时移计算可以将数据中心的能源成本削减高达30%

2022-02-14 08:27:37

最近,两位计算机科学家有了一个想法:如果计算机使用能量进行计算,存储的数据会是存储能量的一种形式吗?为什么不把计算作为一种储存能量的方式呢?

事实证明,这个想法并不像听起来那么牵强。“信息电池”的概念在最近的一篇论文中得到了充实,它可以在电力便宜的情况下提前执行某些计算,比如在阳光明媚或刮风的情况下,并将计算结果存储到以后。这一过程可以帮助数据中心用剩余的可再生能源替代高达30%的能源使用。

该系统的优点在于,它不需要专门的硬件,开销也很小。

“信息电池被设计成与现有的数据中心一起工作,”作者写道,Jennifer Switzer,圣地亚哥加州大学的博士生,南加州大学的助理教授Barath Raghavan。“IB[信息电池]保留了一些非常有限的处理能力manager,它管理实时计算任务和预计算的调度。一组机器或虚拟机被指定用于预计算。存储这些预计算结果的IB缓存保持在本地,以便快速检索。不需要额外的基础设施。"

并非每个任务都适合信息电池方法,但对于许多数据中心,某些负载可以以合理的精度进行预测,并缓存以供以后检索。例如,像Netflix这样的公司可能会接收一种格式的视频,然后对其进行转码,以针对各种设备进行优化,这一过程并不总是对时间敏感的。当训练机器学习算法时也是如此,计算机科学家可以将训练数据排队,让信息电池管理器决定何时进行训练。几年来,谷歌一直在使用这样一个系统来削减碳排放,但正如你所料,细节很少。信息电池管理器在某些方面模仿了PC或智能手机操作系统中的调度程序。在那里,调度器优化了通过CPU和其他芯片的数据流,以保持事情的顺利进行。根据任务和对系统的要求,调度器可能会让界面对用户输入做出响应,也可能会对计算密集型作业进行优先级排序,以便更快地完成。

对于信息电池,经理会根据电价和可提前执行的任务的可用性来优化工作负载。管理器有三个主要部分:价格预测引擎、预计算引擎和调度器。为了确定要运行哪些任务,调度器会权衡来自价格预测和预计算引擎的信息。价格预测引擎使用神经网络预测未来的电价,而预计算引擎使用不同的神经网络预测未来的计算需求。

在Switzer和Raghavan为测试这一概念而创建的模型中,IB经理每五分钟询问一次电网运营商,这是运营商提供的检查电价以告知其预测的最小时间间隔。当价格下降到设定的阈值以下时,经理绿灯亮起一批计算,并将它们缓存起来,以备以后使用。

正如作者所说,该系统在减少昂贵的“电网电力”需求方面相当有效,即使预计算引擎在预测近期将需要哪些任务方面做得相对较差。只有30%的准确率,管理者就可以开始充分利用风能或太阳能过剩时产生的所谓“机会动力”。

作者写道,在一个典型的大型数据中心中,可以提前约90分钟预测工作负载,准确率约为90%。他们说,由于60分钟的预测窗口更为保守,“这样的数据中心可以存储150兆瓦时的电量,远远超过大多数电网规模的电池存储项目。”。他们指出,一个相当于电网规模的电池大约需要5000万美元。而作者没有';如果不能提供信息电池运行成本的估算,它可能会便宜得多,因为它依赖于现有的基础设施,并通过软件实现,可以根据电价和数据中心的计算需求进行优化。

如今,风力或太阳能过剩的情况已经不多了,主要是在夏季,加利福尼亚州阳光充足,德克萨斯州风特别大。但在不久的将来,当电网中有更多的风能和太阳能时,负电价可能会变得更普遍,信息电池可能会变得既可行又广泛。

作者写道:“IB方法的关键在于,它不是一个通用的解决方案,但对于许多常见的工作负载可能是有效的。”。考虑到数据中心消耗的电量约占美国总用电量的2%——这个数字几乎肯定会增长——信息电池可能成为大规模昂贵电池的一种经济高效的替代品。