CN103270493A - 基于电力准则的计算负荷转移 - Google Patents

Abstract

计算负荷是基于与发电关联的一项或更多项指标而被移入计算阵列或移出计算阵列，所述发电与由计算阵列使用的电力关联。通过提供与计算负荷关联的数据而将计算负荷移入计算阵列或从计算阵列移出。一项或更多项指标包括计算阵列的可用电力的量变。基于计算阵列的可用电力减少和第二计算阵列的充足计算容量的指示，计算负荷从计算阵列被转移到供有来自不同发电设施的电力的第二计算阵列。

Description

基于电力准则的计算负荷转移

背景

技术领域

本申请涉及计算中心之间基于电力准则的转移计算负荷。

背景技术

诸如服务器机群的计算阵列正更普遍地变成“云”计算，并且其它形式的远程计算持续扩展。远程计算机设施允许各种服务如电子邮件、数据库和网页寄存的异地功能。诸如政府或企业的大型组织通常采用采用了大量服务器的集中式或集群集中式的设施。此外，大群服务器提供了诸如搜索和多媒体内容的网页服务。所有这些需求导致服务器计算机的计算阵列数目的增加。

电成为操作计算阵列的较高成本之一。因此，大量投资已投入硬件和软件以高效地操作计算阵列的服务器并在可能的情况下节电。例如，节电技术包括将芯片上和计算阵列中两者的可用资源匹配负荷需求以及减少非必需的那些资源的电力。因此，根据负荷需求对计算阵列供电。由于电已被证明是操作大型计算阵列的一项重大费用，对减少计算阵列的能源利用和/或相关成本的持续改善是可取的。

发明公开

关于因计算阵列的能源利用的成本节约的一个方面是能够基于阵列利用的能源的可用性四处移动计算负荷。因此，在实施方案中提供了一种方法，所述方法包括基于与发电关联的一项或更多项指标将计算负荷移入计算阵列或移出计算阵列，所述发电与由计算阵列使用的电力关联。所述方法还可包括通过提供与计算负荷关联的数据来将计算负荷移入计算阵列或从计算阵列移出。在实施方案中，所述一项或更多项指标包括有关计算阵列的可用电力量中的变化。在实施方案中，所述一项或更多项指标包括有关计算阵列的电力的成本。在实施方案中，所述方法还包括根据指示有关计算阵列的可用电力减少的指示的一个或多个指标的指示，将计算负荷从计算阵列转移到供有来自不同发电设施的电力的又一个计算阵列。

在实施方案中，所述方法还包括将来自波动的发电设施的电力供给计算阵列；以及基于反映波动的发电设施的状态的一项或更多项指标，将计算负荷移入计算阵列或移出计算阵列。在实施方案中，波动的发电设施是太阳能阵列并且太阳能强度数据产生于围绕太阳能阵列的光电检测器的同心环中，太阳能强度的变化在其中被确定为状态。所述方法可包括确定太阳能强度中变化的量值和持续时间。太阳能强度变化可使用光学成像来检测以测量物体的大小、距离和速度。

在实施方案中，所述方法包括将来自波动的发电设施的如电力、风能产生的电力供给计算阵列并利用用于波动的发电设施的风能中的变化作为指标之一。

在实施方案中，所述计算阵列包括提供远程计算服务的多个服务器。在实施方案中，产生电力的发电设施与计算阵列搭配。

在另一个实施方案中，一种装置包括处理系统，所述处理系统响应于发电状况的指示以基于所述指示确定计算阵列的可用电力中即将发生的变化。

在实施方案中，所述装置还包括布置在太阳能阵列周围并耦合到处理系统的光电检测器的同心环，所述处理系统响应于来自光电检测器的信息以检测太阳能阵列可用的太阳能强度中的变化，以便确定可用电力中即将发生的变化。

