工業(yè)革命以來的幾百年中，人類對(duì)能源的需求爆發(fā)性增長(zhǎng)，不僅使得能源越來越稀缺，更帶來了嚴(yán)重的環(huán)境危機(jī)。我國(guó)是能源大國(guó)，卻也是能耗大國(guó)，每年浪費(fèi)的電力能源驚人。為實(shí)現(xiàn)能源和環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展，國(guó)家已經(jīng)將降低能源消耗、減少單位GDP能耗作為提高中國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，并且明確提出節(jié)能減排是當(dāng)前宏觀調(diào)控的重點(diǎn)工作。溫家寶總理在十屆全國(guó)人大五次會(huì)議上作的《政府工作報(bào)告》中鄭重提出確保國(guó)家“十一五”節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展。

IT行業(yè)作為國(guó)家新興高科技支柱行業(yè)，同樣面臨著巨大的節(jié)能降耗壓力。IT能耗問題已經(jīng)成為影響全球能源和環(huán)境的重要因素之一。預(yù)計(jì)2007年，中國(guó)PC的社會(huì)保有量將超過1億臺(tái)，服務(wù)器超過200萬臺(tái)，還有數(shù)目眾多的路由器、交換機(jī)等其他IT設(shè)備，這些總量驚人的IT設(shè)備大約會(huì)消耗300億～500億度電能，等同于向大氣中排放上千萬噸的溫室氣體。

計(jì)算機(jī)硬件的價(jià)格遵循著摩爾定律在不斷下降，但是功耗方面的支出正隨著通貨膨脹和油價(jià)上漲而不斷地攀升。如果一個(gè)服務(wù)器的功耗為300瓦，持續(xù)運(yùn)行1年，以每度電0.64元計(jì)算（工業(yè)用電），每年的電費(fèi)為1659元。當(dāng)前數(shù)據(jù)中心所需要的計(jì)算能力正在大幅增加，同時(shí)隨著機(jī)架服務(wù)器、刀片式服務(wù)器的采用，設(shè)備密度極大增加，導(dǎo)致了功耗的增加。以100個(gè)插滿機(jī)架式服務(wù)器的服務(wù)器機(jī)架為例，機(jī)架服務(wù)器耗電50千瓦，而散熱所需的冷卻耗電量幾乎等同于計(jì)算機(jī)硬件自身的耗電量，因此冷卻設(shè)備還需另耗電50千瓦。以每度電0.64元計(jì)算，一年無故障運(yùn)營(yíng)100臺(tái)機(jī)架服務(wù)器將花費(fèi)大約55萬元電費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)中心的電力消耗以每年15%～20%的速度在增長(zhǎng)，而與此同時(shí)能源的價(jià)格也在飛漲。數(shù)據(jù)中心每年所支付的電費(fèi)，已經(jīng)超出了IT硬件支出，或者說數(shù)據(jù)中心總擁有成本的四分之一要花在冷卻方面。Google公司的單項(xiàng)最大支出就是它那龐大服務(wù)器群的電費(fèi)。正因?yàn)橐陨显?，Google不得不把自己的處理中心部署在水電站附近，因?yàn)槟抢镉谐渥愕碾娔?，?jù)報(bào)道，它還準(zhǔn)備建立自己的電廠。

