AI赋能绿色计算大有可为

AI赋能绿色计算大有可为，我们需要沉淀出具备一系列可跨领域落地、可通用化的数据驱动算法应用，基于此搭建AI控制优化算法引擎，通过试点、合作、转化落地多领域的应用。

为应对气候变化，全球主要国家达成共识，我国提出了碳中和时间表，力争在2060年前实现碳中和。碳中和代表着人类能源结构的革新，是可持续发展的不可避免选择，也是产业转型升级的重要机遇，为我国带来了重大历史机遇。

在碳中和的大背景下，企业面临着重大挑战。高能耗和高排放导致不可持续性，不仅成本高昂，还影响企业形象和社会责任，带来潜在经营风险。因此，企业亟需进行节能减排，提质增效，迫切需要产业转型升级。

人工智能和物联网技术（AIoT）在碳中和中扮演着关键角色。通过智能感知，我们能整合多源异构的数据；借助人工智能，我们可以建立AI优化引擎深度分析数据，实现数据驱动的智能决策；基于这些决策，我们能全面优化产业链资源配置。这种基于AI+ IoT的“感知-决策-优化”循环迭代，推动产业绿色化，助力碳中和。

AIR关注三大方向。首先是清洁能源和传统能源融合，包括光、风、水电，核电和火电，以及氢能。从发电、输电、供电到用能和储能，都面临众多问题。通过AIoT技术，我们能监控碳排放，优化智能机组控制；感知和预测电网负载，进行智能调峰和调度均衡，对电网故障进行检测和预警；对用电系统进行节能优化等。

AIR第二个关注的方向是ICT产业，包括智能计算中心、智能通信网络、新一代AI计算架构等。这些产业的能耗巨大。到2035年，全国数据中心耗电量将超过4500亿度，全国5G基站耗电量也将超过2400亿度。随着AI模型规模不断增大，模型训练的能耗和排放也相应增高。为了降低能耗和排放，对于智能计算中心，我们需要通过感知和优化进行更好的任务管理调度和制冷控制，对系统故障进行预测和诊断，并研究清洁能源驱动的设计。对于智能通信，需要利用AI进行多基站大规模MIMO优化，实现通信感知一体化，充分利用边缘计算，并进行系统级的能耗管理优化。在新一代AI计算架构方面，需要设计超低功耗专用芯片，打造高能效的模型训练系统和模型执行系统。

AIR的第三个关注方向是新兴绿色产业，包括绿色城市、绿色园区/楼宇、绿色交通等。城市、园区/楼宇和交通排放大量温室气体。2019年，仅纽约市的温室气体排放就达到了5千5百万吨，而2016年全球楼宇和交通的GHG排放占比分别为17.5%和16.2%。在这些领域，AIoT有很大的潜力。通过多源异构感知和数据融合，我们可以监控城市的特定事件，进行数据驱动的智能规划和城市资源调度优化，打造绿色城市。在园区和楼宇，AIoT可以助力智能安防监控，进行目标检测追踪，实现智能管理运营，降低能耗。在交通方面，AIoT可以赋能复杂交通系统协调管控，对交通流量进行预测调度，实现高效的车路协同和车端能源管理。

AIR致力于打造一个AIoT赋能的绿色计算平台，利用端-边-云协同的高能效AI计算系统，支撑上层的数据驱动的AI决策优化算法，如强化学习、多智能体协同等，赋能产业绿色化，包括绿色智能计算中心、绿色园区、工业节能等。

具体而言，在AIoT赋能绿色计算方面，AIR聚焦于两个核心赋能技术：高能效的AI计算系统，包括在端侧设备上的高效AI模型执行，在边缘服务器上的高效资源管理，和在云服务器上的高效AI模型训练；以及利用AI提质增效，实现面向AIoT的数据驱动和AI决策优化算法引擎。

以下是一些具体的例子：首先，针对5G Massive MIMO天线权值的优化。mMIMO系统是第五代移动通信技术的关键，旨在提高网络覆盖和系统容量。该系统通过在水平维度基础上扩展垂直维度，利用信号空域，具备丰富的空间自由度。其多天线阵列产生的信号辐射状非常窄，需要精准控制波束以对准用户。随着5G基站密度大幅提高、可调参数数量激增、不同小区环境影响和相邻基站之间相互冲突的条件，mMIMO系统的用户中心调优控制变得异常复杂，优化空间巨大，且无法在现网频繁尝试。

AIR与亚信合作，基于5G三维信道建模仿真，研究了多基站MIMO天线权值的优化。通过高效表征建模环境状态和动作，以及多智能体优化算法建模，我们取得了初步研究成果，使5G网络功耗降低15%以上，5G网络覆盖质量提升5%以上。

第二个例子是基于离线强化学习的复杂工业/能源系统优化。通过对AI+火力发电机组燃烧控制的优化，我们成功提升了机组燃烧效率，为一台600MW机组年节省了3000-4000吨煤。

此外，AIR在构建高能效AI计算系统方面进行了一系列研究工作。例如，针对面向异构硬件的模型生成，我们提出了基于预测的方法，能够快速搜索在特定硬件上满足推理延迟的模型结构，并因此荣获了MobiSys 2021的最佳论文奖。AIR还对big.Little CPU的模型推理进行了深度优化，最高可加速97%，降低能耗55%，相关研究论文发表在MobiCom 2021大会上。

综上所述，我们相信AI在赋能绿色计算方面有着巨大潜力。我们需要沉淀一系列可跨领域应用、可通用化的数据驱动算法，并建立AI控制优化算法引擎。通过试点、合作和转化，将这些算法应用于多领域，以期为实现我国2060年碳中和目标贡献力量。AIR期望与同行共同努力，利用AI+IoT推动绿色计算的实现。