缤纷多彩的应用和终端不知不觉成为能源消耗的“重灾区”，云计算能否成为ICT摆脱能源困境的出路?
二战后，经济全球化促进了世界大部分地区的经济增长和繁荣，在此期间，众多地区摆脱了贫困状态。但是很少有人谈论，甚至连经济学家都不曾谈起的是，从美丽的方程式中转移走便宜、丰富的原油和其他关键性能源掩盖了事实的真相。事实上，我们现在所面临的经济增长可能将不复存在。全世界对昂贵能源的需求是经济即将面临的巨大灾难。当然，灾难的发生也会催生新兴的自由市场，随之而来的是新业务发展的机遇。那么，这将为云计算和数字经济带来什么样的机遇和挑战呢?
能源的困境
“石油峰值”之后的石油枯竭
能源匮乏，尤其是石油耗竭，正变成一个真正的巨大挑战。如果你还不到50岁，那么你将可能面临这一挑战。你可能听说过“石油峰值论”即到一定时间点全球石油产量将达到有史以来的最高点，此后产量将不断下降，而开采成本将不断上升。“石油峰值论”说明一旦到达特定时期，全世界将面临一场严重的经济危机。虽然石油直接产生的价值仅占现在经济的10%，但是石油凭借相对低廉的价格间接产生的价值构成了剩余的90%。悲观主义者称，没有了廉价的石油，经济体系的高墙必将倒塌。
回想一下，我们现在的生活和经济在多大程度上依赖石油。汽车极大地方便了我们的路上交通，飞机让大家可以环游世界，货车和轮船可以低廉的成本将货物运送到世界各地;拖拉机、联合收割机和其他农业机械为我们种植和收割食物;大多数塑料产品都是从石油中提炼而来的，包括所有的尼龙和涤纶衣服。当然，并不是只有交通、食物等这些直接影响到人们生活的基础部分，成千上万种的中高等企业也依赖着石油。例如，由于石油价格的不断上涨，跨国运输费用也在不断增长，那么一个大型连锁饭店或超市还能支撑多久?
许多人面对这一问题的回答是，我们可以转向“可再生”或其他形式的矿物燃料来替代石油。但这一做法存在三个问题。第一，可再生能源大多数是用来发电的，但是石油是一种高密度的液体能源，它的副产品可以用来生产塑料和其他材料。你听说过用太阳能来驱动一艘大型轮船或者玩具是风能制作的吗?第二，矿物燃料。一些矿物燃料例如从沥青砂、燃气当中提取石油，可以用作运输和生产制造。但是这些矿物燃料仅仅为我们赢得了更多时间而已，最终这些矿物燃料也会像石油一样枯竭，变得越来越贵。第三，即使我们找到科学的方法来满足经济对能源的需求，那么转向替代能源的复杂性和高成本将是最大的问题。我们目前的石油依赖型经济和基础设施有着很多的已经存在的标准。你能想象将所有的地面运输变成电动设施的成本有多大吗?在此之上，我们将需要在已经为石油而饥渴的世界中作出转变，而转变所带来的动荡会抑制市场在新技术方面的投资。这不是一个简单的问题。一个名叫“Better Place”的伟大的公司，希望帮助我们作出这样的改变，尽管投资巨大但最终却发现实施起来很难。从长远来看，转向替代能源的市场前景并不是很好，尤其是在石油价格不稳定的背景下。
许多学者和专家认为，世界已经达到了石油峰值，这可以追溯到2005年或2006年，有很多论据来支撑这一观点。尽管价格暴涨，但每天的平均产量却一直无法超过85万桶。
很难估计石油价格上涨对整个经济体的影响，因为有很多因素需要考虑包括剩余石油储备枯竭的时间与价格增长的比例。此外，不稳定的环境也使采用投资技术来解决资源困乏问题更加困难。我并不是“石油峰值论”的悲观者。他们认为当石油枯竭时世界会面对一场彻底的经济崩溃，陷入战争和混乱之中。目前，我们面临的是一个稳定水平而不是达到峰值后的迅速下降的状态。如果这种稳定的状态继续持续下去，我们在这个时期内能找出减缓石油下降的办法，那么将为我们向“可再生”能源转变提供足够的时间和稳定性。
不管你对石油减少对经济的影响持何种观点，但是毫无疑问，现在经济体的各个方面都依赖着石油，也许在石油价格上涨的过程中就已经枯竭。
电力能不能拯救世界?
