HAP: новый горизонт для экологически чистых вычислений в центрах обработки данных

Нет ничего странного в том, что индустрия центров обработки данных использует инновационные решения в области устойчивого развития. В течение долгого времени природные ресурсы Земли использовались как средство повышения энергоэффективности: от объектов, построенных в более прохладных и высоких широтах, до центров обработки данных, построенных непосредственно на дне океана для максимального охлаждения морской воды. Но что, если мы нацелимся на более высокие цели? на Земле?

В последнее время спутниковые центры обработки данных вызывают растущий интерес как новый новый рубеж компьютерных технологий. Однако эта архитектура центра обработки данных имеет несколько недостатков, таких как высокая стоимость, дополнительная задержка и ограниченная полезная нагрузка. Интересно, что высотные платформы (HAP) представляют собой хороший компромисс между этими комбинированными технологиями, поскольку они обеспечивают большую зону покрытия, чем подводные системы, поддерживают более значительную полезную нагрузку и гарантируют более простое обслуживание и меньшую задержку, чем спутники.

Термин «HAP (высотная платформа)» обычно относится к платформе, парящей на большой высоте, например дирижаблю, воздушному шару или дрону над атмосферой. Опубликовано в октябре 2023 г.,Высотные платформы с поддержкой центров обработки данных: экологичностьВычислительная альтернативаоценивает потенциальные энергетические преимущества HAP, концептуальной системы центра обработки данных, в которой серверы размещаются в наполненном гелием дирижабле, похожем на дирижабль.

Во-первых, HAP расположен в стратосфере, что экономит энергию охлаждения благодаря естественно более низкой температуре атмосферы (между 50 и 15 градусами Цельсия). В результате HAP, поддерживающий центры обработки данных, может разгрузить некоторые рабочие нагрузки наземных центров обработки данных, экономя соответствующую энергию охлаждения.

Кроме того, благодаря большой поверхности HAP и ее расположению над облаками, HAP может содержать большие солнечные панели, получая таким образом большое количество солнечной энергии. HAP снабжает сервер солнечной энергией, собранной в течение дня и хранящейся в литий-серных батареях ночью. Таким образом, собранная солнечная энергия может полностью покрыть вычислительную мощность, необходимую серверам центров обработки данных; В то же время эффективно применяются необходимые стратегии преобразования и управления энергией.

Во-вторых, HAP расположен на большой высоте, и благодаря большому охвату территории и отсутствию препятствий на горизонте возможны каналы связи LoS с несколькими приемниками. В результате HAP может установить надежную прямую связь с большим количеством наземных базовых станций. Эти преимущества позволяют HAP, которая поддерживает центры обработки данных, предоставлять множество вычислительных услуг, начиная от поддержки приложений Интернета и заканчивая интеллектуальными транспортными системами, как показано на рисунке 1.

Обратите внимание, что предлагаемое решение по-прежнему остается в значительной степени теоретической концепцией. Сами исследователи сразу же подчеркивают многочисленные проблемы, которые необходимо преодолеть, чтобы сделать центры обработки данных на высотных платформах реальностью.

Важно сократить потребление энергии наземным центром обработки данных за счет максимального увеличения количества бортовых серверов и увеличения вычислительных ресурсов, перекладываемых на HAP. Однако внедрение этой технологии приводит к дилемме использования ресурсов, поскольку потребление энергии и использование ресурсов тесно связаны. С одной стороны, чрезмерное использование доступных ресурсов угрожает физическим возможностям системы и может привести к неработоспособности серверов или несбалансированности HAP. Например, высокая загрузка центрального процессора (ЦП) и/или памяти перегружает сервер и приводит к тому, что система перестает отвечать на запросы или зависает.

С другой стороны, недостаточное использование доступных ресурсов может привести к старению серверов и значительным потерям энергии, поскольку простаивающие серверы могут потреблять до 60% своей пиковой мощности. Поэтому важно использовать соответствующие методы управления ресурсами (например, консолидацию, контейнеризацию) в центрах обработки данных, поддерживающих HAP, чтобы уменьшить количество потребляемой энергии, не пренебрегая при этом физической емкостью доступных ресурсов.

С финансовой точки зрения необходимо учитывать экономическую жизнеспособность HAP, поддерживающего центр обработки данных. Это включает в себя капитальные затраты, такие как стоимость платформы HAP и беспроводных серверов, а также эксплуатационные расходы, такие как затраты на электроэнергию. По общей оценке рентабельности они могут продлить внедрение HAP. С технической точки зрения HAP сталкивается с техническими проблемами, поскольку нестабильные погодные условия в стратосфере предъявляют более высокие требования к электронике. Кроме того, обслуживание дирижаблей и серверов на большой высоте требует баланса между качеством вычислений и продолжительностью миссии.

В совокупности поддержка HAP центров обработки данных как инновационного решения для устойчивого развития может привести к переосмыслению того, где обрабатываются данные, для повышения устойчивости. Хотя некоторые проблемы еще предстоит решить, эта новая концепция открывает возможности для будущего развития центров обработки данных. Для преодоления технических и финансовых проблем и максимизации потенциальных энергетических выгод необходимы дальнейшие исследования и практика.