在当今数字化时代，算力作为数字经济的核心生产力，正以前所未有的速度增长。与此同时，电力作为算力的支撑基础，其供应的稳定性和可持续性至关重要。本文将从算网协同到算电协同的发展历程出发，深入探讨算力与电力协同发展的必要性、现状与挑战，并提出相应的优化策略，以期为构建绿色智能的未来提供理论支持与实践指导。
一、从算网协同到算电协同：发展历程与必然趋势
（一）算网协同的局限性
算网协同主要关注算力与网络资源的优化配置，通过动态负载均衡、任务智能分发等技术手段，提高计算资源的利用率和网络传输效率。然而，随着智算中心的快速发展，其能耗问题日益凸显。智算中心的高算力需求导致其电力消耗巨大，而传统的算网协同模式未能充分考虑电力供应的稳定性和可持续性，难以满足智算中心的长期发展需求。
（二）算电协同的兴起
算电协同是在算网协同的基础上，进一步将电力资源纳入协同优化的范畴。它强调算力与电力的深度融合，通过智能调度、需求响应等技术手段，实现算力与电力的动态平衡，提高能源利用效率，降低碳排放。算电协同的提出，不仅是对智算中心能耗问题的直接回应，更是对数字经济可持续发展的必然要求。
二、算力与电力协同发展的现状与挑战
（一）现状
1. 智算中心的能耗现状：2024年全球总算力约1200 EFlops，其中智算占20%~30%。智算中心的能耗密度高，其电力消耗占总运营成本的40%以上。以阿里巴巴张北数据中心为例，其可再生能源使用比例超过50%，通过高效冷却技术和智能能源管理系统，年均PUE低至1.25，每年减少碳排放数十万吨。
2. 技术应用现状：目前，智算中心在制冷技术、能源管理等方面取得了一定进展。例如，液冷技术的应用可将数据中心的PUE降低至1.2以下，相变材料的应用则进一步提高了冷却效率。此外，分布式能源与储能系统的应用也在逐步推广，部分智算中心通过配备太阳能、风能等分布式能源，实现了部分能源自给。
（二）挑战
1. 技术挑战：智算中心的能耗优化需要多学科交叉的技术支持。例如，智算芯片的制造工艺、芯片架构、软件优化等都需要进一步突破，以提高芯片的能效比。同时，制冷技术的创新也需要不断推进，以适应智算中心高密度计算的需求。
2. 管理挑战：算电协同需要算力中心与电力部门的深度合作。然而，目前双方在数据对接、智能电网技术应用等方面仍存在诸多障碍。例如，算力中心的能源管理系统与电力部门的调度系统尚未实现无缝对接，导致数据交互不畅，影响了协同优化的效果。
3. 政策挑战：算电协同的发展需要政策的支持与引导。然而，目前相关政策尚不完善，缺乏对智算中心能耗优化的明确要求和激励机制。例如，绿色电力采购与碳交易政策的实施还存在诸多困难，影响了智算中心的积极性。
三、算力与电力协同发展的优化策略
（一）优化智算中心能效
1. 智算芯片优化：关注制造工艺、芯片架构、软件优化、能源管理等。例如，采用先进的制造工艺可提高芯片的集成度和能效比；通过软件优化，可实现任务的动态调度，提高芯片的利用率。
2. 算法改进：关注剪枝量化、稀疏注意力、混合专家模型、知识蒸馏、混合精度等。例如，剪枝量化技术可减少模型的计算量和存储需求，提高算法的运行效率；混合精度技术则可在保证计算精度的前提下，降低计算资源的消耗。
3. 制冷技术创新：关注从传统风冷到气流优化、自然冷却、液冷、相变材料的应用等。例如，液冷技术可将数据中心的PUE降低至1.2以下，相变材料的应用则进一步提高了冷却效率。
4. 智能运行优化：根据负载来智能调整软硬件实现能效调优，关注负载与资源的匹配、硬件资源动态调整、软件调度适应任务变化。例如，通过智能调度系统，可根据任务的优先级和负载情况，动态调整硬件资源的分配，提高资源利用率。
（二）算电系统管理优化
1. 数据对接：算力中心的能源管理系统与电力部门的调度系统对接，实现双向数据交互。电力部门可提供电网负荷、电价、可再生能源发电量等信息，算力中心则反馈其负载需求和调整能力。
2. 智能电网技术应用：通过智能电表和传感器，电网可以实时监控算力中心的电力消耗情况，及时调整调度策略。电网利用AI和大数据技术预测算力中心的负载变化趋势，并优化电力调度方案。
3. 需求响应与负载管理：电网可以通过实施分时电价或实时电价，引导算力中心在电网负荷低谷时段增加计算任务，从而平滑负荷曲线。电网还可以与算力中心签订需求响应协议，在电网负荷过高时启动算力中心备用电源（如储能系统）以降低电网负载。
4. 储能系统部署：电网可以部署大规模储能系统（如锂电池、抽水蓄能），在算力中心负载低谷时存储电能，在负载高峰时释放电能，平衡电网负荷。
5. 可再生能源的灵活调度：电网需要提高对可再生能源（如风能、太阳能）发电量的预测精度，以便更好地匹配算力中心的负载波动。通过微电网或虚拟电厂技术，电网整合算力中心周边的分布式能源资源，实现灵活调度和优化利用。
（三）政策优化
1. 完善政策法规：政府应出台相关政策法规，明确智算中心能耗优化的要求和标准。例如，制定数据中心的能耗限额标准，推动智算中心采用高效节能技术。
2. 建立激励机制：政府应建立激励机制，鼓励智算中心采用绿色电力和可再生能源。例如，通过补贴、税收优惠等政策，降低智算中心的绿色电力采购成本，提高其积极性。
3. 加强监管与评估：政府应加强对智算中心能耗的监管与评估，定期检查其能耗情况，确保其符合相关标准。同时，建立能耗评估体系，对智算中心的能耗优化效果进行评估，为政策调整提供依据。
四、结论
算力与电力协同发展是数字经济可持续发展的必然要求。通过技术优化、管理优化和政策优化，可以有效提高智算中心的能效，降低碳排放，实现算力与电力的动态平衡。未来，随着技术的不断进步和政策的不断完善，算力与电力协同发展将迎来更广阔的发展空间，为构建绿色智能的未来提供有力支撑。
作者介绍
邬贺铨，中国工程院院士，光纤传送网与宽带信息网专家，长期从事光通信系统和数字通信网的研究与项目管理工作。
邬贺铨院士是中国最早从事数字通信技术研究的骨干之一，在中国国内首先主持研制成功了PCM30路复用设备、STH-1/STM-4复用设备、155/622Mb/sSDH光纤通信系统等；领导管理了8×2.5Gb/s波分复用光通信系统，研制开发光通信示范工程；多年连续参加ITU-T网络标准研究组会议，多次参与了中国通信发展的决策。
本文转自：中国信息协会算力网专业委员会 秘书处 ，转载此文目的在于传递更多信息，版权归原作者所有。如不支持转载，请联系小编demi@eetrend.com删除。