高性能計(jì)算機(jī)能耗的增加主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

首先是CPU功耗的增加，幾十年來，CPU的發(fā)展基本是遵循著摩爾定律，其制造工藝不斷提升，從芯片制造工藝來看，業(yè)界在1965年推出的10微米（μm）處理器后，經(jīng)歷了6微米、3微米、1微米、0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.13微米、0.09微米、0.065微米，而0.045微米的制造工藝是目前CPU的最高工藝。CPU晶體管越來越小，頻率越來越高，隨著CPU處理能力的飛速提升，其功耗同樣增長(zhǎng)驚人，現(xiàn)在Intel的高功耗CPU已經(jīng)達(dá)到130W的功率；
其次是內(nèi)存及其功耗的增加，自從馮*諾伊曼架構(gòu)誕生以來，內(nèi)存就成了計(jì)算機(jī)中必不可少的部件，隨著制造工藝的改進(jìn)，內(nèi)存容量越來越大，速度越來越快，價(jià)格越來越低，與CPU一起推動(dòng)了計(jì)算能力的快速增長(zhǎng)，而與此同時(shí)，我們卻要為之付出更多的電費(fèi)，現(xiàn)在主流的DDR2和FBD內(nèi)存均已達(dá)到10W這個(gè)量級(jí)，以至于我們不得不為內(nèi)存的散熱感到頭痛；
再次是芯片組和外圍設(shè)備，由于CPU和內(nèi)存頻率不斷提高，這就要求和它們配合的芯片組，總線和外圍設(shè)備都需要工作在更高的頻率，才能充分發(fā)揮其性能，而更高的頻率意味著更多的電能消耗。
第四方面是機(jī)房制冷和供電設(shè)備的能耗，由于服務(wù)器對(duì)高溫非常敏感，因此機(jī)房必須配置大量的制冷設(shè)備，而且機(jī)房供電設(shè)備在把電壓轉(zhuǎn)換為220V時(shí)，會(huì)損失部分電能。以曙光4000A為例，曙光4000A采用2560顆AMD CPU，2TB的內(nèi)存，系統(tǒng)功率達(dá)到370千瓦，加上制冷費(fèi)用，全天運(yùn)轉(zhuǎn)下來將花費(fèi)達(dá)到近萬元的電費(fèi)，每年運(yùn)行電費(fèi)高達(dá)500萬。
即將推出的百萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)-曙光5000，采用近4000顆四核處理器構(gòu)建，總內(nèi)存容量達(dá)64TB，存儲(chǔ)容量達(dá)500TB，總體功耗預(yù)期將達(dá)到700千瓦。到2010年我國(guó)將研發(fā)浮點(diǎn)計(jì)算性能達(dá)千萬億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)，其功耗將高達(dá)20兆瓦左右，中國(guó)只有少數(shù)幾個(gè)超算中心能滿足這樣的要求，假設(shè)目前每度電需要花費(fèi)0.64元，即使電價(jià)不變，一臺(tái)20兆瓦的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一年僅在電費(fèi)上就要花去至少1億元，與目前的成本比較，這是一個(gè)數(shù)量級(jí)的飛躍。液冷可以使系統(tǒng)變得更加緊湊，從而節(jié)省空間，但是并不能從根本上解決功耗問題。更為嚴(yán)峻的是，大量的電能消耗還帶來散熱方面的難題。

我國(guó)正處在經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)時(shí)期，服務(wù)器作為重要的生產(chǎn)資料，數(shù)量急劇增長(zhǎng)，功耗更為驚人。以中石油的計(jì)算處理中心為例，從2002年到2007年CPU從340顆增長(zhǎng)到13308，增長(zhǎng)了40倍。運(yùn)算能力當(dāng)初是億次，原為189億次/秒，現(xiàn)在高達(dá)139萬億次，增長(zhǎng)了3354倍，短短的五年間處理能力獲得了質(zhì)的飛躍。正是因?yàn)橛辛藦?qiáng)大的計(jì)算能力，處理中心在冀東南堡油田的發(fā)現(xiàn)過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的的作用，為油井位置的選擇提供了重要的依據(jù)。（注：南堡油田是四十年來我國(guó)發(fā)現(xiàn)的最大油田，儲(chǔ)量超過十億噸）據(jù)統(tǒng)計(jì)，處理中心1000個(gè)CPU軟硬件及空調(diào)PTU需要成本3千萬元，電費(fèi)每年96萬元左右，每天電費(fèi)是2630元，1萬個(gè)CPU每年電費(fèi)是1750萬。近三年耗電統(tǒng)計(jì)，2005年1500個(gè)CPU，電費(fèi)是334萬元。2006年的時(shí)候CPU增長(zhǎng)到2300顆，電費(fèi)達(dá)到492萬元，2007年前六個(gè)月達(dá)到4900顆CPU，到9月份電費(fèi)為554萬元，2008年電費(fèi)至少需要1500-1700萬元。

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，在可預(yù)見的時(shí)期內(nèi)，中國(guó)總服務(wù)器持有量還會(huì)繼續(xù)快速增加，功耗同樣會(huì)快速增長(zhǎng)。在胡錦濤總書記的十七大報(bào)告中明確指出，“加強(qiáng)能源資源節(jié)約和生態(tài)環(huán)境保護(hù)，增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展能力”，為了建設(shè)新型節(jié)約型社會(huì)，高性能計(jì)算機(jī)節(jié)能刻不容緩。