【06】算力-能耗曲线：把"同样的电，更多有效算力"算出来

作者：Rainnou · 2026/10/14 数据来源：Ola【04】COMSOL仿真：把"热阻"算出来、【05】COMSOL仿真：三个发现 模型依据：1.钠电AIDC存算一体能耗理论模型

一、这篇要解决什么问题

前面我们做了两件事：一是把AIDC的能耗拆成了计算、搬运、存储、冷却、配电五部分（理论模型）；二是用COMSOL算出了热阻、PUE和各温度下的最大负载（【04】【05】）。

但项目的核心命题——"同样的电，到底能多多少有效算力？"——一直没有被直接算出来。 这篇把仿真数据接进模型，用Pandas跑完25个工况，画出算力-能耗曲线，给出量化答案。

模型里有效算力的定义是：

C_eff = C_nom × η_stable × η_thermal

本文只处理热侧（先令η_stable=1，钠电平波动的部分留到下一篇），重点标定热约束系数η_thermal，并回答"冷却设定点选多少度最划算"。

二、数据怎么接进来

COMSOL扫描了5个冷却液入口温度 × 5个芯片热流（对应20%~100%负载），共25个工况。两条关键关系把仿真数据翻译成模型参数：

1. 芯片温度（由热阻反算）：

T_chip(°C) = T_in(°C) + R_th(q,T_in) × q × 1e4

（单位换算：1 W/cm² = 10⁴ W/m²。用15°C、100 W/cm²校验：15 + 1.049e-4 × 100 × 1e4 = 119.9°C，与【04】原文完全一致。）

2. 热约束系数（由队友的有效算力指数反算）：

η_thermal = 有效算力指数 × PUE

降频模型沿用【05】：阈值85°C，超过后每升高1°C损失2.5%算力，最低保留20%。

三、四张图，四个结论

图1：算力-能耗曲线——同样的电，多多少算力

横轴是有效算力（越多越好），纵轴是总功耗（即花了多少电）。实线是不降频的有效运行区，虚线是降频损失区（加电也不增算力）。

取一条固定电量预算（P/P_full=0.432，即自然冷却40%负载的耗电）横向切过去，各冷却策略能买到的有效算力分别是：

冷却液温度	15°C	25°C	35°C	45°C	55°C
固定电量下有效算力	0.361	0.400	0.400	0.374	0.276

结论：同样的电，25°C策略产出的有效算力比15°C高11%，比55°C高45%。 35°C数值相同但温度裕量更小，工程上仍选25°C。

图2：不同负载下，最优温度会移动

• 低负载（20%~40%）：25°C以上都行，反正芯片不热，PUE一样；
• 中负载（60%）：25°C明显最优，55°C会掉到0.185；
• 高负载（80%）：15°C反而最好——此时降频损失已经超过冷机的电费，宁可多耗电也要把芯片压凉。

图3：冷却设定点存在最优点，就是25°C

提高冷却液温度有两个相反效应：PUE单调改善（在25°C处饱和，之后定格1.080）；降频损失单调恶化（无饱和）。两条曲线的交点就是最优点：25°C，正好卡在自然冷却阈值上（环境30°C + 逼近温差5K − 供回水温差10K）。

越过25°C之后，冷机已经停了，PUE不会再降，但芯片继续变热、负载上限继续掉——是纯损失。

图4：选错温度，有效算力差4.5倍

25个工况的有效算力指数热力图：绿色是高效区，红色是严重降频区。60%负载下，25°C（0.836）与55°C（0.185）相差4.5倍。

四、η_thermal标定矩阵

这是本文回填进理论模型的核心参数（原为"待CFD"，现已标定）：

负载率	15°C	25°C	35°C	45°C	55°C
20%	1.000	1.000	1.000	1.000	1.000
40%	1.000	1.000	1.000	0.934	0.689
60%	1.000	0.903	0.659	0.415	0.200
80%	0.634	0.389	0.200	0.200	0.200
100%	0.200	0.200	0.200	0.200	0.200

五、局限与待补

1. 绝对温度偏高：单通道模型R_th约为量产多通道冷板的10倍，100 W/cm²下给130°C、真实冷板约65°C；本文所有结论都是相对比较，不影响方向。
2. 降频参数是假设：85°C阈值、2.5%/°C系数未查到芯片厂商手册一手出处，需核实。
3. 泵功耗未计入：当前PUE只算了冷机，冷板回路泵功耗（由压降决定）待补。
4. 钠电侧尚未接入：本文η_stable取1，"钠电把η_stable从0.6~0.8拉到0.9+"的增益将在钠电篇接入。

六、可直接进模型的参数

• η_thermal矩阵：见第四节（25个工况）
• R_th(q,T_in)：1.041~1.099 ×10⁻⁴ m²·K/W，随热流和温度变化5.5%
• PUE(T_in)：15°C → 1.198；25°C及以上 → 1.080
• 最大不降频负载（W/cm²）：65.7 / 56.3 / 46.9 / 37.5 / 28.2
• 最优冷却设定点：25°C（自然冷却阈值）

数据与绘图脚本：cfd_simulation_long.csv、cfd_calibrated.csv、plot_energy_curves.py（Pandas + matplotlib，可复跑）。