简略55年才智均衡两个阶段的排放比例，但电板寿命经常够不上50年之长。
4 云与结尾开采：哪个销耗更多动力
2019年，咱们与博士生洛伊克·盖根开发了一个模子，诡计网络系统的能耗。咱们接洽了谷歌的一款家具。从咱们的接洽结尾看，如果云表只料理几个恒温器，那么云表的能耗大于开采省俭的能耗，但恒温器数目一起首20，恒温器省俭的能耗就会起首云表能耗。东谈主们必须策划两者的收益。
云表本事是其余联网本事中能耗最高的一项。网络录像头将拍摄到的内容通过WiFi传输到云表进行图像识别，网络录像头自身的功率是云表的一半。如果是通过围聚用户的几个微型数据中心处理信息，那么录像头所销耗的能量以至唯一云表的三分之一。这种情况越来越经常，尤其是在与5G网络联系的情况下。
通过咱们的模子，咱们还分析了智能电网等本事。它不错凭证用户的行动来转换供电，合理限度动力供应，从而减少销耗。但是诡计诊治面容的资本是几许？咱们不错链接优化吗？
到面前为止，对于智能电网碳足迹的接洽很少。咱们不错对已有交通流量进行建模并诡计它对电网的影响，在电动汽车发展的配景下，咱们通过模拟开发了一种优化基础设施软硬件的阵势，通过对用电岑岭加以缓冲措施为止电网的超负载运行。
许多科学家和公司面前正在接洽使数字化发展愈加环保的有盘算。一些有盘算幸免无用要的动力销耗，开发愈加环保的软硬件，普及动力的使用效果。也有有盘算旨在延迟开采的使用寿命和制定或者响应骨子环境影响的有用方针。
2015年制定的《巴黎协定》号令众东谈主减少我方的碳足迹，东谈主们庸俗将数字化视为处治有盘算的一部分，而忽略了数字化自身带来的问题。分析评估数字化的影响、限度和减少它带来的碳足迹相当迫切。合理使用刻下的信息本事，比如关闭无用要的浏览器标签页、使用下载音乐而不是在线流媒体听歌等，咱们每个东谈主皆不错为减少信息化带来的碳足迹作出孝顺。
链 接
一次网络搜索
使用一次搜索引擎需要销耗多数动力。波及的硬件包括智高手机、路由器和数据中心的开采，它们皆会销耗电力。当搜索结尾复返时，通盘开采会被再次调用。此外，一次搜索还会调用所波及的每个采蕴蓄的利用时局和软件条约。在数据中心中，多台做事器会同期处理查找搜索结尾以加速处理速率。对于某些搜索引擎，举例当您使用数据中心键盘输入时，它们会提供要津字，这时许多开采就依然处于步履景色。此外，许多网站还会使用个性化告白、用户身份考证或及时信息知道等做事。（见图一、图二）
图一
图二
互联网
互联网是一个由许多子网络组成的稠密网络，它联接了数百万个孤立单位传输数据，每个用户基本上皆不错对等地搜索信息。这一采蕴蓄立原则是保证在不辞别发送者罗致者或内容的情况下对等地对待互联网上的所稀有据流。信息在多样网络之间来往流动，直到到达看法地。
互联网的底层网络包含一个中枢区域，即东谈主们所说的主干网，它由高速光缆组成。在德国，主干网共有74个节点，其中10个节点具有极快的传输速率（见图三）。
图三
节点联接到主干网络的不同部分，然后通过电视电话线将数据传递给用户。德国最大的交换点位于莱茵河边的法兰克福。
（本疆域文由《环球科学》杂志社供稿）
《光明日报》（ 2021年12月08日 14版）俺去啦