编者按：构建社会主义和谐社会，必须走循环经济之路，必须充分利用信息与通信技术最大限度地减少人类行为留在地球上的碳脚印。英国在发展低碳经济的战略政策制定和实施方面，提出了很多出色的方案，他们的经验值得我国借鉴参考。英国联合信息系统委员会2009年发布的《低碳计算技术：2050年展望》介绍了英国碳排放减少的战略和计划，分析了信息与通信技术应用对减少温室气体排放，遏制全球变暖的潜在贡献。报告提出的观点可以带给我们很多启迪。本报告全文较长，本刊拟分4期连载，以飨读者。
——艾德•米利班德 《卫报》2009年7月20日
在第4节中，我们对各个技术领域进行了分析，对2020年之前的高教系统节能技术开发应用做了中短期的预测。但从长期看，我们需要超越部门的局限，进行跨行业的战略思考。正如社会学家安东尼•吉登斯所说，应对气候变化需要有全社会的规划。请大家记住，本报告在这一节中描绘的是大画面的技术展望，包括数据中心的未来和云计算，如何共享ICT资源，如何为ICT制造能源。当然首先我们要认识到，2020年之前ICT将承受的各种压力。
如果采用欧盟生态规划（上述第2.1.1节）所提出的措施，那么，到2020年，台式电脑所需的平均电能估计将比2005年降低40%，笔记本电脑降低25%，显示器降低38%。但是，由于实际数量的增长，台式机的总能耗到2020年只能减少13%，而笔记本电脑的总能耗到2020年反而会增加两倍，显示器总能耗增加一倍。
这说明，由于ICT设备数量的增长，即便我们采用欧盟生态规划中提出的各种措施，英国的公共部门也无法达到2020年减低能耗30%的目标。这就意味着，公共部门的ICT应用需要有比欧盟生态规划速度更快的创新。用非物理方法，或者说用虚拟与智能相结合的方法来估算各行业中ICT的应用对减少温室气体排放的贡献，就更加复杂。例如，替代技术中心在最近的一份关于走向零碳英国的报告中指出，ICT在减少能耗方面，将通过所谓的智能网格，智能建筑和改变人们的工作和出行方式，发挥重大的作用。碳排放减少承诺和其他一些措施使每个机构都承受着利用ICT技术减少碳排放的巨大压力，高等教育部门要承担责任，发挥ICT的潜力，使之在更多的领域得到应用。另外，由于ICT应用需要更多的人接受高等教育，高教行业必然会扩张。
在采用某些可能有帮助的技术之前，要考虑企业架构（EA）的重要作用。EA是一种高层次的战略技术设计，功能是帮助高级管理人员进行企业和组织改革。它能调整组织结构，制定企业运营战略，提供ICT支持技术。最近几个月，英国联合信息系统委员会（JISC）和大学与学院信息系统协会（UCISA）等组织一直在探讨发挥这种技术潜力，推进行业改革的途径，更主要的目的是奠定工作和共享服务方法的基础。企业架构现在已开始考虑环境因素。开放集团是一家领先的企业架构应用公司，这家公司开始探讨可持续性与机构信息架构之间的联系。
落基山研究所是节能领域中的一家著名的研究机构，它建议将来把数据中心的能耗降低95%。落基山研究所认为，现在输送到数据中心的每100W电能，只有2.5W用在了计算上。该研究所制定了一些未来数据中心设计的战略（基于今天的技术）。本报告第4节对此已讨论过。毫无疑问，每个机构都会用能效更高的方法来升级和重新配置他们现在的数据中心。不过，部门和机构的基本设计思想将来会遇到新的挑战，这一点是需要在长期规划中考虑的。
制定低碳ICT规划，无论从商务方面考虑还是从部门共享服务方面考虑，都不可避免地要评估向云计算转移的效益。有些大学已经开始发掘数据中心共享的潜力。例如，在英国高等教育基金委员会的支持赞助下，德比大学萨尔福德和谢菲尔德•哈拉姆最近进行了一项研究，分析了数据中心共享的潜力。在同一系列的可行性研究项目中，约克郡和哈姆博塞得城域网（YHMAN）也调查分析了虚拟数据中心共享的潜力。
