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以下是转换为 Obsidian 格式的模型细化结构，包含使用美元符号的数学公式，以便您在 Obsidian 中阅读和显示。

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HPC 全球年能源消耗模型

模型分为五个主要模块：

1. HPC 类型细分模块
2. 能源消耗种类模块
3. 负荷利用率与动态波动模块
4. 地理与能源结构模块
5. 全局汇总模块

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1. HPC 类型细分模块

将 HPC 系统划分为多种类型，每种类型的功率和利用率可能不同。假设有 $N$ 种 HPC 类型，每种类型分别记录其功率和运行特性：

$$E_{typ{e}_i}=\sum _{j=1}^T{P}_{i,j}\times H_{i,j}\times U_{i,j}$$

• $E_{typ{e}_i}$：第 $i$ 种 HPC 类型的年总能耗
• $P_{i,j}$：第 $i$ 种类型在第 $j$ 时段的功率（单位：kW）
• $H_{i,j}$：第 $i$ 种类型在第 $j$ 时段的工作时间（小时）
• $U_{i,j}$：第 $i$ 种类型在第 $j$ 时段的利用率

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2. 能源消耗种类模块

根据能耗类别细分为直接运行能耗、冷却能耗和待机能耗。

$$E_{i,total}=E_{i,run}+E_{i,cool}+E_{i,idle}$$

• $E_{i,total}$：第 $i$ 种 HPC 类型的年总能耗
• $E_{i,run}$：第 $i$ 种 HPC 类型的运行能耗
• $E_{i,cool}$：第 $i$ 种 HPC 类型的冷却能耗
• $E_{i,idle}$：第 $i$ 种 HPC 类型的待机能耗

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3. 负荷利用率与动态波动模块

根据 HPC 系统的利用率曲线（满负荷和平均负荷），计算不同时段的能耗波动情况。

$$U_{i,j}(t)=U_{avg,i}+A_i\sin (2\pi f_{i}t+{\varphi }_i)$$

• $U_{i,j}(t)$：第 $i$ 种 HPC 类型在时刻 $t$ 的利用率
• $A_i$、$f_i$、${\varphi }_i$：代表负荷波动的振幅、频率和相位

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4. 地理与能源结构模块

全球 HPC 分布不均，且能源来源不同。使用加权的区域能源结构来调整能耗数据。

$$E_{geo}=\sum _{k=1}^M(E_{total,k}\times S_k)$$

• $M$：全球分区数
• $E_{total,k}$：第 $k$ 个区域的年总能耗
• $S_k$：第 $k$ 个区域的能源来源加权因子（由可再生与非可再生能源比例确定）

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5. 全局汇总模块

将各模块的计算结果汇总，输出 HPC 的全球年总能耗。

$$E_{global}=\sum _{i=1}^N{E}_{i,total}+E_{geo}$$

• $E_{global}$：全球 HPC 年总能耗预测值
• $E_{i,total}$：每种 HPC 类型的年总能耗
• $E_{geo}$：地理调整后能耗

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模型使用说明

1. 初始化数据：输入每种HPC类型的功率、冷却和待机能耗，以及全球各地区的能源结构和利用率。
2. 逐模块运行：按顺序计算每个模块的能耗数据，逐步调整并优化计算参数。
3. 全局输出与预测：得出全球年能耗预测值，模拟在不同负荷、地理和能源结构下的消耗情况。

该模型旨在为不同类型HPC系统提供精准的能耗估算，并考虑到复杂的能源结构及负荷波动影响，从而形成稳定可靠的预测。