«Информационные батареи». Как перестать сбрасывать избыток энергии и хранить ее в виде информации
До сих пор странно слышать о том, что где-то электрические сети, чтобы предотвратить перенапряжение и сбои, вынуждены сбрасывать избыток энергии. Хранить энергию дорого и сложно, даже если речь идет о литий-ионных батареях и гидронасосах.Что, если бы избыток энергии можно было бы хранить в виде вычислений?
Чтобы поддерживая баланс между спросом и предложением во время чрезмерного производства «зеленой» энергии ее попросту сбрасывают! То есть, то что вырабатывается солнечными и ветровыми электростанциями, банально выбрасывается и уходит в никуда.
Все эти электростанции производят экологически безопасную электроэнергию за счет возобновляемых источников, но у них есть огромная пробема — прерывистость: солнце ночью не дает энергии, а ветер может внезапно прекратиться.
По подсчетам ученых, через 5 лет количество возобновляемой энергии, которую ежегодно сбрасывают из-за избытка только в Калифорнии, сможет покрывать нужды Лос-Анджелеса за год. При этом центры обработки данных (ЦОД) потребляют до 50-ти раз больше энергии, чем обычное офисное здание. К примеру, центры YouTube рендерят более 700 тыс. часов видео с разным разрешением, и энергопотребление таких вычислений достаточно предсказуемо. То же касается Netflix, которая перекодирует видео из одного формата в другие для показа на разных устройствах, а также обучения искусственного интеллекта.
Кстати, некоторые компании, такие как Google, уравновешивают энергопотребление своих центров обработки данных с соглашениями о покупке электроэнергии из возобновляемых источников, это по-прежнему касается только средней выработки электроэнергии, а не пиков и спадов выработки.
Команда из Калифорнийского университета в Сан-Диего предложили хранить избыточное электричество в виде вычислений. Идея состоит в том, чтобы спекулятивно выполнять вычисления в крупных энергоемких центрах обработки данных, когда солнечная и ветровая энергия доступны в избытке, и сохранять результаты на серверах для последующего использования, когда в сети меньше возобновляемой энергии.
Новая технология позволяет тратить избыточную «зеленую» электроэнергию на вычисления в центрах обработки данных.
Предполагается, что новая концепция «информационных» батарей, сможет стать заменой литий-ионным. Исследование этого вопроса и некоторые выводы опубликованы в научном изданииACM Energy Informatics Review.
Принцип работы «информационных» батарей заключается в том, что избыточная возобновляемая энергия используется для сложных вычислений в крупных центрах обработки данных (ЦОД). Такие ЦОД требуют огромное количество электричества: 250-500 ТВт-ч в 2018 году и потенциально 840-3640 ТВт-ч в 2030 году. В случае со многими задачами можно заранее рассчитать, какое количество энергии понадобится, и настроить «спекулятивное» смещение нагрузки.
Вместо того, чтобы хранить энергию в химическом виде, как литий-ионные аккумуляторы, «информационные» батареи хранят ее в виде результата выполненных задач или прогнозов вычислений, которые будут выполнены в будущем, когда человечество начнет активнее использовать возобновляемые источники. По словам изобретателей, электричество, полученное ветровыми или солнечными электростанциями, превращается «информационную потенциальную энергию».
«Если предварительно вычисленные задачи не совсем соответствуют тому, что необходимо, то фрагменты вычислений могут быть повторно собраны для новой задачи, как кусочки головоломки», — объяснили авторы в своей статье.
За планирование и переключение нагрузок «информационных» батарей отвечает диспетчер, который отчасти напоминает планировщики в операционных системах компьютеров или смартфонов. Он оптимизирует подачу энергии, учитывая ее стоимость и наличие рабочих задач, для этого предусмотрены 3 механизма: прогнозирование цен, предварительный расчет и непосредственно планировщик. «Информационная» батарея сама может решать, когда и какое вычисление стоит запускать для получения максимальной выгоды.
Исследователи разработали модель, которую протестировали в сети одного из ЦОД. Они утверждают, что для определенных типов нагрузок «информационные» батареи обеспечивают более высокую эффективность, чем литий-ионные аналоги, и при этом обходятся значительно дешевле. Ожидается, что технология позволит ЦОД-ам на 30% снизить потребление энергии за счет возобновляемых источников.
НиТ писал о том, что в начале 2022 года японский суперкомпьютер потерял несколько десятков миллионов файлов из-за глупой ошибки программистов. Система резервного копирования (СРК) суперкомпьютера дала сбой, в результате которого исчез большой объем данных. Исследователи потеряли 34 млн файлов. Работу четырех исследовательских групп вообще не смогли возобновить.