在实施方案中，所述装置还包括光学成像装置以测量蓝色天空的大小以及非蓝物体的距离和速度。

在另一个实施方案中，一种系统包括从第一发电设施接收电力的至少第一计算阵列。控制系统响应于与供给第一计算阵列和从第二发电设施接收电力的第二计算设施的至少一个的电力关联的一项或更多项指标，基于一项或更多项指标来使计算负荷在第一计算阵列和第二计算阵列之间转移。在实施方案中，所述一项或更多项指标包括第一计算阵列或第二计算阵列处可用电力的指示或与提供的电力关联的成本的至少一项。

在实施方案中，所述控制系统基于有关第一计算阵列的可用电力减少的指示，响应将计算负荷从第一计算阵列转移到第二计算阵列。

在实施方案中，所述系统包括耦合第一计算阵列和第二计算阵列的光学通信路径。

在实施方案中，所述控制系统根据第二计算阵列处可用的计算资源的指示，响应将计算负荷从第一计算阵列转移到第二计算阵列。

在实施方案中，系统包括分别从独立发电设施接收电力的第一计算阵列和第二计算阵列。控制系统响应于与第一计算阵列和第二计算阵列的至少一个关联的计算成本，以基于计算成本将计算负荷从第一计算阵列转移到第二计算阵列。

附图简述

参考附图可更好地理解本发明，并且本发明的许多目的、特征和优势对于本领域的技术人员而言变得显而易见的。

图1描绘了根据本发明的实施方案的计算系统的高级图示。

图2描绘了从需要自其中传送负荷的计算阵列的角度示出了与计算负荷的传送关联的高级操作的高级流程图。

图3描绘了从将负荷传送至其处的计算阵列的角度示出了与计算负荷的传送关联的高级操作的高级流程图。

图4描绘了其中光电检测器的同心环被放置在太阳能阵列的外面以检测太阳能阵列可得到的太阳能强度中即将发生的变化的实施方案。

图5描绘了其中相机用来检测太阳能阵列的太阳能强度中即将发生的变化的实施方案。

不同附图中使用的相同参考标记指示相似或相同的项。

执行发明的方式

参考图1，描绘的是计算阵列101、103和105的系统的高级框图。每个计算阵列101、103和105供有来自相关发电设施107、109、111的电力。发电设施107、109、111通常相互独立并且可从不同的来源发电。例如，发电设施107可以是太阳能阵列。发电设施109可采用风能且发电设施111可以是常规的煤、天然气、生物质或核能发电设施。当然，发电设施可采用任何类型的发电。

易失性可再生能源（风能和太阳能）由于它们产生电力的不同能力而比较昂贵。此外，将这些电源连接到电网经常需要构建新的输电线路。构建新的输电线路需要新塔，在新塔之间容易发生故障的铝芯电缆会被串线，并且需要用于输电塔的电力中断的关联土地清理。将可再生能源连至电网的成本可能会超过风车或太阳能电池板（需要非常大的可再生能源装置以分摊连结成本）连到电网的成本。

取代将电力从发电设施运送至远端的计算机并且由于输电损耗在过程中失去一定比例的电能，计算阵列可位于电力产生处，从而基本上消除输电损耗，产生更廉价的电。输电和配电中的损耗为约10％，但额外的30％损耗在数据中心中以及另外5％-10％的电力损耗在额外的低效率AC/DC转换中。这些数字忽略了冷却成本，冷却通常在总电力预算的25％和33％之间移动。

如果计算被认为是本地电力耗散器，并且该计算的结果表述为数据（施加的电）且该数据在功能上具有零（或相对减少的）损耗的光纤中传输，那么计算可被用来作为显著更有效的应用输电和配电模型。这可能需要扩建计算容量，但局部消耗以及光纤数据传输和分配代替铝芯电缆输电和配电的电力优势可足以覆盖闲置计算资源的成本而有余。此外，与电力损耗相关的所有这些成本可以通过将可再生发电机功能转换成计算机电源予以降低。对于风能和太阳能基于一天中的天气和时间而不同地发电，计算负荷可以被转移到其它计算设施以利用供电不同计算阵列的可用电力。

