美国南加州大学研究发现以可持续能源为动力的未来可以使世界免于毁灭性的气候变化并减少能源费用。但是可再生能源有一个间歇性问题——太阳在晚上不提供电力，而风会突然停止。更好的电池存储——全世界科学家的圣杯——被认为是通过在风和太阳强时存储能量来解决间歇性问题的关键。但目前的存储解决方案，包括锂离子电池和抽水蓄能，价格昂贵且难以扩展。如果多余的可再生能源可以存储为计算呢？


以可持续能源为动力的未来可以使世界免于毁灭性的气候变化并减少能源费用。但是可再生能源有一个间歇性问题——太阳在晚上不提供电力，而风会突然停止。
此外，电网必须保持供需平衡，否则将面临浪涌和停电的风险。结果，可再生能源在生产过剩时被倾倒，而在其他时候，发电厂燃烧化石燃料来满足电网短缺。
南加州大学维特比学院计算机科学助理教授 Barath Raghavan 表示：“按照目前的情况，五年后，加州每年浪费的可再生能源量将相当于洛杉矶每年使用的电力量。”工程学。
更好的电池存储——全世界科学家的圣杯——被认为是通过在风和太阳强时存储能量来解决间歇性问题的关键。但目前的存储解决方案，包括锂离子电池和抽水蓄能，价格昂贵且难以扩展。
如果多余的可再生能源可以存储为计算呢？这就是“信息电池”背后的想法，这是由 Raghavan 和博士 Jennifer Switzer 提出的一个新系统。来自加州大学圣地亚哥分校的学生，最近发表在ACM 能源信息学评论上。


预测可能的计算
信息电池的基本思想很简单：当可再生能源过剩时，它被用于在大型、能源密集型数据中心进行推测性计算。根据能源效率和可再生能源办公室的数据，这些数据中心——从谷歌和 Facebook 到好莱坞电影渲染——消耗的能源是典型商业建筑的 10 到 50 倍。当绿色能源较少时，存储的计算结果可以在以后使用。
“我们观察到，如果我们能够预测未来可能发生的计算，我们现在就可以在有可用能量的情况下进行这些计算，并存储现在已经体现能量的结果，”Raghavan 说，他的研究重点是关于系统和可持续性。
例如，YouTube 数据中心每天将超过700,000小时的视频转码为不同的分辨率。其中许多计算是可预测的，可以在绿色能源过剩的时候执行。此时，当电网上可用的可再生能源较少时，数据将存储在服务器上供以后使用 - 实质上是将电力消耗从一个时间段转移到另一个时间段。
那么，这如何像电池一样工作呢？Raghavan 说，从科学意义上讲，电池是潜在能量的储存器，可以用来做有用的工作，无论是电的还是其他的。大多数将能量存储到电池中的过程都是将一种能量转换为另一种势能，例如将电能转换为重力。在这种情况下，信息以与电池相同的方式提供能量，因为电能被转化为所谓的“信息势能”。
除了利用任务可预测性之外，该系统还具有灵活性：提前完成的计算不需要与稍后完成的计算完全匹配。我们支持预先计算许多计算片段，然后可以挑选之前完成的小块计算，如拼图，并将它们组合在一起以快速计算全新的计算任务。
Raghavan 说，对于某些类型的工作负载，信息电池系统比锂离子电池提供更好的效率。具体效率取决于多种因素，例如进行的计算类型和功率的可预测性。但与锂离子电池不同，存储数据在金钱和能源方面都具有成本效益。这可能有助于减少对化石燃料的依赖，化石燃料占全球温室气体排放量的四分之三。


一个有前途的未来替代方案
研究人员表示，虽然这个想法本身相对简单，但挑战在于确定要执行什么计算、何时何地以及如何进行这些计算，以便以后有效地检索结果。
在题为“信息电池：通过投机执行存储机会力量”的论文中，Raghavan 和 Switzer 提供了零碳系统的设计和概念实施证明，其中包括用于预测可再生能源的未来可用性和即将到来的循环神经网络数据中心的任务。
它还包括一个存储函数的缓存和一个修改后的编译器，用于自动修改代码以存储和检索结果。基础设施将在地理上分布，包括许多小型分布式数据中心，每个数据中心都位于该国已知风能或太阳能产量高的地区。有了这个系统，公司将使用本可以倾倒的电力，而其他所有人都将从中受益，因为电网运营商不必在晚上启动天然气发电来补偿需求。
研究人员在研究中探索了某些限制：例如，仅在某些工作负载和某些情况下才有可能。但 Raghavan 认为，通过改进预测和与大型系统的集成，该技术指向了一种有前途的未来存储绿色能源的替代方案。“在可持续发展的文明规模挑战中，”拉加万说，“我们需要我们能得到的每一种工具。”
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