英国联合信息系统委员会最近将推出一系列的报告，详细讨论云计算在学术方面应用可能出现的问题。但现在我们已经可以肯定，云计算的环境效益取决于两个要素：一是与客户相关的温室气体排放。配备专用的低功耗设备会产生大量的温室气体，理想状况是客户采用云计算时消耗极少的能量，同时可以允许客户使用台式PC机。二是与云计算相关的温室气体排放。
第二点现在看起来越来越重要了。伯尔等人指出：“从原则上讲，云计算本身就是一种节能技术。到目前为止，对ICT的节能潜力主要是从硬件方面考虑的，现在则可以从整体运行和网络方面来考虑了”。伯尔等人认为，要开发高能效的计算，必须采用综合的办法，在系统的各个层面节能，包括服务器硬件、冷却系统、网络、通信协议以及服务和应用。他们认为，在硬件端（服务器）的节能方面，已经做了大量的工作，现在需要进一步研究的是在高效能的云计算环境下（也就是说在不只一台服务器的条件下），是否采用一种新技术，把工作量和能耗及服务质量结合在一起来考虑。哈里佐波洛斯等人认为，要花大力气来研究如何以节能的方式管理数据。刘等人也认为，最重要的是开发他们所说的与虚拟化相关的“绿色云计算”技术，要分析虚拟机与物理服务器相结合会节省多少能量。
与云计算相关的网络也会带来温室气体排放。在第4节中我们已看到，网络设备及相关的协议并不是节能的。云计算的用户要访问远方的数据，要使用软件服务，所以网络流量会激增，导致网络能效极低。
我们已经知道，有一些技术只是短期解决方法，例如根据需求调整带宽和在必要时让调制解调器和网卡处于睡眠状态。但这都是些局部措施，适用于少量设备，我们需要在网络层面研究新的节能技术。这些技术可以叫做“流量工程”或“流量调整”，现在对这些技术的效益前景尚有争议。瓦西科和科斯蒂克提出了整体网络能量感知工程方法；巴斯拉等人提出了光纤网络流量调整方法。
另外，网络设计者和研究人员已经开始在系统设计中考虑能效因素，波拉等人认为，应该把能耗作为评估网络性能的一个指标，不能像传统的评估方法那样，只考虑流量和延迟。
现在的数据中心要最大限度地提供服务，要保存相当大的后备存储能力。一个典型的四层数据中心（最高一层是容错层）需要有额外的容错耗能支持服务器的正常运行。按照设计，这些中心要向客户提供持续的服务。可适应的数据中心可以利用服务层和容错层之间的异质性，根据不同的应用，减少基础设施的总耗能。
这项工作能做到何种程度，降低多少能耗呢？麻省理工学院（MIT）的研究人员一直在从事数据中心优化控制的研究，他们建议把数据传送到世界上电价特别低的地方去处理。虽然从能源需求和使用的角度看这种想法十分聪明，但推动这种技术发展的恐怕是经济因素而不是环境因素。所谓“碳泄漏”带来的问题是如何使全球范围的云计算都切实可行，都能减少碳排放。有些国家由于开发了低碳能源系统，或出于其他一些原因致使本国的电价较低，那么是不是就应该把数据处理工作转移到这些国家去做呢？在这种情况下，司法管辖区的问题该如何解决呢？这些都是未来几年考验世界经济学家和政治家的大课题。我们的最终目标是减少全球碳排放，我们不可能采用偷懒的简单办法把问题推到别的地方去，这样做最后会带来更大的麻烦。云计算不是让我们把自己的责任推卸给第三方甚至推卸给其他国家。
虽然没有给出可能减少的能耗数字，但作者指出，中央数据中心在超容量状况下运行会消耗大量不必要的能量，何况用户家里的机顶盒和电缆调制解调器已经消耗了不少能量。作者认为，从设想到实际应用还需要进行大量的研究。而另一些人则开始进一步探讨这一设想的可行性，布莱克本和克里斯坦森甚至建议网络运营商把文档共享设备作为宽带服务的一部分安装在居民住处的旁边。这些盒子将采用一种叫做绿色比特流（BitTorrent）的对等技术。这样就可以让网络节点在“睡眠”模式中进行BitTorrent运算了。