电力成为全球资源的主力。目前，大约70%~80%的能源来自煤和燃气。像石油一样，随着矿物燃料被耗竭，其价格也会上升。在一段时间内这将成为一个世界性问题?乐观来看，我们还有50~100年的时间。当然还有核能、水能和风能，但这并不被看好。尽管我们可以用可再生能源来发电，但是向可再生能源转换的过程中有太多的挑战。例如，一个关键性的挑战就是部署大量的风能和太阳能，这些设施仅仅在有风或有太阳照射的时候才会产生能源，但是在没有太阳的白天里怎么办?如此看来，无论如何，电的价格都会像石油一样上涨。
一旦我们解决了80亿人口的地球村面临的食物制造和交通运输方面潜在的严重挑战，我们必须考虑到什么样的产品和服务是我们经济所允许的，什么样的产品是人们所需要的，什么样的工作会被大家所接受，我们能继续制造产品吗，能源会不会成为一种通货，这个问题对数字经济和云计算又有何影响。
终端的能源成本
对于一般的云服务使用者来说，真正的能源短缺所带来的影响可能并不包括在他们为使用服务支付的价格之内。在任何情况下，许多个人消费云服务，如Facebook是免费的，因为它是靠广告谋取利润的。真正的影响将体现需要使用能源生产制造的终端设备，如笔记本电脑、智能手机、平板电脑和桌面终端。我们生活在廉价的石油和能源补贴所带来的经济繁荣时期。但问题是，这使得产品价格看起来貌似低廉，在“发达”的世界中，我们能享受300、400或500美元的iPad和其他终端产品，但并不知道用来生产这些终端设备并将其运送至我们的家门口真正需要多少能源。然而，为了更清楚地看到能源对云计算的全部影响，我们必须了解制造这些终端设备所使用的所有能源。
让我们来看看有多少能源被用于创造我们今天使用的三种不同的云终端设备：智能手机、笔记本电脑和瘦客户机。要注意的是，由于设备所体现的能源是难以计算的，任何估计都只是一个指标而已。一项研究表明，制造一部iPhone的能源使用费用大约为50美元，占整部手机成本的12%。因此，能源价格上涨400%将导致一部400美元的手机上涨到550美元。当前，手机的更换周期或智能手机的寿命大约是两年，因此，现在智能手机每年的成本是200美元，如果能源价格急剧上升，那么未来每年的成本将达到275美元。一个典型的平板电脑应该也会有类似的上涨比例——12%左右的设备成本，因为制造材料的重量和价格的比例、制造过程与手机大致相同。
笔记本电脑比移动设备要好一些，也许是因为笔记本电脑不像移动设备那么复杂，而且现在笔记本电脑很多部件的生产都已经实现标准化。一项研究表明，生成一台标准的笔记本电脑需要相当于50美元或800美元设备的6%的能量消耗。此外，究竟组装一台笔记本电脑需要在多大程度上依赖于交通运输?所有运送材料的成本是嵌入在笔记本电脑的成本中，但要记住，我们现在享受相对便宜的石油。由于所有的运输都依赖于石油，事实清楚地表明，能源成本上升将如何影响设备的生产，而现在我们都认为低成本是理所当然的。
客户端的能源消耗
如果不看看能源是如何被终端设备所使用(作业能源)的话，那对终端能源的分析将不会完整。当然，智能手机并非能源密集型终端设备，苹果的iPhone每次充电需要0.0017Wh，这大约相当于0.001美元，所以如果每天充电一次，那么一年的费用是0.38美元左右!注意，这数字与制造一部iPhone手机相比几乎是可以忽略不计的。平板电脑使用的会更多一些，iPad每次充电需要20~40Wh，一年大概相当于1美元到两美元。但与制作一台平板电脑的成本(约75美元)相比，这个数字可能会让你惊讶。研究发现，一个标配的现代笔记本电脑，使用4个小时耗费了150Wh，一年相当于5美元的能源消耗，使用寿命超过四年的，将达到30美元，但这仍然只是制作一台笔记本电脑成本的一半。如果能源价格上升，预计更多的人将使用耗能更少的能源设备，如平板电脑。
