人工智能技術(shù)在云計(jì)算數(shù)據(jù)中心能量管理中的應(yīng)用與展望

摘? 要：現(xiàn)階段我國(guó)信息技術(shù)水平不斷提升，促進(jìn)了人工智能技術(shù)的誕生以及發(fā)展。目前來看，人工智能技術(shù)在我國(guó)云計(jì)算中的應(yīng)用越來越廣泛。對(duì)于云計(jì)算數(shù)據(jù)中心來說，其屬于重要的電力用戶，電能消耗情況往往會(huì)隨著國(guó)家數(shù)字化建設(shè)的速度而不斷增加，因此對(duì)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心能量進(jìn)行管理是非常重要的一項(xiàng)工作。在展開云計(jì)算數(shù)據(jù)中心能量管理工作的時(shí)候，往往會(huì)涉及多個(gè)環(huán)節(jié)，要對(duì)其中各個(gè)能量管理環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，這也是我國(guó)綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然需求之一。人工智能技術(shù)是基于高速發(fā)展的信息化技術(shù)來進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的，本文探討了人工智能技術(shù)在現(xiàn)階段我國(guó)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心能量管理中的優(yōu)化應(yīng)用，并且梳理了機(jī)房、設(shè)備、云計(jì)算平臺(tái)以及業(yè)務(wù)系統(tǒng)等層面的能量管理優(yōu)化方式，對(duì)其中存在的問題進(jìn)行總結(jié)及探索。

關(guān)鍵詞：人工智能技術(shù);云計(jì)算數(shù)據(jù)中心;能量?jī)?yōu)化管理;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-9052（2021）09-0-02

隨著我國(guó)社會(huì)發(fā)展速度的不斷加快，科學(xué)技術(shù)水平也在不斷提升。在這樣的時(shí)代背景下，互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)應(yīng)用范圍越來越廣，大量的IT設(shè)備以及數(shù)據(jù)中心投入了運(yùn)行，這也使得IT資源運(yùn)用范圍更廣、共享更加高效。在現(xiàn)階段的時(shí)代背景下，云計(jì)算理念被提出，并且在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)以及學(xué)術(shù)界受到廣泛關(guān)注。從目前來看，其已經(jīng)成為帶動(dòng)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)整體發(fā)展的重要技術(shù)之一。

一、新型人工智能技術(shù)簡(jiǎn)述

對(duì)人工智能技術(shù)來說，已經(jīng)走過了近70年的發(fā)展歷程，在技術(shù)水平上已經(jīng)有了較大創(chuàng)新，在20世紀(jì)80年代初經(jīng)歷了一次重要變革。由于當(dāng)時(shí)受到計(jì)算能力以及理論知識(shí)儲(chǔ)備等多方面因素的影響，使其數(shù)據(jù)計(jì)算規(guī)模以及準(zhǔn)確性受到多個(gè)因素限制，人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)了突破性發(fā)展以及推廣應(yīng)用。從最近幾年來全球數(shù)字化發(fā)展情況來看，云計(jì)算平臺(tái)的應(yīng)用范圍越來越廣，這與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全面普及有直接關(guān)系，使得數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、傳輸以及處理效率不斷提升，大數(shù)據(jù)以及云計(jì)算技術(shù)已經(jīng)成為新一代人工智能技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，人工智能技術(shù)迎來了再次高速發(fā)展的革命變遷。目前，可以將人工智能技術(shù)大體分為基礎(chǔ)理論、共性技術(shù)以及行業(yè)應(yīng)用三個(gè)層次，對(duì)于不同的層次來說，往往功能性也存在較大差異，每個(gè)層次都有多種具體的技術(shù)理論支持。當(dāng)前智能技術(shù)發(fā)展整合了云計(jì)算、AI、智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等諸多前沿技術(shù)，發(fā)展方向也多向延伸。人工智能技術(shù)需要根據(jù)不同行業(yè)、不同應(yīng)用場(chǎng)景來基于其核心基礎(chǔ)展現(xiàn)不同的智能化邏輯計(jì)算管控作用。當(dāng)前，人類所能夠達(dá)到的運(yùn)算能力較之前有極大提升，浮點(diǎn)運(yùn)算讓計(jì)算規(guī)模和準(zhǔn)確性大幅增強(qiáng)，而這對(duì)于邏輯計(jì)算以及構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都起到至關(guān)重要的作用。未來，我們?cè)谌斯ぶ悄芗夹g(shù)應(yīng)用方面，不僅要使之符合各行業(yè)自動(dòng)化、智能化、高效化以及穩(wěn)定化的需求，還要使其具備隨時(shí)間推移進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)積累不斷完善自身邏輯的能力。