IBM最近做了一个试验，用一台后台主机虚拟了大量的数据中心服务器，据说可以节能80%，这实际上是回归到上世纪60年代。IBM还有一个叫做“充满绿色（BigGreen）”的项目，用接近30个系统的Z主机模拟了大约4000台服务器。
这个问题相当复杂，本报告不拟深入讨论，但建议高校的信息服务工作人员继续跟踪虚拟化的进展。大范围的虚拟化尤为重要，因为它与企业架构相关。例如，弗朗西斯和理查森最近向信息与企业架构师介绍了一个虚拟化绿色成熟度模型。他们指出，优秀的设计师在设计应用与信息系统时要考虑很多因素，其中环境因素日显重要。他们认为，在“绿色”信息架构设计中，虚拟化是一种关键技术。他们还提出了一个通过购买新的虚拟化服务器，回收生产能耗成本的计算公式。今后几年，我们会更多地关注企业架构、虚拟化、云计算及其与低碳ICT之间的关系。
将来，社区会通过各种能源系统在本地发电，满足本地需求。斯特恩全球环境与气候变暖分析报告指出，到2050年，英国供电的30%-40%可能会由社区发电系统来提供。我们大概会进入一个分散供电时代，安装在大楼和工作场所中的太阳能、风能和氢气发电装置将发挥越来越重要的作用。一份最近的预测报告分析了这些技术和与社区发电系统相关的问题。微功率理事会和南安普顿大学的可持续能源研究小组的观点颇有价值，比较全面。在公共部门开发社区供电系统方面，已经有了一些政府和地区战略，例如苏格兰和威尔士的能效与社区能源系统战略。
在高教领域，沃里克大学建立了一个社区发电系统，安装了小型风力发电机，将来还计划配置其他的系统发电，供学校自用。将来安装任何新设备，包括ICT设备，都必须说明所需电力来自何方。
在关于部门共享服务的讨论中，这些考虑将会占有很大的比重。建设跨部门的数据中心基础设施带来了很大好处，联合科研网（JANET）最近制定了跨部门的数据中心发展战略，准备让共享服务模型成为高效的、规模性的解决方案。在2009年4月英国联合信息系统委员会的一次战略研讨会上，有人主张把国家级共享数据中心建立在可再生能源基地，如潮汐能电站的旁边。把这种想法付诸实施要花多少钱呢？在第4节中，我们对直流电在数据中心中的分布进行了讨论，但前提是交流供电。那么如果供电本身就是直流，情况又是怎么样的呢？采用ICT技术发出的电力可能本身就是直流电。
当然，远距离传输电力还是需要用交流电的，但在高校和成人教育学校，采用本地化、可再生的社区能源发电系统来直流供电，还是完全可行的。有些研究人员和能源专家已经注意到了家庭改为直流供电的节能潜力，将来有可能推广到办公室和写字楼。加州电信与信息技术研究所有一个“绿灯”项目，项目负责人德芬迪和格里格•辛德利所做的工作很有价值，他们在研究数据中心和计算机直流供电的可行性。
目前氢气并不是一种低碳能源，因为生产氢气要消耗化石燃料。氢气可以用工业方法生产，也可以从富含碳氢化合物的燃料如乙醇类酒精中提取，然后存储在容器里，用以生产燃料电池。将来则可以用电和水来制造氢气，电从本地的可再生能源中获取。有人提出了“太阳能——氢气”的构想，就是用水和太阳能来生产氢气。
最近开始研究的是传感器从周边环境中摄取电能，这种技术叫做“自供电”。这些能量可能取自器件周边的热量，人工光源的少量能量，器件移动时产生的振动，或取自于射频能量。
这种技术不同于本地社区能源体系，例如人们所知道的热转换芯片可以直接利用周边的能量，这项研究尚处于早期，原理是通过热离子能量交换物理过程把热转换为电。将来可以考虑把这种热转换芯片置于CPU旁边，把CPU产生的热量转换为电，重新供给处理器，或者带动风扇冷却芯片。