应用程序计算的优势在于更低的成本和更高的效率。如本文所用，应用程序计算是计算从用户拥有和管理计算基础设施到服务供应商拥有和管理的基础设施的。电插口表示用于发电、配电和调节电的非常复杂和昂贵的基础设施的抽象。应用程序计算的目标是计算到类似的“其它管理”资源的抽象。例如，相当少的人自行发电。应用程序计算遵循相同逻辑，使用已经存在的计算机代表拥有发电机，也就是说，相当少的人将完全执行他们自己的计算。相反，这些计算由可再生能源更好地供电的计算设施执行，而额外计算的余量能源成本接近零直到耗尽计算资源。此外，环境成本更少，此处计算负荷可以被移入（或维持在）由可再生能源供电的那些设施中。

另外，数据迁移率远远大于电迁移率，在这个意义上，传输数据比传输电更容易。许多传输线在它们的极限上运行。将部分负荷移出电气线路（即使是少量）而后转移到光纤数据线上导致更多可用的电气传输余量和更大的总电气效率以及更低的环境影响。

此外，电的成本在计算成本中占主导地位。预测是75％或以上的未来服务器成本将是电力。电气成本的显著减少对计算成本将有压倒性的影响。

再次参考图1，计算阵列101执行计算负荷并从波动的发电机107接收电力以执行该负荷。图1中发电机107示出为太阳能阵列但可改为例如风、潮汐或其它类似的不同发电机，该发电机的发电能力基于外部条件如太阳能强度、风或潮汐而波动。如果来自发电机107的可用电力由于例如天气状况或黄昏将被减少，那么计算负荷可以被转移到另外的计算阵列。例如，计算阵列101可以通过光纤通信线路120将其计算负荷转移到计算阵列103。电力监控系统115可以监控发电机107的状况并且通过互联网或其它通信机制与其它电力监控器117和119通信。电力监控系统也可以在光纤通信线路120上通信。虽然为了便于描绘示出为单独的功能，但是电力监控器115、117和119可以是与它们关联的计算阵列的一部分。电力监控系统115可以确定来自电力监控站117和119的可用电力的特性并请求计算负荷传送。由电力监控站117和119提供的可用电力的特性可包括如可用电力的电力可用性和价格这样的因素。此外，电力监控系统117和119提供可用的多余计算容量的指示，以指示处理计算阵列101的计算负荷的能力。电力监控器115评估从其它电力监控器接收到的信息并基于接收到的信息传送负荷。计算负荷可在计算设施之间被分割开。

要评估的准则之一是操作计算阵列的成本，此成本通常涉及供电计算阵列以及冷却或加热阵列这两者所需的电成本。由于电价可以在非高峰需求时下降，将计算负荷转移至最低的成本设施可能是有利的（计算阵列由最低成本的发电设施供电）。因此，一个计算阵列设施相较于另外的设施可能具有更高的能源成本。为了减少总的计算成本，将计算负荷转移到能够获得最低成本的电力的计算设施是有利的。

由于电价在需求高峰的时间之后会下降，那么基于一天的时间将计算负荷转移到设施可能是有利的。例如，因为一天的时间在东海岸上由于与西海岸相比有更低的电力需求，所以更低的成本变得可得到，所以基于一天的时间以及电的相关成本将计算负荷从西海岸转移到东海岸可能是有利的且反之亦然。

确定计算负荷传送的准则之一是与计算负荷的传送关联的成本。传送的成本必须小于电力成本中的差额以使负荷传送在经济上有效。

除了电力成本，电力可用性也可以是一个考虑。随着替换能源比如风、太阳能、波浪等的不同，来自这些来源的电力的可用性可能会改变。因此，供有这种电力的计算设施的计算负荷可以基于这种电力的可用性来调整和/或转移。例如，阴雨天可能会促使计算负荷转移到供有来自不同电源的电力的计算阵列。另一方面，如果大量的太阳能（或波能或风能）在特定时间可用，那么供有常规电力的其它计算设施的计算负荷可能被转移到供有太阳能产生的电力的计算设施。这种传送在对太阳能（和其它绿色）发电提供补贴或对供有碳基燃料产生的电力的计算阵列（至少间接上）征收税收的地方可能是特别有利的。

