Więcej mocy obliczeniowej, mniej energii
Rewolucja cyfrowa nabiera tempa, rośnie też nasze zapotrzebowanie na większą moc obliczeniową. Niestety, obecnie stosowane technologie półprzewodnikowe charakteryzują się niską efektywnością energetyczną – w praktyce oznacza to, że serwery i technologie chmurowe, które opierają się na nich, mają równie niską efektywność. W praktyce problem ilustruje doskonale prosty wskaźnik – nawet 40 % energii zużywanej przez serwery jest wykorzystywane w celu ich chłodzenia. „Problem ten potęguje fakt, że złożona konstrukcja nowoczesnego serwera prowadzi do wysokiej temperatury pracy”, zauważa David Atienza Alonso, który kieruje Laboratorium Systemów Wbudowanych (ESL) Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii w Lozannie (EPFL). „W rezultacie serwery nie mogą być eksploatowane z pełną wydajnością – grozi to przegrzaniem i awarią systemu”. Aby skutecznie stawić czoła temu problemowi, Unia Europejska wydała szereg strategii oraz dokumentów dotyczących rosnącego zużycia energii przez centra danych, w tym Kodeks Postępowania dla Centrów Danych przygotowany przez WCB UE. Jak twierdzi Atienza Alonso, realizacja celów tej polityki wymaga zmiany architektury serwerów obliczeniowych oraz wskaźników wykorzystywanych do pomiaru ich efektywności energetycznej. Ten sam cel postawił sobie zespół projektu COMPUSAPIEN (Computing Server Architecture with Joint Power and Cooling Integration at the Nanoscale). „Celem projektu jest dogłębna zmiana stosowanej obecnie architektury serwerów obliczeniowych z myślą o znaczącym zwiększeniu efektywności energetycznej samych urządzeń, a także centrów danych, w których działają”, wyjaśnia Atienza Alonso, główny badacz projektu.
Problem chłodzenia
Podstawowym zagadnieniem, którym zajmuje się zespół tego finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych projektu jest przełomowa architektura 3D, która pozwala na rozwiązanie problemów z chłodzeniem i zasilaniem, występujących we współczesnych serwerach. Czynnikiem, który sprawia, że nowe rozwiązanie jest tak wyjątkowe, jest wykorzystywanie heterogenicznej, wielordzeniowej architektury obejmującej sieć zintegrowanych na czipie mikroprzepływowych ogniw paliwowych, która pozwala serwerowi jednocześnie zapewnić zarówno chłodzenie, jak i zasilanie. Jak twierdzi Atienza Alonso, taka konstrukcja stanowi idealne rozwiązanie problemu chłodzenia serwerów. „To zintegrowane, trójwymiarowe podejście do chłodzenia, oparte na kanałach mikroprzepływowych wykorzystywanych w celu chłodzenia serwerów i przetwarzania ciepła na energię elektryczną, okazało się bardzo skuteczne”, mówi badacz. „Co więcej, jego zastosowanie gwarantuje, że trójwymiarowe układy wielordzeniowe wykonane w najnowocześniejszych nanometrowych skalach nie będą się przegrzewały i w związku z tym będą mogły pracować nieustannie”.
Ekologiczna chmura
Atienza Alonso szacuje, że nowa trójwymiarowa, heterogeniczna architektura obliczeniowa, która odzyskuje energię przeznaczoną na chłodzenie dzięki kanałom zintegrowanych mikroprzepływowych ogniw paliwowych, pozwoli na odzyskiwanie 30–40 % energii zużywanej dotychczas przez centra danych. Przy spodziewanych dalszych korzyściach, które ma przynieść rozwój technologii takich ogniw paliwowych w przyszłości, zużycie energii centrów danych i ich wpływ na środowisko zostaną znacząco ograniczone – osiągnięcie większych mocy obliczeniowych będzie możliwe przy zużyciu energii na tym samym poziomie. „Dzięki integracji nowych, bardziej zoptymalizowanych architektur obliczeniowych i akceleratorów nowe rodzaje zadań obliczeniowych w chmurze – takie jak uczenie głębokie – mogą być wykonywane znacznie szybciej i wydajniej niż dotychczas”, dodaje Atienza Alonso. „Dzięki temu serwery w centrach danych mogą obsługiwać o wiele więcej aplikacji i zastosowań, zużywając znacznie mniej energii, a tym samym znacząco ograniczać ślad węglowy sektora IT oraz przetwarzania w chmurze”.
Słowa kluczowe
COMPUSAPIEN, serwery, obliczenia, moc obliczeniowa, półprzewodnik, efektywność energetyczna, uczenie głębokie, przetwarzanie w chmurze