与此类似的自供电技术目前只能满足能耗极低的微型无线传感器和RFID的能量需求（1伏的能量密度为每平方毫米1微瓦）。未来10年，材料技术和微型化的进展将会对无处不在的计算和传统计算手段（如台式PC机）产生重大影响。这方面的研究，又叫做零能耗ICT，是欧盟的未来与新兴技术议程（FET）的组成部分。
要解决这个问题，需要建立一个考虑能源和供电管理的计算系统模型。这是一个关于能量管理科学（SciPM）的新理论。研究人员认为，这个模型是一个能够感知能耗的计算机运行模型，它能根据负载平衡、处理器速度和其他一些参数在系统内部分配不同的资源。
——英国环境、食品与农村事务部网站，2009年7月24日
斯特恩报告认为，应对气候变化（如让建筑物更好地抵抗风暴的损害，增强防洪能力）的经济成本比防止气候变化的成本要高，另外，采取措施越晚，花钱就越多。这种逻辑导致人们把主要的精力放在缓解气候变化上，努力减少气候变化的全面影响。但是，随着全球温度的增高，天气模式发生了变化，海平面升高了，极端气象事件，如风暴、洪水、干旱和热浪的频率和强度增加了，对食物供应、健康、工业、交通和本地生态系统都产生了巨大影响。即便我们能在一夜之间转变为低碳经济，还是会受到已经造成的气候变化的影响，所以我们需要采取一些应对措施。
“既缓解又应对”的政策是欧盟制定气候变化战略的核心。2009年4月，欧洲委员会提出了一个减少气候变化对欧盟影响的应对措施与政策框架。虽然欧盟的主要作用是协调、开发模型、推广最佳案例和采集信息，但欧盟各成员国肯定会根据这个框架开展大量工作。
在英国，政府各部门和过渡机构如苏格兰政府开始推出涉及规划、立法、交通和咨询服务的各种应对气候变化的计划，英国气候影响计划（UKCIP）已经制定出来。在不久的将来，这些应对计划和战略很可能会分解下发到各个机构和公共部门研究所。英国环境、食品与农村事务部认为，应对措施需要建立在正常规划和组织的风险管理过程之中。
那么欧盟的这种政策对ICT在大学中的应用又有什么影响呢？我们越来越清楚地认识到，ICT是支持大学日常工作的重要基础设施，ICT的发展是通过“精益”思考和企业架构等技术手段纳入高层战略规划的。高层规划的制定尚处于早期阶段，但很快就会与气候变化应对规划融合在一起，所以ICT必将发挥作用。英国气候影响计划的制定者认为，推行应对政策的障碍是由许多规划的短期性质造成的。英国联合信息系统委员会最近资助的一个信息技术战略管理报告列举了部分此类报告。
应对气候变化的其他一些具体措施包括：
（1）让ICT成为交换数据、推广案例的通信手段，籍以应对气候变化。
（2）在居住环境中应用ICT，例如，供暖控制，用传感器监测大楼。
（3）培训设备管理人员、保安、ICT技术人员和技术支持人员，改善对大楼的日常管理。
（4）在减少碳脚印的企业变革和工作实践中培训信息管理人员。
但是，ICT在应对气候变化中的关键作用恐怕还有待明确。对未来做精确的预测相当不容易，对低碳计算的未来做预测尤其困难。气候变化使人们对减少各行业的能耗非常关注，投入了大量资金和力量开发高能效技术，寻找新能源。这是一个变化极快的领域，可以预计，在未来几年，这方面会取得巨大进展。
国际可持续发展研究所对信息技术是这样评价的：“信息技术是变革性的技术，它把智能放在了网络的边缘，使用户的创造和适应能力最大化。信息技术是变革性的技术，因为它能使创造力在从地方到全球的各个层面被广泛共享”，很明显，大学会起到思想中心的作用。
第4节简要回顾了高等院校和成人教育学院的ICT工作者在降低服务器、数据中心、网络、PC机、显示器和打印机的能耗时，采用的主要技术和标准。这一节不仅介绍了可以直接实施的，没有或者很少有技术和管理方面的障碍的短期解决方案，而且还分析了未来几年可能会产生效果的技术进展。短期解决方案大多是基于常识制定的，但在实施时也可能引起负担业已很重的技术人员的诸多不便。长期解决方案目前尚处于试验和样品阶段，广泛采用成本太高。今后的发展趋势如下：