参考图2，描绘的是从需要自其中传送负荷的计算阵列的角度描绘了与计算负荷的传送关联的高级操作的高级流程图。在201，与计算阵列关联的监控器识别可用电力变化的指标。该指标可能涉及可用电力下降的量，例如以风为基础的发电设施上风的减少，或者可用电的成本增加。例如，通常由风能供电的计算阵列需要切换到以更昂贵的化石燃料为基础的能源。对于太阳能阵列来说，有可能是下雨的预测，或夜晚可能来临。计算阵列接触请求与该计算设施关联的指标的其它计算设施。在一方面，此接触可能是以请求的形式来尝试。那些指标可能包括例如吉赫小时中可用的计算电力量，这是单一吉赫处理器在一个小时中可以做的处理的量，以及包括每吉赫小时的成本，这可能在某种程度上取决于供给阵列的电力的成本。一旦从计算阵列接收到所有相关信息，在207中计算阵列就将其计算负荷的部分或全部传送到一个或更多其它的计算阵列。

除了来自其它计算阵列（来自它们的相关监控器）的请求信息之外，其它计算阵列可定期推出信息，因此所有的计算阵列实时或接近实时基准知道什么样的替换物是可用的。事实上，公共计算设施可能监控所有的计算阵列并基于处理计算负荷的可用性以及与处理该计算负荷关联的成本来移动计算负荷。

图3描绘了从接收计算负荷的计算阵列的角度传送计算负荷。在301中，计算阵列识别其在计算负荷方面的可用性并将此信息提供给其它计算设施。不管可用性，此信息可能都会被定期推出。接收计算设施提供涉及它可以处理的计算负荷的成本和大小的信息。如果另外的计算设施希望传送其负荷，那么303中传送计算设施发送请求到请求可被接受的接收计算设施。如果被接受，那么303中计算负荷被传送。

负荷传送将不仅由从一个计算资源到另一个的活动进程的传送来主导，还由有关在哪里启动新进程的决定来主导。当作业在第二计算设施而不是第一计算设施中开始时，那么负荷被传送。

注意到计算负荷也可以基于来自电力公司的请求来传送。例如，常规应用程序可能具有协议，并为计算阵列提供电的成本方面的激励以在电力短缺期间将计算负荷传送到另一个计算设施来帮助缓解短缺问题，并向其它用户提供更多的发电和输电容量。

假设太阳能装置直接为计算阵列提供给电力。进一步假设该计算阵列具有不同辅助电力功能以及假设电力管理的优选方式是基于电力可用性将计算负荷移入和移出计算阵列，然而也假设可能有某种限度的本地电力存储功能。

除了天气外，能够基于日期和时间可靠地确定阵列处的可用电力。阴天大大减少了可用电力并且部分阴天会产生显著的电力变化量。负荷转移模式在预测模式下运行比在反应模式下好得多。因此，施行实时的云层定位以及提供太阳遮挡时间和持续时间的准确估计的光学系统可以大大地提高太阳能供电的计算模型的效率。因此，在实施方案中，光学成像系统跟踪瞬时太阳能强度。两种通用实施方案在本文被描述成跟踪太阳能强度，当然，所描述的实施方案的变化是可能的。

在一个实施方案中，参考图4，光电检测器403的同心环401被放置在太阳能阵列407之外，如此一个或更多光电检测器检测太阳能强度中的变化，由于例如云层，并将事件推进到集中式处理系统409，集中式处理系统409使用来自整个阵列的输入以确定事件的量值和持续时间。虽然为便于描绘处理系统409被示出只耦合到一个光电检测器403，但是处理系统409接收来自所有光电检测器的输入。基于来自每个光电检测器的强度信息，该处理系统确定太阳能强度影响事件（例如云在阵列上移动）的量值和方向。虽然为便于说明而被分开显示，但是处理系统409可被并入配置的计算阵列。此外，处理系统409可以是电力监控器115的一部分。相关太阳能阵列对太阳能强度变化的响应特性有助于确定环的直径和光电检测器的间距。

