中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)與實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的背景下，人工智能技術(shù)的爆發(fā)式增長(zhǎng)正引發(fā)算力需求的指數(shù)級(jí)攀升。工業(yè)和信息化部數(shù)據(jù)顯示，截至2024年9月底，我國(guó)在用算力中心超過(guò)880萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架，算力總規(guī)模達(dá)268EFLOPS（每秒百億億次浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)）。中國(guó)信息通信研究院《中國(guó)綠色算力發(fā)展研究報(bào)告（2024年）》顯示，2023年數(shù)據(jù)中心總耗電量達(dá)1500億千瓦時(shí)，占全社會(huì)用電量的1.6%，增速遠(yuǎn)超全社會(huì)用電量增速。
算力與電力協(xié)同將重塑產(chǎn)業(yè)生態(tài)。通過(guò)構(gòu)建算力與電力的雙向互動(dòng)機(jī)制，電網(wǎng)企業(yè)可依托動(dòng)態(tài)電價(jià)體系引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心錯(cuò)峰用能，既緩解電網(wǎng)調(diào)峰壓力又促進(jìn)新能源電量消納；數(shù)據(jù)中心則能依據(jù)綠電供給信息及電價(jià)信號(hào)，動(dòng)態(tài)調(diào)整計(jì)算任務(wù)處理的時(shí)間和地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)算力資源的時(shí)空優(yōu)化配置，從而降本減排。
算力負(fù)荷在時(shí)間和空間維度上均具有靈活調(diào)節(jié)潛力
部分時(shí)延不敏感的算力任務(wù)具有可中斷、可續(xù)算、可轉(zhuǎn)移等特性，使得算力負(fù)荷在時(shí)間和空間維度上均具有靈活調(diào)節(jié)潛力，這是算力與電力協(xié)同的基礎(chǔ)。
在時(shí)間維度上，可將非實(shí)時(shí)性計(jì)算任務(wù)延遲至電力負(fù)荷較低或者電價(jià)較低的時(shí)段，以緩解電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差，并降低數(shù)據(jù)中心用電成本；在空間維度上，可將計(jì)算任務(wù)優(yōu)先轉(zhuǎn)移至西部綠電富集區(qū)，從而促進(jìn)新能源電量消納，降低數(shù)據(jù)中心的碳排放量。因此，可通過(guò)構(gòu)建跨區(qū)域算力資源調(diào)度機(jī)制和互動(dòng)互聯(lián)的協(xié)同體系，促進(jìn)不同區(qū)域算力與電力在時(shí)空維度上的匹配。
近年來(lái)，國(guó)家層面出臺(tái)多項(xiàng)政策要求推動(dòng)算力與電力協(xié)同。相關(guān)政策圍繞國(guó)家區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略，要求推動(dòng)算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，構(gòu)建全國(guó)一體化算力網(wǎng)絡(luò)，將算力需求與西部綠電資源結(jié)合，促進(jìn)“瓦特”產(chǎn)業(yè)向“比特”產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)算力與電力的協(xié)同發(fā)展。
算力與電力協(xié)同仍面臨多重挑戰(zhàn)
算力與電力協(xié)同的關(guān)鍵在于構(gòu)建完整的協(xié)同體系，目前仍面臨多重挑戰(zhàn)。
算力與電力理論存在差異。算力、電力物理量量綱不一致，現(xiàn)有的電力系統(tǒng)理論和信息通信理論很難直接融合為統(tǒng)一理論，降低一定瓦特的電力負(fù)荷需轉(zhuǎn)移多少比特的算力仍難以確定。
算力與電力協(xié)同存在技術(shù)壁壘。算力網(wǎng)絡(luò)與電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行機(jī)理存在顯著差異，同時(shí)算力與電力分屬不同管理體系，缺乏統(tǒng)一調(diào)度平臺(tái)與數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)算力與電力的聯(lián)合調(diào)度。
