从电影《终结者》到AlphaGo，人工智能（AI）逐渐从科幻走进现实。随着云计算、大数据、虚拟化等技术的出现以及计算能力的增强，AI技术日趋成熟，各行业正在经历着一场智能化变革。数据中心以其庞大的数据体量，成为AI重要的应用领域。
数据中心当前面临最紧迫的问题是能源消耗，巨额的电费已经成为数据中心高速发展的瓶颈。随着“3060”双碳目标的发布，各地陆续出台限耗政策，北京发改委近日更是发布了“史上最严”PUE管控要求。数据中心行业正在进行一场如火如荼的“碳中和”运动，绿色能源、节能技术、储能方案等成为“零碳”抓手，而AI技术在此大有用武之地。
数据中心AI节能方向
在众多节能方法中，AI因无需更多硬件的投入，并能持续节能，成为广大数据中心的选择。Google通过引入AI技术解决能耗问题，优化其数据中心的能源使用，极大降低数据中心暖通系统能耗。
为什么是暖通系统？这要回到数据中心电源使用效率PUE（Power Usage Effectiveness）的基本概念：PUE=数据中心总耗电/IT设备耗电≈1+PLF（供电负载系数）+CLF（制冷负载系数）。当前供电负载系数PLF已经提升到了极致，接近瓶颈。为了进一步降低PUE，除了对主设备进行降耗提效外，降低制冷负载系数CLF已成为数据中心节能的重点方向。然而，与暖通系统相关的控制参数组合多达上百万种，传统调优方式只能凭借运维专家经验，对3~5个制冷参数进行调节，难以获得最优控制策略。而AI节能系统通过深度学习结合专家经验，给出最佳节能控制量组合，可以不停迭代优化，实现数据中心全生命周期智慧节能，使数据中心始终运行在能效最优的状态。
四步开启数据中心AI节能新时代
AI技术有三大能力特点：
- 数据感知：包括数据采集、存储、预处理，为AI分析提供训练和推理所需的高质量基础数据；
- AI分析：包括训练和推理两大能力，使用人工智能技术来训练数据，生成各场景所需的算法模型，为各类策略提供支撑，同时也可以使用训练出来的AI模型进行应用推理；
- 意愿洞察：实现用户意愿的识别、转译、验证和保障等功能，在自动化管控系统的配合下，精准实现用户意愿。
我们将AI的三大能力植入数据中心暖通系统节能管理，通过软硬件深度耦合，分四步（数据采集与上传、数据治理、模型训练和推理运算）实现数据中心暖通系统节能（见图1）。
图1 数据中心AI节能逻辑图
数据采集与上传
AI算法依赖于数据中心提供的大量训练数据，数据量的多少直接决定了AI算法的准确性。数据中心各系统部署了大量传感器，可以辅助技术人员运维，并成为AI系统的触角，抓取丰富的运行数据。中兴iDCIM数据中心智能管理系统将数据中心各项基础设施进行统一管理，周期性将采集到的海量数据（包括暖通系统、电力系统、环境参数等）上传到AI系统，提供运算基础。
数据治理
数据中心的数据量庞大复杂，如何在大量数据中找到“正确”的数据，是提升AI精度的关键。中兴通讯具有多年数据中心领域经验，对数据中心各项参数指标有深刻理解。中兴通讯AI系统对采集上来的海量数据进行特征参数自动识别，并根据参数业务特性进行聚合分析，提取出影响能效指标的20多项特征值参数（如室外温湿度、冷机数量、冷冻水供回水温度等）。
模型训练
随着模糊控制、神经网络等技术的日益成熟，AI系统对真实世界的仿真愈加精确。机器学习使用算法来解析数据，将数据注入多层算法中，建立可以自主学习和做出明智决策的神经网络，利用神经网络对现实的物理世界进行模拟，实现物理世界和数字虚拟世界的交互融合。中兴通讯为了实现节能最优控制，首先对数据中心进行PUE模型训练，通过建立PUE与室外环境、IT负载、暖通系统控制参数之间的因果关系，利用神经网络对PUE进行拟合，将提取到的特征参数输入到包含多层隐含层的深度神经网络中，进行自适应学习，为数据中心在虚拟世界中建立一个数字孪生体，时刻模拟数据中心实际运行状态的PUE值。然后进行控制策略优化模型训练，建立基于强化学习的能耗最小化的策略模型，根据历史数据生成潜在控制策略，并利用PUE数字孪生模型对策略进行评价，结合控制策略约束条件，最终完成控制策略优化模型的训练，寻找符合约束的能效最优控制参数。
推理运算
AI系统以PUE模型为约束条件，实时采集的数据作为输入量，推理运算平台从控制参数空间（数百万种组合）以每秒1万参数组合的效率，识别出能效最优的制冷控制参数组合（比如提高水温、增加冷水机组运行数量等），下发到数据中心管理系统，通过运维专家判断控制参数的合理性，并进一步通过群控系统执行控制动作。控制参数经过AI系统、运维专家、群控系统三重过滤，确保下发质量，保障数据中心安全稳定运行。随着AI技术的日趋成熟，控制量的下发判断会逐步摆脱人的干预，实现自主运行。
数据中心AI节能优势
在人工智能的时代，AI节能是数据中心实现持续化节能的最佳途径。中兴通讯基于AI的数据中心节能技术凭借高效节能、安全可靠和可持续化节能管理荣获2020年度中国IDC产业最佳节能解决方案奖。
- 系统更节能：通过AI大数据分析，基于神经网络的深度学习，对暖通系统参数进行提取和训练，自动学习最优运行策略，节能可达8%；
- 信息更安全：AI系统部署在客户现场，数据保存在客户本地系统，信息更安全；
- 控制更可靠：PUE模型最大误差低至0.005，精准预测数据中心能效情况； 控制策略经AI系统、运维专家、群控系统三重过滤，可靠性更强，保障数据中心稳定运行；
- 优化更持久：AI系统根据数据中心实际运行情况不断进行模型训练与优化，时刻为数据中心提供最佳节能策略，实现可持续化的数据中心全生命周期能效管理。
中兴通讯具有10余年数据中心行业经验，已完成300多个案例部署，从方案设计、产品研发等多个维度为客户带来可靠的绿色数据中心解决方案。中兴通讯基于对数据中心的深刻理解，结合深厚的管控技术及算法研发经验，将AI技术赋能数据中心暖通系统节能管理，充分结合数据中心实际运行情况，挖掘数据隐藏的信息，打破制冷效率瓶颈，实现暖通系统的最优调节；通过持续优化迭代，带来8%的能效提升，实现可持续化的数据中心全生命周期高效节能，降低运营成本，为客户带来实际价值。
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