关于企业云计算方面，让我们来看看两个典型的企业桌面客户端，一个标准的PC和瘦客户机(桌面终端)加显示器的组合能源成本。一台电脑开机5个小时，消耗约600Wh ，大约是一台笔记本电脑的4倍左右，每年的能源费用是35美元。另外，一台标准的瘦客户机，一天仅消耗200Wh，并且使用寿命为5~7年，这在能源有限的世界里将会非常有吸引力。
云计算能不能节约能源
云计算作为传统办公IT的替代者，被视为一种节能和“绿色”的解决方案。因此，你会奇怪，为什么会有一种担心是针对能源价格上涨对云计算未来的影响。云计算市场上的企业家称，把服务从台式PC和内部服务器迁移到高效的数据中心，不仅更加安全、稳定、更具成本效益，而且还节省了能源，因为云数据中心在处理很多任务方面都比个人电脑更节能更高效。
那些认为云计算是节约能源的支持者，至少在大多数情况下，是正确的。Pike研究公司的一项研究表明，到2020年，云计算数据中心的能源消耗将减少30%。在短期内，面向消费者市场的解决方案如CRM或电子邮件，在云中运行比在本地运行无疑将使用更少的能源。由于云数据中心使用的是高密度的服务器阵列，而低价电脑的能源利用率仅有可怜的10%。
但重要的是，这种说法只适用于面向消费者市场的解决方案时适用，一旦我们将现有的服务全部迁移到云中之后，我们还渴望拥有更好、更快、功能更丰富、更复杂的IT解决方案。随着技术的不断改革创新，即使服务已经迁移到云中，一些解决方案的能耗短期内已经减少，但是整个IT的能源消耗也将继续增加。关于这个陷阱的另一个例子，是令人兴奋的基于ARM的服务器的发展。他们声称与传统的X86服务器相比，基于ARM的服务器将节省80%~90%的能耗。即便如此，我们也必须考虑到在发达国家和发展中国家的经济体中，将来要从云和互联网中使用越来越多的服务，我们将继续建立更多的数据中心。面对消费者市场的解决方案的效率收益并没有阻止数据中心容量的日益增长，因此，能源利用率是一个全球性问题。所以，对上述问题的答案是：“与现有的解决方案相比，云计算解决方案是节能的，但随着整个行业仍然在强劲增长，云计算解决方案并不能节约能源。”
能源价格上涨对数据中心会产生哪些影响?在这项研究中，我将采用一个成本为每年30美元的典型消费者云服务作为评估能源对云数据中心影响的小型个案研究。从技术角度来看，我们知道，每年提供的服务成本的30%左右是数据中心的设备，70%的成本是运行数据中心的费用。
根据服务的性质和强度计算，约50%的营运费用是电力或能源，这已经是一个很大的比例了。不过，还有其他两个主要成本，由于他们的能源依赖性我们也必须分析：互联网的网络基础设施本身，用于创建硬件(服务器、存储和网络硬件成本)所使用的能源。
预计网络所需要的能源是一个复杂问题，在Berkley出版社的 Raghavan和Ma的研究中将其定于0.06J /字节。如果每个用户每年网络传输量为1GB，价格在$0.15/kWh，这仅相当于2.5美元。注意：目前，全球电力价格的范围从$0.10到$0.40，并且许多国家都在补贴电价。这意味着带宽的能源使用量是另一个10%，所以运营成本的60%(50%+ 10%)是能源消耗。
另外，我们必须考虑用来制造服务器、存储和购买的其他安装在数据中心的设备所需要的能源。一项研究估计制造服务器所消耗的能源是5GJ，即价值200美元的能源，5%左右，但如果将运输和其他更高的熵(复杂性)，如存储和交换机设备包括在内，平均成本可以很容易地达到总成本的10%。