二、人工智能技術(shù)在云計(jì)算數(shù)據(jù)中心新能量管理中的應(yīng)用與展望

（一）機(jī)房的能量管理與優(yōu)化

對(duì)于云計(jì)算數(shù)據(jù)中心機(jī)房來說，能量管理工作主要涉及制冷、IT設(shè)備運(yùn)行參數(shù)設(shè)置以及狀態(tài)管理等幾個(gè)方面，同時(shí)也需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行合理布局以及放置，從而保證其可以順利運(yùn)行。對(duì)于機(jī)房來說，制冷模式以及溫度特性勢(shì)必會(huì)對(duì)機(jī)房能量消耗情況產(chǎn)生嚴(yán)重影響，并且這種影響是持續(xù)性的，也使其具有較大的優(yōu)化空間。機(jī)房制冷的核心需求是使所有IT設(shè)備處于適合的工作溫度之中，而機(jī)房整體制冷功耗與多方面因素有關(guān)，不僅包括制冷方式，同時(shí)也包括當(dāng)前機(jī)房布局以及熱量流動(dòng)方向等。在制冷降溫的過程中，不僅要考慮降溫的需求，同時(shí)也要注意各類輔助設(shè)備的整體能耗情況。在這種情況下，總能量的優(yōu)化利用成為重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。想要保障最優(yōu)能耗情況，就必須從整體入手，對(duì)制冷方式、供電分布以及整體機(jī)房布局進(jìn)行再優(yōu)化設(shè)計(jì)。目前來看，采取線性規(guī)劃以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)等相關(guān)技術(shù)，能夠有效提高機(jī)房制冷的整體功耗情況，在最佳能量流通情況以及最優(yōu)冷卻方式的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低機(jī)房整體能耗，同時(shí)保障各設(shè)備均處于合適的溫度中運(yùn)行。對(duì)于數(shù)據(jù)中心來說，供電操作與物理空間中一樣，也屬于稀缺資源，這就需要在機(jī)房?jī)?nèi)部盡量多布置IT設(shè)備，通過這種方式使供電資源得到保證。目前來看，將人工智能技術(shù)應(yīng)用到機(jī)房能量管理與優(yōu)化后，建立起數(shù)據(jù)中心功率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。對(duì)于此系統(tǒng)來說，在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備功率信息的有效采集，并且能夠?qū)υO(shè)備功率限制情況作出準(zhǔn)確判斷，這也使得機(jī)房可以容納的設(shè)備數(shù)量更多，從而在整體上保證了服務(wù)質(zhì)量。此外，從現(xiàn)階段機(jī)房制冷優(yōu)化情況來看，應(yīng)用大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之后，使得傳統(tǒng)制冷策略得到了有效優(yōu)化，策略設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為溫度約束下的能量最小化問題。這一問題的轉(zhuǎn)化也直接降低了問題處理難度，使機(jī)房?jī)?nèi)部能量管理控制工作開展更加容易，可以應(yīng)用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)框架的方式來實(shí)現(xiàn)最優(yōu)選擇，同時(shí)也在很大程度上避免了服務(wù)器區(qū)域溫度超閾值現(xiàn)象的出現(xiàn)。我們可以看出，云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的機(jī)房制冷能量消耗情況往往與機(jī)房布局情況、熱量流通情況以及IT設(shè)備功率情況密切相關(guān)，其能量管理工作的核心是保證設(shè)備工作時(shí)溫度適合，這樣才能夠盡量降低多種輔助設(shè)備的能耗，從而使得機(jī)房能量管理優(yōu)化工作的開展更加順利。

