Credit: CC0公共领域一个由可持续能源驱动的未来可以拯救世界免受毁灭性的气候变化，并减少能源账单。但是可再生能源有一个间歇性的问题——太阳在晚上不提供能量，而风会突然停止。此外，电网必须保持供需平衡，否则将面临激增和停电的风险。因此，可再生能源在生产过剩时被倾倒，而在其他时候，发电厂燃烧化石燃料以满足电网短缺。
南加州大学维特比工程学院计算机科学助理教授巴拉思·拉格哈文(Barath Raghavan)说:“按照目前的情况，五年后，加州每年浪费的可再生能源数量将相当于洛杉矶每年使用的能源数量。
更好的电池储存——全世界科学家的圣杯——被认为是解决间歇性问题的关键，因为它可以在风和太阳强烈时储存能量。但是目前的存储解决方案，包括锂离子电池和抽水蓄能，价格昂贵且难以扩展。
如果剩余的可再生能源可以储存起来作为计算，那会怎么样？这就是“信息电池”背后的想法，这是由拉加万和加州大学圣地亚哥分校的博士生詹妮弗·斯威策提出的一个新系统，最近发表在《美国计算机学会能源信息学评论》上。
预测可能的计算
信息电池的基本思想很简单:当可再生能源过剩时，它被用来在大型能源密集型数据中心进行推测性计算。根据能源效率和可再生能源办公室的数据，这些数据中心——从谷歌和脸书到好莱坞电影渲染——消耗的能源是典型商业建筑的10到50倍。储存的计算结果可以在绿色能源不足时使用。
“我们观察到，如果我们能够预测未来可能发生的计算，我们现在就可以在有能量可用的情况下进行这些计算，并存储结果，这些结果现在已经体现了能量，”Raghavan说，他的研究侧重于系统和可持续性。
例如，每天，YouTube数据中心将超过70万小时的视频转码为不同的分辨率。这些计算中有许多是可以预测的，并且可以在有多余绿色能量的时候执行。此时，数据被存储在服务器上以备后用，这时电网上可用的可再生能源更少了——实际上是将电力消耗从一个时间段转移到另一个时间段。
那么，这是如何像电池一样工作的？Raghavan说，从科学意义上来说，电池是做有用工作的势能的储存库，无论是电的还是其他的。大部分储存在电池中的能量将一种能量转化为另一种势能，例如，电能转化为重力能。在这种情况下，信息提供能量的方式与电池相同，因为电能被转化为所谓的“信息势能”
除了利用任务的可预测性，该系统还很灵活:提前完成的计算不需要与稍后完成的计算完全匹配。
Raghavan说:“我们支持预先计算许多计算片段，然后以后可以挑选之前完成的小计算片段，比如拼图，并将其组装在一起，快速计算出一个全新的计算任务。
Raghavan说，对于某些类型的工作负载，信息电池系统比锂离子电池提供更好的效率。具体效率取决于多种因素，如计算类型和功率的可预测性。但与锂离子电池不同，存储数据在金钱和能源方面都很划算。这可能有助于减少对化石燃料的依赖，化石燃料占全球温室气体排放量的四分之三。
一个有希望的未来选择
研究人员说，虽然这个想法本身相对简单，但挑战在于确定执行什么计算、何时何地以及如何进行这些计算，以便以后有效地检索结果。
Raghavan和Switzer在题为“信息电池:用投机执行储存机会力量”的论文中提供了零碳系统的设计和概念实现证明，该系统包括用于预测可再生能源未来可用性和数据中心即将到来的任务的递归神经网络。
它还包括一个存储函数的缓存和一个修改后的编译器，用于自动修改代码以存储和检索结果。基础设施在地理上是分散的，包括许多小的、分散的数据中心，每个数据中心都位于该国风能或太阳能产量高的地区。
Raghavan说:“有了这个系统，公司将使用本来会被丢弃的电力，其他所有人都会受益，因为电网运营商不必在晚上增加天然气电力来补偿需求。
研究人员在研究中探索了某些限制:例如，它只可能在某些工作负载和某些环境中实现。但Raghavan认为，随着预测能力的提高和与大型系统的集成，该技术为未来储存绿色能源指明了一个充满希望的替代方案。“在可持续发展的文明规模的挑战中，”Raghavan说，“我们需要我们能得到的每一个工具。”
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