虽然我们可以深入到很多细节，但基本内容都涵盖在这里：服务的运行成本和服务的设备成本。我们已经发现约60%的运行成本是能源，其中10%的固定成本是能源依赖型的，这使得整体能源组件的服务成本是45%。
所有人都在猜测能源将上涨到什么程度，若用推断法预算，加州电价在过去30年以每年平均6%的速度上涨，表明在未来20年400%的上涨并不是什么大问题。石油，这一主要的运输燃料，可能会更早地遇到价格暴涨冲击。在这种情况下，云服务的成本将上升140%，这将降低利润率，甚至使云服务提供商面临关门倒闭的风险，因为服务成本已经从以前的每年30美元上升到现在的70多美元。
节能之道
即使有一些基本的计算，但是在数据中心和客户端这两方面，云计算对能源的依赖还是显而易见的。随着能源价格的上涨，瘦客户机和平板电脑看起来将越来越受欢迎。
接下来可能出现的情况是：如果能源价格大幅上升，因为从某些角度来看，这几乎是可以肯定的，将如何影响其他行业，我们的生活将发生什么样的变化?这是一个非常复杂的问题，因为这包括太多的不确定因素，包括政府将如何回应，我们目前认为，理所当然的市场规则是否还会继续发挥作用。然而，我们可以预想，这对其他行业的影响将是多么深刻，甚至在某些情况下，对云和互联网的影响将更剧烈，运输和旅游等行业也将受到重创。说到这里，我们可能并不会关闭现有的基础设施，因为许多重要的服务将在云中运行。拥有几十年通过技术来帮助我们改善生活的知识和经验，能源短缺将推动能源和重要服务领域里的更大创新。其实在许多情况下，我们无法选择，我们没办法回到云时代以前。最后，Raghavan 和 Ma在他们的论文中提出了一个有趣的问题，他们估计互联网耗费的能源占全球能源的1%，我们是时候开始真正地将更多的经济活动例如通信转移到互联网上，以节约能源。作为一个例子，他们说，Skype在云上的通话使用的能量仅占物理出差拜访五位客户所消耗能源的1%。
考虑到云计算属于能源密集型产业，无论是在提供服务方面，还是在制造终端设备方面，如智能手机、平板电脑和个人电脑，能源价格飙升都将对整个行业产生深远的影响。这一数万亿美元的产业将如何生存?最大的影响将体现在客户端方面。人们不可能像现在一样每一年或两年就更换自己的终端设备。设备可能会改进，使用寿命将持续更长的时间，更容易修复。云服务将变得更加昂贵，迫使服务器提高能源效率。我们可以看到整个平台，如Facebook和谷歌，正在迅速切换到新的能源架构，比如ARM的高效架构，以节省能源。
另一个有趣的观点是关于软件的价值。软件创新，虽然目前与硬件进步紧密结合，本身不耗费更多的能量。但如果硬件制造和运行成本的突然暴涨，那软件行业可能采取一个新的生存方式。软件创新者可以创造巨大的价值，在一个有限的、更新换代慢的硬件设备上不断拓宽创造的边界和提高解决方案的效率。由于硬件成本变得过高，更新换代的周期由现在的两年变成4~6年，在软件领域的竞争也将变得非常活跃。
后记
我们享受了60多年的廉价石油和燃气发电。任何的祈祷都不会再将这一美好时代持续另一个60年。虽然很难说何时能源价格将上升，但这是不可避免的并且会急剧上升。我们现在可以399美元购买更新、更快、更明亮的平板电脑，在那个时候看来将是一件奢侈品。但是，我们也可能会惊讶于在资源有限世界里人类无穷的创造力。软件开发人员可能是最高薪的专家，由于他们在我们现有的基础设施上不断创新。也许，只是也许，苹果公司可能会被迫教你如何修复自己的iPad，而不是让你每一年或两年买一款新的产品。