（二）IT設(shè)備能量管理與優(yōu)化

對(duì)于數(shù)據(jù)中心來說，IT設(shè)備種類比較多，主要包括服務(wù)器、安全設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。其中，服務(wù)器的數(shù)量最大，并且在運(yùn)行過程中往往也耗能最高。隨著我國(guó)信息技術(shù)以及云計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展，軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也變得越來越成熟，開始逐漸替代傳統(tǒng)專用設(shè)備。由此可以看出，今后服務(wù)器在我國(guó)數(shù)據(jù)中心設(shè)備中所占的比例會(huì)不斷提升，成為業(yè)內(nèi)主要發(fā)展趨勢(shì)之一。目前來看，服務(wù)器的能耗優(yōu)化技術(shù)主要包括兩種，即動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整技術(shù)、動(dòng)態(tài)功率開關(guān)技術(shù)。這兩種技術(shù)的有效應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)將服務(wù)器能耗控制在峰值能耗的60%左右，因此有廣泛的應(yīng)用。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能耗優(yōu)化的時(shí)候，其所秉持的基本思想原則是對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行合并，通過這種方式來節(jié)約網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的能耗。此種方式的應(yīng)用可以讓不活躍設(shè)備進(jìn)入休眠狀態(tài)，或者直接將其關(guān)閉，既保障了必要運(yùn)行設(shè)備的能量供應(yīng)同時(shí)也大幅降低了無用待機(jī)設(shè)備的額外能耗。對(duì)于活躍設(shè)備來說，可以為其設(shè)定流量專用通道，對(duì)不活躍的端口進(jìn)行休眠，這樣一來也很好地達(dá)到了節(jié)能目的。在展開IT設(shè)備數(shù)據(jù)中心能量管理優(yōu)化工作的時(shí)候，往往會(huì)涉及多個(gè)環(huán)節(jié)，主要會(huì)應(yīng)用到功率模型的建設(shè)以及功率控制兩個(gè)方面的技術(shù)。DPS等技術(shù)的應(yīng)用，有效起到促進(jìn)設(shè)備休眠的作用，是現(xiàn)階段典型的IT設(shè)備能量?jī)?yōu)化方法。隨著我國(guó)科技水平的不斷提升，人工智能技術(shù)在數(shù)據(jù)中心能量管理優(yōu)化中的滲入力度會(huì)越來越大，同時(shí)也會(huì)開發(fā)更多新領(lǐng)域，使CPU以及新型硬件的聯(lián)合優(yōu)化效果更加理想。虛擬化是計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)特點(diǎn)，通過對(duì)其有效運(yùn)用可以將單服務(wù)器資源分割成多個(gè)細(xì)粒度資源，將其應(yīng)用到企業(yè)中心能量管理工作之后，其優(yōu)勢(shì)可以得到有效體現(xiàn)，既能夠?qū)崿F(xiàn)無人值守、在線檢測(cè)，也使得服務(wù)器在實(shí)際應(yīng)用的過程中更好地實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)共用以及資源共享。

