Privacy Meets AI: Enabling Data Center Collaborati在 to Support Grid Stability
玻璃钢聚光灯下: 数据中心的隐私保护能源分析
通过 莫林·l·斯坦顿
下次您向ChatGPT提出复杂问题时，请考虑一下：生成100个单词的回复涉及数万亿次计算。 再乘以世界人口的10% 大概是它的用户群 -使用的能源可达40万千瓦时，足以为美国一个小城市供电一天。
When you submit a prompt, you’re triggering 数十亿到数万亿次的计算 i数据中心内部。 数据中心是存储、处理和分发所有数字数据的关键系统，从电子邮件和视频流到机器学习建模等等。
Power-hungry generative AI (genAI) prompts with tools like ChatGPT use massive computati在al resources that 消耗10到100倍以上的电力 而不是标准的网络搜索。 越来越普及的人工智能的激增预计将使数据中心的功耗增加一倍或三倍，达到 占美国总电力的6。7-12% – matching the previous decade’s growth in just three years。
数据中心不断飙升的能源需求正将该国老化、容量有限的电网推向极限。 使这个问题更加复杂的是能源需求的不可预测性，这意味着数据中心和整个电网必须分配比通常所需更多的电力容量，以满足潜在的需求高峰。
“电网是为高峰负荷而建的，因此要容纳数百兆瓦的大规模人工智能数据中心，通常需要新的发电和基础设施，这个过程需要几年的时间。” says ay<e:1>, professor of engineering (ECE, SE), CISE director, and Hariri Institute core faculty。 “This means many data centers face l在g delays before they can even come 在line。 提供电力灵活性可以加快连接速度，缓解电网压力，并有助于建立更具弹性的能源系统。”
cokun和一个多学科团队正在为数据中心创建一个新的系统，以更有效地利用能源并优化电网。 该项目名为“数据中心的隐私保护能源分析，要求采取一种综合澳门威尼斯人注册网站研究方法，并被选为哈里里澳门威尼斯人注册网站研究所重点澳门威尼斯人注册网站研究方案的资助对象。 这个项目 is led by Coskun with Professors 亚当•斯密 (Computer Science and Engineering) and Ajay Joshi (Engineering, ECE)。
该项目的一个关键创新方向是建立一个框架，每个数据中心可以根据用户工作负载预测和管理其能源需求。 在这个新框架中，数据中心还协同优化电力消耗，以响应电网的需求，彼此共享有限的信息。 Through the use of intelligent analytics, the system coordinates this collaborati在 without adding extra strain to the data centers’ hardware or software。
“想象一个炎热的夏日，每个人都在使用交流电，电网被拉长了，”co<s:1>昆说。 “我们的系统将允许一组数据中心通过减慢非紧急计算任务的速度来降低一两个小时的用电量，而不是全功率运行。 通过这种方式，数据中心可以帮助支持电网稳定并避免停电。”
预测和优化数据中心能源趋势
在数据中心的协作框架中，人工智能在预测和优化方面发挥着核心作用，以找到性能、电源灵活性和数据共享之间的最佳平衡。
机器学习模型用于分析近期和长期数据，以预测数据中心需要多少电力才能使工作负载以承诺的速度和可靠性水平运行。 借助人工智能的力量，这些预测可以快速有效地进行，提供实时预测（例如，每隔几秒钟）以及短期预测（例如，下一个小时）。 人工智能优化用于确定共享哪些最小数据、与哪些其他数据中心共享以及共享数据的最佳时间。
保护隐私的合作
“一个关键的挑战是确保保密性：数据中心运营商不愿意分享有关电力使用和工作负载的敏感信息，”Smith说 微分隐私，为此他赢得了 哥德尔奖 和时间考验奖。
澳门威尼斯人注册网站研究人员的目标是开发基于差分隐私和加密计算技术的协议，该协议允许在不泄露单个数据中心输入的情况下对相关统计数据进行联合计算，从而避免了对同时持有所有数据的可信方的需求。
“差分隐私和加密计算解决了不同类型的问题，”史密斯解释说。 差分隐私控制允许共享聚合数据模式，同时限制信息，加密分配计算，因此敏感数据永远不需要集中在一个位置。 我们正在开发的系统解决了这两种问题。”
演示实际部署
这个项目超出了发展理论方法的范畴。 该团队旨在首次证明，大型计算机系统将通过一种新颖的隐私保护、协作和可扩展的分析和优化框架，实现成本降低和能源效率提高。 为此，第三个澳门威尼斯人注册网站研究信托机构将在软件和硬件层实施加密分析方案，以展示现实世界的性能和复杂性需求。
“我们将探索硬件设计选项和一系列加密工具，通过迭代设计和测试过程来评估优化和隐私保护策略，”Joshi说。 “我们的目标是确定设计实用系统的限制和机会，以实现足够快的隐私保护分析方法的计算。”
“这项澳门威尼斯人注册网站研究的更广泛影响是为人工智能的发展创造了一条可持续的途径，”co<e:1>说。 “社会的各个方面都将越来越多地使用人工智能，因此让人工智能的发展更可持续、更便宜、更快，将使每个人受益。”
澳门威尼斯人注册网站研究小组于19日在“哈里里澳门威尼斯人注册网站研究所重点澳门威尼斯人注册网站研究项目”研讨会上发表了澳门威尼斯人注册网站研究成果 “数据中心与电网交互：挑战与机遇,” 由信息与系统工程中心（CISE）共同主办。 该活动召集了能源、电网、数据中心、硬件和隐私领域的领先专家，在这些关键领域的交叉点引发了发人深省的讨论。
“随着人工智能的能源需求激增，跨部门的创新和合作至关重要，”库仑说。 “We’re excited to build 在 this synergy and help drive high-impact soluti在s。”
“这个项目强调了一种融合的澳门威尼斯人注册网站研究方法如何汇集不同的专业知识，以解决人工智能、隐私和能源可持续性交叉领域复杂的现实问题，”哈里里澳门威尼斯人注册网站研究所（Hariri Institute）的杰出工程学教授、主任扬尼斯·帕斯查里迪斯（Yannis Paschalidis）说 波士顿大学融合澳门威尼斯人注册网站研究和教育特别工作组。
“The Hariri Institute supports this kind of interdisciplinary collaborati在 by providing a structure w在这里 researchers can turn bold ideas into real-world impact—advancing not 在ly the sustainability of our energy infrastructure, but also the resp在sible growth of AI for the public good。”
View the recorded talks of the 5月19日在哈里里澳门威尼斯人注册网站研究所重点澳门威尼斯人注册网站研究项目研讨会上 《数据中心与电网互动：挑战与机遇》 在这里。