（1）信息服务、物业和采购将在一种新的机制下结合在一起，能效是其中最重要的指标。电费将成为机构计算总拥有成本（TCO）的组成部分。这也将影响碳排放计量收费和相关决策。
（2）过去，很难确定与计算机相关的产品会对环境产生什么样的影响，现在已经有了一些很不错的方案进行跟踪。数据中心是计算设备特别集中的地方，在那里的分析很说明问题。
（3）数据中心数据处理量的迅速增长导致设备密度增加，能耗增大，进而导致数据中心托架产生的热量增多。传统的冷却方式大多是低能效的，需要重新审查。
（4）共享服务和云计算的兴起促进了数据中心基础设施中心化，在机构内部如此，在机构之间也是如此。
（5）广泛采用瘦客户端是减少信息服务能耗的手段，但未来几个月对其实用性恐怕还会有争议。使这个问题复杂化的因素包括：提高新PC技术（胖客户端和苗条客户端）的能效；共享计算或云计算的发展现状。
（6）将来在新版本的操作系统和应用中，能效将成为一个越来越重要的指标。避免设备膨胀和强制升级将会越来越重要，特别要重视的是开放源软件带来的机会。另外还要采用“精益生产”的概念和模块化服务，减少重叠应用产生的废料。
（7）显示器技术是逐步发展变化的，就像从阴极射线显像管（CRT）向液晶显示器（LCD）的演变一样。现在广泛应用的、价格合理的技术是有机电激光显示（OLED）。显示技术是一个快速发展的领域，读者要了解详细信息可阅读英国联合信息系统委员会关于先进显示技术的技术观察报告。
（8）过去，在网络能效优化方面的进展甚微。希望用新设备来增强网络功能的IT经理感到最困难的是有关网络新设备能耗的信息相对比较少。网络经理在购买新一代以太网设备的时候需要考虑能耗，2010年之后，能耗指标要符合IEEE802.3az的标准。
（9）数据存储量将会急剧增长，对信息系统管理者来说，找到办法应对这种增长并减少能量需求，是未来几年面临的主要挑战。另外，人们越来越清楚地认识到，数据是一种有价值的资源，对高等教育机构来说，意义非常重大。对于采用企业架构技术的公司运营来说，数据管理和存储也是非常重要的。所以，减少由存储技术造成的环境影响必然要涉及较大的数据方面的重大问题。已经开始着手解决这些问题的机构从长远看可能会占据优势。
（10）在高等教育和成人教育领域，打印和复印的能耗约占ICT总能耗的10%左右。目前的发展趋势是采用多功能设备，也就是传真、复印和打印一体机，这样可以提高效率。
除上述趋势之外，还有一些关键技术和标准要纳入我们称之为低碳路线图的整体规划和行动纲领中来考虑。
另外，英国设定的目标是高于生态未来计划的，所以一般来说，生态未来计划的内容对英国公众来说不是那么重要。生态未来计划实际上是一个ICT计划，目前高校甚至整个公共部门在这方面做得都比较欠缺，当然也有些部门，例如国防部，据说打算制定这样的计划。鉴于此，我们提出了制定低碳ICT路线图的建议，目前是对欧盟生态未来计划做一些调整和补充，使之与气候变化法（CCA）和碳排放减少承诺（CRC）的进程同步。这个路线图还很不完善，只能说是一个提供给教育界的设计模型，是理念试验模型，不是开发模型。路线图重点考虑的是根据目前英国设定的目标，降低在用能耗。
开发企业架构保证企业运行并用ICT优化能耗
6.2建议
6.2.1对度量与测量的建议
英国高等教育基金委员会根据气候变化法，向各院校发布了碳信托基金组织的高等教育碳管理计划，提出了应采取的步骤。但是这个指南相当笼统，各院校和系希望有更详细的基于英国标准协会《产品与服务生命周期温室气体排放评估规范》（BSI PAS2050）的碳脚印计算方法。
