文章来源《元宇宙与碳中和》
鉴古可知今，既往而开来。我们尝试从人类能量和数据两大要素的历史，去管窥自然规律和人类文明进阶的奥秘，去探究元宇宙与碳中和这两个当今世界宏大主题的内在关联，进而去指导我们当前的生产和生活，提升我们对生命的认知，推动人类文明不断进阶。
元宇宙、碳中和各是一个宏大叙事，曲折发展，波浪前进。
二者相互作用，交相辉映，协同演进，螺旋上升，恰似DNA的双螺旋。以算力为生产力的时代已经到来，一场绿色能源革命必然相伴发生。
只有解决好元宇宙为代表的先进数字经济与相对落后能源生产的矛盾，才能推动社会高质量发展。
电就是元宇宙重要的物质基础和技术前提，而当下，中国的电力以火电为主，在碳中和目标约束下，需要大量电力的元宇宙如何破局发展，成为一个必须厘清的问题。
按目前的IT设施能力，如果要达到元宇宙广泛应用所需的沉浸式算力，至少比今天要高成千倍，且要求传输时延要从目前的100ms，缩短到10ms甚至1ms，所需的能量似乎也是不可想象的，传统的化石能源甚至是地球数亿年累积的太阳能似乎是不能够支撑的。
但回顾过去的七十多年，人类掌握信息技术、提供信息服务的基层工具——计算机1946年在美国费城首次出现的时候，它所使用的电力是所在城市用电量的30%，但就是那样一台计算机的运算量也就是今天我们一个手环的运算量，人类对于处理单位数据所消耗的能量，经过七十多年的发展已经实现了数亿倍的提高。
也就是说，随着人类IT技术的不断进步，比如量子计算成为可能，单位能耗所处理的数据将会越来越多，此外，元宇宙技术的应用，还可以提高传统产业的能效（从而降低能耗）和清洁电力的生产，我们相信元宇宙最终一定能够突破碳中和的约束，进入自由发展阶段。
从IT技术发展角度来看，单位能耗将能处理更多数据。
数据的存储、传输和处理，都需要耗费电力。
而数据的存储、传输和处理效率，与设备算力、网络带宽、算法和数据类型等有关。
从提升数据算力的角度来看，设备算力是指计算设备（包括终端PC、手机、服务器、存储、网络等）对数据的处理能力。
据罗兰贝格预测，2018～2030年，自动驾驶对算力的需求将增加390倍，智慧工厂需求将增长110倍，主要国家人均算力需求将从今天不足500 GFLOPS到2035年增加到10000 GFLOPS。
设备算力可分为个人算力（PC、手机等移动计算终端），组织算力（企业服务器群、政府服务器群、IDC）和超级算力（城市大脑、超算中心）。
影响算力的主要因素有CPU（主频、总线、缓存），芯片组，内存（显存），外存（容量、缓存、转速），影响组织算力和超级算力的还有网络体系结构和带宽等因素。
目前设备算力的提升还基本遵循摩尔定律，每隔18个月性能提升1倍，然而摩尔定律已经趋近于极限，核心问题在于芯片运算中大量的能量耗散在计算产生的发热上而非计算本身，亦如数百年前蒸汽机90%的能量耗散在冷凝过程中而非抽水做功，当前整个产业都在从单纯提高计算性能转为降低单位能耗。
算法和数据类型是从软件方面提升数据处理效率的主要手段。
元宇宙时代，围绕声音、图像、AI等复杂数据的算法和类型设计是关键，充分利用新的硬软件架构，优化或创新算法和数据类型，可以成百上千倍地提高数据处理效率。
例如很多超级计算机，就是不断地利用体系结构的优化，采用并行计算等方法，提高计算效率；声音和图形图像的处理，压缩算法非常关键。
例如图像处理算法包括图像数字化、图像基础处理、图像几何变换、图像时频变换、图像增强、图像恢复、图像分割、图像特征与分析、图像形态学、模式识别和图像压缩、图像加密和图像水印等。
如国内某高校的视频上变换技术团队所研发的算法，可以实现高清视频的近同步上变换到4K/8K，效率远远高于半人工处理模式（往往需要8到10人，近1月的工作量）。
当前科技巨头英伟达和谷歌在这个领域做出了显著的探索。
英伟达发明的图形处理器（GPU），针对人工智能应用场景，优化了图像处理，将计算精度从64位降低为8位，基于对人工智能算法模糊运算的深刻洞见，GPU能够将单位能耗的计算力提高两个数量级。
谷歌的人工智能芯片（TPU）针对深度学习算法的场景，使单位能耗的计算力又提高了两个数量级。
未来针对特殊场景、特殊算法提升数据计算效率降低单位能耗将是重要的解决思路。
从提升数据传输效率的角度来看，网络带宽是数据传输的重要参数，目前主要应用的网络形式有光纤网络、有线电视网络和移动通信网络（如4G/5G）。
降低网络能耗，提高网络带宽的主要途径：
一是在不影响传输效率的情况下，简化网络结构，减少网络设备量，从而降低耗电量；