（三）數(shù)據(jù)中心能量管理與優(yōu)化

數(shù)據(jù)中心城的能耗管理是數(shù)據(jù)中心的重要組成內(nèi)容。當(dāng)前數(shù)據(jù)中心能量管理可以根據(jù)具體處理內(nèi)容分為單數(shù)據(jù)中心以及多數(shù)據(jù)中心，不論是哪類型情況都相對(duì)較高。由于單數(shù)據(jù)中心需要重點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)部制冷工作，同時(shí)其UPS以及IT設(shè)備的整體能耗都相對(duì)較高，所以在單數(shù)據(jù)中心能量管理中要更加重視多級(jí)能耗的協(xié)調(diào)處理。對(duì)于多數(shù)據(jù)中心能量管理工作而言，則更要重視數(shù)據(jù)中心本身的能量負(fù)載以及電能消耗情況，要在總成本控制的基礎(chǔ)上，對(duì)各分管系統(tǒng)的能耗進(jìn)行控制。數(shù)據(jù)中心能量管理工作需要對(duì)數(shù)據(jù)中心當(dāng)前能量利用效率進(jìn)行建模，獲取PUE值，根據(jù)該數(shù)值來分析當(dāng)前數(shù)據(jù)中心的能源使用效率。而且應(yīng)建立數(shù)據(jù)中心的性能模型，根據(jù)模型分析能耗管理工作中的不足之處，整體提升其能量利用效率。要通過傳感器數(shù)據(jù)分析來明確當(dāng)前各分管設(shè)備的負(fù)載情況，根據(jù)具體運(yùn)行溫度來進(jìn)行相應(yīng)的溫度管控工作。設(shè)備的運(yùn)行功率與多方面參數(shù)有關(guān)，包括室內(nèi)外溫度、當(dāng)前設(shè)備負(fù)載情況以及整體可調(diào)動(dòng)的冷卻設(shè)備數(shù)量等，這就需要更為全面的傳感器覆蓋。通過數(shù)據(jù)搜集以及中心數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的判斷來科學(xué)啟動(dòng)并設(shè)定冷卻設(shè)備參數(shù)，這樣能夠達(dá)到最佳的能源利用效率。在能源使用過程中，不僅要考慮設(shè)備運(yùn)行的需求，同時(shí)也要針對(duì)能量消耗過程中所關(guān)聯(lián)的碳排放相關(guān)事件進(jìn)行分析，要盡量使用再生能源。數(shù)據(jù)中心作為數(shù)據(jù)交換的核心部分，不僅要保障數(shù)據(jù)交換的效率，同時(shí)也要保障其運(yùn)行效益，這就需要對(duì)整體設(shè)備的能耗進(jìn)行控制。目前來看，能耗控制要從多個(gè)角度入手，目前主要采用的技術(shù)包括線性規(guī)劃、混合整數(shù)規(guī)劃以及啟發(fā)式算法等，應(yīng)用這些技術(shù)能夠在考慮到當(dāng)前電價(jià)以及碳排放等多種能量管理相關(guān)因素的基礎(chǔ)上，最大限度平衡能耗與效益之間的關(guān)系。

三、結(jié)語

綜上所述，隨著我國(guó)新型人工智能技術(shù)理論以及實(shí)驗(yàn)成果不斷豐富，在很大程度上突破了傳統(tǒng)技術(shù)限制，將其在云計(jì)算數(shù)據(jù)中心中進(jìn)行合理應(yīng)用起到支撐我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)整體發(fā)展的作用，同時(shí)也使得能量管理工作開展所涉及的內(nèi)容更加細(xì)化，提升了能源利用率。

參考文獻(xiàn)：

[1]李淑麗.簡(jiǎn)析山區(qū)核桃種植管理關(guān)鍵技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備，2021（2）：171-172.

（責(zé)任編輯：張?jiān)伱罚?/p>

收稿日期：2021-03-12 修改日期：2021-07-01

基金項(xiàng)目：2020年度河南省重點(diǎn)研發(fā)與推廣專項(xiàng)支持項(xiàng)目“水上公安機(jī)關(guān)貫徹落實(shí)黃河流域生態(tài)保護(hù)的體制機(jī)制建構(gòu)對(duì)策研究”（202400410148）;河南省駐馬店職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級(jí)教改項(xiàng)目“智慧課堂應(yīng)用實(shí)踐研究”（2019YBJG01）

作者簡(jiǎn)介：楊青（1981—），女，河南駐馬店人，講師，本科，主要從事大數(shù)據(jù)和人工智能研究。