参考图5，在第二实施方案中，一系列光学图像捕获设备（相机）501测量蓝色天空的大小以及非蓝物体的距离和速度。虽然为便于描绘处理系统409被示出只耦合到一个光电检测器相机501，但是处理系统409接收来自所有相机409的输入。这允许系统跟踪云层的大小、距离和速度以确定太阳能强度分裂的量值。所需的相机的数量取决于特定系统的需求。

基于从第一或第二实施方案得到的信息，集中式处理系统使用输入以预测即将影响太阳能阵列的事件的量值和持续时间。该预测被用来向不同的计算阵列传送计算负荷。由于云层，太阳能发电站会具有高度瞬变的电力传送。太阳能的瞬变性可能需要创建较长工作周期的能源存储网络。例如，使用电容器的很短时间段的电力存储可以解决太阳能阵列对云层状况的某些瞬态响应。虽然响应于电源中的瞬态变化来传送有源负荷几乎可以是瞬时的，但是有源负荷的转移需要更细心的管理以确保有源负荷的计算在新的位置恰好重新开始。

如本领域的技术人员将理解的，（代替或除电的成本和输电的相关成本之外）其它形式的“成本”也可以用来评估和动态地分配计算资源。这些费用可包括例如与使用计算资源的环境影响关联的某种指标（例如，用于评估温室气体排放的指标）、税收抵免（例如，产生或消耗碳税收抵免的成本-这是积极或消极的-可以在这样的金融工具的市场上购买或出售）。

本文陈述的本发明的描述是说明性的，而不是旨在限制所附权利要求中陈述的本发明的范围。本文所公开的实施方案的其它变化和修改也可以基于本文所陈述的描述来进行，而不脱离所附权利要求中陈述的本发明的范围。

Claims (12)

1.一种方法，其包括：

基于与发电关联的一项或更多项指标将计算负荷移入计算阵列或移出所述计算阵列，所述发电与由所述计算阵列使用的电力关联。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一项或更多项指标的一项与由所述计算阵列使用的所述电力的成本关联。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括通过提供与所述计算负荷关联的数据将所述计算负荷移入所述计算阵列或从所述计算阵列移出。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述一项或更多项指标包括有关所述计算阵列的可用电力量中的变化。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括根据另一个计算设施处可用计算资源的指示，将所述计算负荷从所述计算阵列转移到供有来自不同发电设施的电力的又一个计算阵列。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括：

将来自波动的发电设施的电力供给所述计算阵列；以及

基于所述一项或更多项反映所述波动的发电设施的状态的指标的的一项，将所述计算负荷移入所述计算阵列或移出所述计算阵列。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括：

跟踪包括太阳能阵列的所述波动的发电设施的太阳能强度，以及

提供关于所述太阳能强度的指示作为状态。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：

在围绕所述太阳能阵列的光电检测器的同心环中产生太阳能强度数据；以及

从所述太阳能强度数据中确定太阳能强度的变化作为关于太阳能强度的指示。

9.一种系统，其包括：

第一计算阵列，其从第一发电设施接收电力；以及

控制系统，其对与供给所述第一计算阵列和从第二发电设施接收电力的第二计算设施的至少一个电力关联的一项或更多项指标作出响应，以基于所述一项或更多项指标使计算负荷在所述第一计算阵列和所述第二计算阵列之间转移。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述一项或更多项指标包括所述第一计算阵列或所述第二计算阵列处可用电力的指示或与所述可用电力关联的成本的至少一项。

11.根据权利要求9所述的系统，其中所述控制系统根据有关所述第一计算阵列的可用电力减少的指示，响应将所述计算负荷从所述第一计算阵列转移到所述第二计算阵列。

12.根据权利要求9所述的系统，其中所述控制系统根据所述第二计算阵列处可用的计算资源的指示，响应将所述计算负荷从所述第一计算阵列转移到所述第二计算阵列。

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