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【我是一张中国名片】增强中国的Visibility

2015年02月13日  来源:神州学人 
  

2010年作者(右一)与首届Gator工程师奖获奖者及工学院副院长合影

文/李超

Visibility是我初到美国留学时我的导师李涛教授对我强调的第一个词汇,即关注度,或者说是学术影响力。后来,我一直把提升学术影响力作为一个重要目标鞭策自己。从小的方面来看,这一过程激发的是个人不甘平庸的求学态度;往大里讲,当每个留学生努力提升自我影响力的时候,都在为中国树立大国形象贡献积极的力量。如今,我在绿色计算领域取得了一定的成绩,逐渐建立起了自己的visibility,随之而来的感触很多,但最主要的一点在于:不拘一格的探索方法能开拓视野有利创新,能真正帮助我们做出具有影响力的乃至变革性的工作。

危机中抓住机遇

5年前我刚留学美国的时候,正是多核处理器和云计算高速发展的初期。那个时候,以计算机服务器为基础的信息产业已经开始面临一个严峻的问题:高能耗困境。

绿色和平组织的一份报告预测,到2020年,全球主要IT营运商云计算的能耗将近2万亿千瓦小时,预计在不远的未来,大规模数据中心将可能面临无电可用的局面。举一个简单的例子,现今全球服务器系统总功耗需求大概是30亿千瓦小时,据美国劳伦斯伯克利国家实验室研究显示,这一服务器功耗需求大约每5年就会翻一番。我国三峡工程总装机容量大概是2千万千瓦小时,这意味着,为了提供足够的电力资源来支持未来计算机扩容,全球可能需要在未来5年内增设近150座三峡级别的电站。

然而更糟糕的是,一直以来数据中心的运营主要依靠传统的公用电网,也就是说,那些巨大的能耗缺口基本上由化石能源(如煤)燃烧发电来填补。据估计,每消耗1千瓦小时的传统电能就相当于向大气排放超过0.5千克的二氧化碳。在2008年权威咨询公司麦肯锡的一次季度报告中显示,全球IT公司将有可能在2020年前成为最大的温室气体排放者之一,年均碳排放量达15亿吨。

面对急剧增加的计算机能耗需求以及随之产生的气候变化影响,从学术界到工业界的无数计算机科学家和工程师几乎都在考虑同一个问题:如何才能尽量降低计算机自身的功耗并保证其计算性能?但是这类计算机系统大多尚未超越传统的设计模式,始终着眼于降低计算机系统本身的能耗。经验表明,这种研究方式已经进入了瓶颈期,它们能取得的成效正日益降低,并远远落后于信息产业发展的需求。事实上,这种方法是不可持续的,过度压制系统功耗需求迟早会损害到用户关于“云计算”的使用体验,并且减排效果有限。

从根本上提升计算机系统的可持续性需要另辟蹊径。我和导师决定不再局限于传统低功耗服务器设计,而是大胆从供电方式入手,即通过结合新能源技术(如风能、太阳能)来解决服务器的能源缺口。这样,未来计算机系统就能够不必过度依赖于传统非可再生的能源,藉此我们甚至能够实现计算机系统的“零碳排”目标。

设计这样一种系统并不是把新能源和计算机系统直接连接起来那么简单。在以往,计算机供电端的性质通常是被计算机研究人员们忽略的一部分,因此当时还没有一种能够跨越计算机负载、计算机硬件,还有电力系统的综合性管理方法。在该领域传统研究方法中,计算机结构的复杂性和计算机负载的多样性是两大难点。与之相比,我们的研究课题还必须同时考虑电源供给的波动性(新能源输出会随环境而变化),因而更具挑战性。经过长达1年的攻关,我们最终设计出一种基于太阳能的跨层次多核服务器电源管理方法,命名为SolarCore,该方法可以有效提升能效的同时优化计算性能。



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编辑:KYU
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