算力與電力行業(yè)融合度不深。算力與電力協(xié)同調(diào)度涉及兩個(gè)行業(yè)的協(xié)同優(yōu)化。然而，對(duì)于數(shù)據(jù)中心任務(wù)特點(diǎn)、任務(wù)處理需求、成本構(gòu)成等算力側(cè)關(guān)鍵要素，以及電力資源配置等電力側(cè)關(guān)鍵要素，雙方的了解仍不夠深入，導(dǎo)致協(xié)同模型構(gòu)建不精準(zhǔn)，協(xié)調(diào)優(yōu)化技術(shù)難以適配需求。
算力與電力協(xié)同積極性有待提升。算力的遷移受網(wǎng)絡(luò)帶寬、服務(wù)質(zhì)量等因素影響，目前缺乏精確的數(shù)據(jù)中心與電力系統(tǒng)互動(dòng)的成本模型，算力與電力協(xié)同的凈收益難以準(zhǔn)確測(cè)算，使得數(shù)據(jù)中心與電網(wǎng)協(xié)同互動(dòng)的市場(chǎng)響應(yīng)度不足。
推動(dòng)算力與電力協(xié)同發(fā)展需各方進(jìn)一步深入研究
面對(duì)以上挑戰(zhàn)，各方需進(jìn)一步深入研究，打破算力與電力協(xié)同的技術(shù)壁壘，推動(dòng)算力與電力協(xié)同發(fā)展。
研究算力與電力融合統(tǒng)一理論?？赏ㄟ^(guò)信息熱力學(xué)理論中信息熵的概念，把算力和電力在同一量綱下進(jìn)行統(tǒng)一表征，為電力系統(tǒng)理論和信息學(xué)理論的融合提供統(tǒng)一支撐點(diǎn)，深入研究形成完備的融合理論體系，實(shí)現(xiàn)算力能耗的顯性表征，探究算力與電力的轉(zhuǎn)換機(jī)理，解決降低一定瓦特的電力負(fù)荷需轉(zhuǎn)移多少比特的算力問(wèn)題。
推動(dòng)算力、電力行業(yè)數(shù)據(jù)互通與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化?？苫趪?guó)家數(shù)據(jù)局提出的“全國(guó)一體化算力網(wǎng)”框架，整合電力能量管理系統(tǒng)與算力資源調(diào)度接口，構(gòu)建跨行業(yè)數(shù)據(jù)中臺(tái)，支持雙向指令解析與優(yōu)先級(jí)協(xié)調(diào)?？茖W(xué)制訂跨行業(yè)數(shù)據(jù)接口規(guī)范，定義算力需求與電力信息的互操作協(xié)議，實(shí)現(xiàn)算力任務(wù)與電力資源的動(dòng)態(tài)映射。
構(gòu)建算力與電力協(xié)同精準(zhǔn)模型，形成協(xié)同優(yōu)化方案?？稍谏钊肓私鈪f(xié)同優(yōu)化要點(diǎn)及難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)據(jù)中心的時(shí)空特征，構(gòu)建算力與電力特征聯(lián)合表征模型和行業(yè)知識(shí)圖譜，通過(guò)分析人工智能訓(xùn)練、推理、邊緣計(jì)算等不同算力負(fù)載的功耗特性與電網(wǎng)拓?fù)涞龋崛】缬蛱卣飨蛄?，?gòu)建支持聯(lián)合優(yōu)化的算力與電力協(xié)同精準(zhǔn)模型。整合數(shù)據(jù)中心任務(wù)特性、電力資源配置等數(shù)據(jù)，通過(guò)知識(shí)抽取與推理，生成動(dòng)態(tài)協(xié)同決策規(guī)則庫(kù)，構(gòu)建行業(yè)知識(shí)圖譜。
探索綠電溯源技術(shù)，助力實(shí)現(xiàn)算力動(dòng)態(tài)成本最優(yōu)化。在算力中心基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本中，用能相關(guān)成本占比高。綠電溯源技術(shù)有助于充分挖掘負(fù)荷靈活特性，進(jìn)一步優(yōu)化供能結(jié)構(gòu)，降低算力用能成本?？蓪㈦娏ΜF(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格信號(hào)、綠電預(yù)測(cè)誤差、算力任務(wù)優(yōu)先級(jí)等參數(shù)嵌入優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，實(shí)時(shí)追蹤每兆瓦時(shí)綠電的來(lái)源構(gòu)成、環(huán)境效益及流轉(zhuǎn)路徑，形成綠電來(lái)源、碳排放量、交易路徑的全生命周期追溯，從而推動(dòng)“成本可量化、收益可追溯、風(fēng)險(xiǎn)可對(duì)沖”的算力與電力協(xié)同生態(tài)建設(shè)。
（作者單位：中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司信息通信研究所）