6.2.2对数据中心的建议
数据中心管理者应学习最新的成功案例，特别是欧盟的行为法典。强烈建议联合信息系统委员会和高校与英国计算机协会数据中心特别利益小组合作，了解英国计算机协会数据中心模拟器是如何优化数据中心基础设施的。
根据路线图，每个数据中心管理者都应对自己的运行系统电压状况进行技术调查。联合信息系统委员会(JISC)和英国高等教育基金委员会应积极收集这些数据。
要更多地考虑共享服务和第三方云计算服务。对云政务要进行深入细致的研究。
在可再生能源附近建设全直流供电的数据中心很有前途，对其可行性的调查工作要予以资助。
6.2.3对网络的建议
IEEE802.3az工作组计划于2010年9月公布标准。参与制定标准的大多是大型半导体公司，但大学也发挥了重要作用。联合信息系统委员会应考虑扩大工作范围，把标准工作，包括802.3az涵盖进来。
6.2.4对终端用户设备的建议
由于PC机和显示器更新换代很快，所以很难提出权威性的建议。目前的指南是根据PC机的类型、设备的使用方式和所用机器的数量变化的。联合信息系统委员会（JISC）应考虑开发适应于行业的模型，用于不同的场合，包括对通过升级元件延长设备更新周期的可行性和效果的调查。
6.2.5对存储的建议
存储技术性能往往随一些因素的变化，如互通性的变化而变化。数据的激增会影响环境，对数据的增长要进行限制甚至法律控制。在这种情况下，关于数据政策、数据生命周期和存储技术环境影响的可靠数据就变得越来越重要了。作为一个跨部门的组织，联合信息系统委员会（JISC）负责采集这些数据，JISC应考虑把这项工作融入企业架构(EA)和柔性服务交付方案之中。
现在缺乏固态存储器（SSD）能耗状况的信息。JISC应促进SSD性能和能源消耗信息的生成和共享，例如，在高校购置带有SSD的设备时，（例如有较新的刀片服务器），要以此建立比较机制，做标准化的测量。
在高等教育和成人教育领域，应进一步开发利用大规模非活动磁盘阵列存储（MAID）存档和保存数据。
各机构应制定和实施打印战略，减少不必要的打印量。这是一个长期过程，更多涉及的是人们行为观念的改变，不是技术的改变。把办公室的多台打印机应合并为较大的多功能设备，是整个打印战略的组成部分。
作者简介：
保罗•安德森，技术作家，英国联合信息系统委员会技术观察报告技术编辑。他毕业于利兹大学计算机科学专业，在学术界和产业界从事计算技术工作20多年。2007年获英国工程与物理科学研究委员会的年度计算机科学作家奖。
盖纳•巴克豪斯，英国联合信息系统委员会技术观察报告项目经理。她委托和参与了《技术的未来》报告的撰写。她还从事技术工作，2002年以“新的电子出版系统设计”项目获创新奖。2005年，她与保罗 安德森共同撰写了绿党大选宣言。
丹尼尔•柯蒂斯，牛津大学环境变化研究所能源保护高级研究员，英国联合信息系统委员会资助的低碳ICT项目的评估主管，该项目的目标是减少大学ICT基础设施运行造成的碳脚印。他的技术背景是能源保护，尤其熟悉能效和可再生能源技术。他在若干国家和国际组织，包括威尔士的替代技术中心和巴黎的国际能源署，参与过许多能源项目。
西蒙•雷丁，环境署创新顾问，可持续ICT发展的政府代表和国际专业组代表。
大卫•沃鲁姆，牛津大学电子研究中心技术经理，参与过许多技术基础设施建设项目，包括大学广域计算网格建设。他是英国联合信息系统委员会资助的低碳ICT项目技术设计师，该项目的目标是促进现有ICT资源的有效利用。现任英国电子科学工程任务组组长。
译者简介：
张进京，国家信息中心，高级工程师。
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