二是降低网络设备耗电量，提高网络设备吞吐率；
三是提高数据压缩比，从而提高传输效率；四是采用新的传输技术，如6G技术、卫星通信网、量子通信等。
未来，三网逐步在融合，传输技术和设备不断在改进，网络结构会更加简单，数据压缩算法会更加高效，终端接入（有线/无线）带宽更大而能耗会更低；
尤其是量子通信技术实现突破和广泛应用，则传输效率将是千百倍的提升。
从能量获取的角度来看，未来支撑元宇宙的能量将更多元化，更多层次，绿色能源革命是元宇宙的最关键支撑。
第一个层次是从广度上获取风光等清洁能源，增加核物理能源、大气环流能源、海洋环流能源、地热能源等，增加清洁能源的获取量、提高转化率，降低使用损耗。
比如为实现碳中和，我国电力装机总量拟从现在的22亿千瓦增加到60亿～80亿千瓦，其中风力发电、光伏发电共占比70%，“稳定电源”（火力发电与核电）占比30%。
第二个层次是从技术上创新清洁能源的获取方式，如人工光合技术、可控核聚变将是未来极具期待性的革新技术。
“人工光合”技术，即表面等离激元光催化二氧化碳合成油气技术（烷烃类产物，零碳能源技术），已经在实验室取得成功，并在小规模中试，未来一旦量产，可直接从大气中捕集二氧化碳，并利用太阳光能，在基本处于常温（150摄氏度左右）常压（3个大气压）条件下合成清洁油气，从而替代从地壳中开采化石类煤、石油和天然气。
这种油气产品本质是一种零碳能源，理论上可以无限制备和使用，而不增加空气中二氧化碳的排放量。
据测算，每一万平方公里光照资源丰富且有充足水源的区域，装备二氧化碳捕集装置、光能利用装置和催化合成装置后，可以利用空气中的二氧化碳12亿吨，产总烃（油气类产物）3亿吨。
可控核聚变则是未来支持人类星际穿越的能量。
核聚变是太阳产生能量的原理，两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核，并释放出能量，自然界中氢的同位素氘与氚会发生聚变，核聚变不会产生核裂变所出现的长期和高水平的核辐射，不产生核废料，也不产生温室气体，是最为理想的高能量密度的清洁能源。
一升水中的氘和氚如果完全发生核聚变反应，释放的能量约等于300升汽油的能量，氘在地球海水中储量多达40万亿吨，基本可以认为是取之不竭的能源。
如果全部用于聚变反应，释放出的能量足够人类使用几百亿年，而且反应产物是无放射性污染的氦。
另外，由于核聚变需要极高温度，一旦某一环节出现问题，燃料温度下降，聚变反应就会自动中止。
也就是说，聚变堆是次临界堆，不会发生类似苏联切尔诺贝利核（核裂变）电站的事故，是更加安全的核能源。
因此，聚变能是一种无限的、清洁的、安全的新能源。
可控核聚变的研究从1954年苏联库尔恰托夫原子能研究所创新性提出磁力约束“托克马克装置”，到2007年国际热核聚变实验堆组织（ITER）正式成立，再到2012年东方超环（EAST）超导托克马克实验完成，人类对划时代跨越性的全新能量获取方式的追求渐入佳境。
第三个层次则是未来在地球以外获取能量实现星际探索和星际移民。
地球上的能量主要是地球形成之时的核物理能，以及46亿年来地球接收的来自太阳的能量。
未来人类若想实现星际穿越，则需要进一步考虑如何使用宇宙空间中的能量和如何就地取材，探索的星球本身的能量。
总之，从今天的角度来看，元宇宙可能是耗能大户，但耗能不等于排碳，不是线性相关，随着新能源技术的应用和清洁能源的开发，未来高能量能源大部分都将是低碳或零碳的。
同时，数字经济会大幅度降低实体经济活动所消耗的能量，元宇宙作为数字经济、数字技术的集大成者，作为未来新一代的互联网应用，它所耗能源的碳排放与降低的碳排放相比，最终会获得平衡，从而突破碳中和的制约，走向无限的发展空间。
结合以上分析可以得出以下结论：元宇宙是碳中和最大工程和最强工具。
按照元宇宙三个世界的理解，元宇宙将极大地提高GDP中数字经济的比重，数据将成为第一生产力，元宇宙所引来的数字孪生将极大地降低要素、人员流动的能源消耗，元宇宙技术也将推动碳中和技术的飞跃。
碳中和是元宇宙最大制约与最强支撑。
元宇宙所要求的巨大算力今天的能源系统是支撑不了的。
元宇宙时代刚刚启幕，目前全球的能源供给已经到了紧张的边缘，包括中国、美国在内都出现了煤炭荒、石油荒、天然气荒，这启示我们，一场绿色能源革命必然到来，非如此不能解决以元宇宙为代表的先进的数字经济对能源的巨大需求与以碳基能源为主的相对落后的能源供给的矛盾。
元宇宙以数字化、智能化全面推动产业碳排放的大幅降低，推动碳中和与新能源技术的突破将是未来巨大的机会。