大型人工智能工作負載的功率爆發可能會造成電網不堪重負

在英國，每當有足球比賽（或者任何其他廣受關注的電視賽事）播出時，電力供應商國家電網都會面臨一個問題：在中場休息或廣告時段，大量觀眾會去打開電水壺。這種英國式的“高度協調”活動給電網帶來了巨大的壓力，導致電力需求激增，有時高達數千兆瓦。

在人工智能訓練中，類似的現象每秒都可能發生。由于訓練是在大型數據中心的數千個GPU之間同時進行的，而且每一代GPU的功耗都在不斷增加，因此每一步計算都會導致巨大的能耗峰值。現在，至少有三家公司正在研究一種解決方案來平滑電網的負載——在這些數據中心添加巨型電容器組，即所謂的超級電容器。

“當你擁有所有這些 GPU 集群，并且它們在相同的工作負載下相互連接時，它們會同時開啟和關閉。這是一個根本性的轉變，”電力設備供應商伊頓公司副總裁兼數據中心首席架構師Joshua Buzzell說道。

這些協同峰值可能會給電網帶來壓力，而且這個問題在不久的將來只會愈演愈烈。“我們試圖解決的問題是語言模型，它們可能比現有的模型大10到20倍，甚至100倍，”Buzzell說道。

人工智能工作負載有時會出現短時間的突發用電，導致電網負載劇烈波動 [藍色]。超級電容器組可以在短時間內儲存能量 [紫色]，從而補償人工智能的突發用電，使電網的電力需求更加平穩 [紅色]。西門子能源

一種解決方案是依靠備用電源和電池進行充電和放電，這樣可以快速提供額外的電力。然而，就像手機電池在多次充電后會老化一樣，鋰離子電池在如此高的充電速率下也會迅速老化。

另一個解決方案是使用虛擬計算，即在沒有峰值時運行的計算，來平滑需求。這使得電網的負載更加穩定，但也會浪費能源去做一些不必要的工作。

用于人工智能電源管理的超級電容器

多家公司正在推出使用超級電容器組的新解決方案。超級電容器有兩個平行板，就像普通電容器一樣。但它們在板之間還有一層電解質層，類似于電池。然而，電池以化學方式儲存能量，而超級電容器以靜電方式儲存能量，無需發生反應。這使得它們能夠快速充電和放電，在短時間內提供電源備份，并且不會隨著時間的推移而顯著下降。西門子能源正在銷售E-statcom，這是一種超級電容器組，與整個數據中心級別的負載并聯。它們可以在毫秒級的時間內充電和放電，每個單元的循環功率高達 75 兆瓦，并且承諾使用壽命為 12 至 20 年。該公司目前正在尋找數據中心領域的客戶。

伊頓正在銷售XLHV（以及其他配置），這是一種超級電容器組，其尺寸與服務器機架的單個單元相當（尺寸為156 x 485 x 605毫米深）。單個單元可動態輸出高達420千瓦的功率，使用壽命長達20年。其中一些產品已在數據中心部署。

臺達電子正在銷售“電力電容架”，這是一種單機架單元大小的鋰離子電容器組，能夠支持15千瓦的負載，最長可持續5秒。“臺達電子選擇的電容器介于超級電容器和鋰電池之間，”伊頓超級電容器全球產品經理Jason Lee說道。

這些產品以及其他類似的產品可以幫助平滑電網的負載波動。“這是成為優秀電網公民的一部分，”李說。“這樣一來，我們就不會看到所有波動都回到電網，而是可以捕捉所有脈沖和低點，并將其平滑到公用事業公司提供的平均功率水平。”

在向可再生能源轉型時，這一點尤為重要。太陽能和風能的電力供應比石油和天然氣的電力供應更具波動性，因為它受天氣和其他因素的影響。這意味著，根據負載變化來增加或減少電力供應并不總是那么容易。可預測的負載有助于更好地規劃和配置，因此實施某種平滑機制尤為重要。

然而，李指出，這并非萬能藥。超級電容器“有其獨特的市場定位。它們不會在所有領域取代電池。但這些短期事件（例如人工智能的電力爆發）是超級電容器的理想應用。”

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