卡内基梅隆大学研究人员通过NSF计算考察奖解决碳使用和可持续性问题

卡内基梅隆大学计算机科学学院的研究人员将为两项旨在减少碳使用和创建可持续计算的多机构研究计划做出贡献。

这些项目最近通过美国国家科学基金会 （NSF） 的 Expeditions in Computing Awards 计划获得了资助，该计划将向三个项目提供 3600 万美元（opens in new window），这些项目有可能彻底改变计算，并对减少计算机生命周期的碳足迹产生重大影响。Expeditions计划是一项雄心勃勃的计划，提供了NSF计算机和信息科学与工程理事会（CISE）的一些最大投资，以支持有望对社会，经济和技术进步产生持久影响的变革性研究。

“我们很高兴地宣布这些富有远见的项目，这些项目将推进环境责任并促进计算领域的创新，”CISE代理助理主任Dilma Da Silva说。“祝贺这些开创性团队，他们的研究将在计算脱碳和机器学习彻底改变操作系统设计方面开辟新的途径。”

计算脱碳

其中一个项目是 NSF Expeditions in Computing for Computational Decarbonization of Societal Infrastructures at Mesoscales（opens in new window），将开发计算脱碳 （CoDec） 的新领域，重点关注计算、交通、建筑和电网等不同社会基础设施的碳排放生命周期（从生产和使用）。

碳和其他温室气体排放导致的气候变化对地球生态系统和人类构成生存威胁。但是，限制能源使用和关注能源效率并不能充分减少碳排放。相反，努力应通过关注和优化碳效率来实现脱碳。

SCS的教师将与来自五个机构的研究人员合作，开发新的传感技术，以更好地显示和跟踪碳足迹，使用人工智能和优化理论来进一步提高能源灵活性，并最终创建软件和系统来优化碳使用。 Yuvraj Agarwal（opens in new window）将担任CMU的首席首席研究员，Zico Kolter（opens in new window）将加入项目团队。Agarwal 和 Kolter 为该项目带来了许多专业知识，主题包括传感、系统、安全和隐私、人工智能、使用数据激励决策，以及了解计算如何与智能建筑和高效基础设施交互。

“这个项目将使用计算技术来帮助解决脱碳问题，脱碳可以说是这一代人最紧迫的社会挑战之一，” 软件与社会系统系（opens in new window）（ S3D）和 人机交互研究所（opens in new window）计算机科学副教授 Agarwal 说.“需要一种跨学科的方法才能取得进展，而这正是CMU，其计算机科学学院，尤其是学校内的软件和社会系统系所要应对的挑战。

Agarwal将致力于设计系统，以可验证的方式在不同规模和我们都使用的社会基础设施中跟踪碳。这项工作包括使用传感和推理技术来表征隐含和操作碳，并以可操作的格式呈现信息以刺激变革。Agarwal 将创建将碳排放视为一流设计约束和优化目标的系统。

“发电厂和电网碳排放的实时数据;嵌入式传感器;建筑物、车辆和基础设施的连通性让我们更好地了解碳的生命周期以及开发减少碳的方法所需的数据，“Agarwal 说。

Kolter 将开发机器学习方法，将优化过程和模拟直接集成到模型本身中。这个过程可以使模型利用数据驱动的人工智能技术的优势，同时结合有关物理过程和现实世界环境的其他“约束”的已知知识。

“计算和人工智能的持续进步，加上气候变化的严重影响，使这个项目的时机成熟，”计算机科学系副教授Kolter说。

可持续计算

语言技术研究所 （Language Technologies Institute） 计算机科学助理教授 Emma Strubell（opens in new window）将为第二个 Expeditions 项目做出贡献。由哈佛大学和宾夕法尼亚大学共同领导的 NSF Expeditions in Computing： Carbon Connect — An Ecosystem for Sustainable Computing（opens in new window）将为可持续计算奠定基础。

根据《巴黎协定》限制全球变暖，到2030年，信息和通信技术部门的温室气体排放量将比2020年基线减少约45%。为了实现这一目标，Carbon Connect将专注于通过识别和开发所需的基础技术来减少计算机系统本身对环境的影响，这些技术可能会引发这些系统的制造、分配和消费方式的转变。这项工作可以带来一种更负责任和可持续的方法来推进计算技术。

“最近的技术进步，如生成式人工智能，在帮助应对包括气候变化在内的重大社会挑战方面具有巨大潜力。然而，这些相同的技术也带来了高碳足迹，必须在短时间内大幅减少才能实现气候目标，“Strubell说，他将领导该项目的应用主题，该主题将专注于生成式人工智能和虚拟空间。“实现必要的减排将需要跨领域的创新，考虑到技术堆栈上下排放的固有权衡，以及与行业和政策制定者的密切合作，这正是我们通过这个高度协作的项目实现的目标。”

除了提高硬件、软件和数据中心效率方面的最新水平外，Carbon Connect还打算为计算机行业的碳核算建立新的标准，从而影响未来的能源政策和立法。

如需了解更多关于 Expeditions in Computing Awards 的信息，请访问 NSF 网站（opens in new window）。