Disponibilité de l'énergie verte contrôle l'informatique

La demande en énergie des infrastructures informatiques ne cesse de croître, nuisant ainsi de plus en plus à l'environnement. Afin de réduire leur empreinte carbone, les systèmes informatiques sont de plus en plus souvent intégrés dans ce que l'on appelle des microgrids, qui permettent un accès direct à l'électricité issue de sources d'énergie renouvelables. Cependant, la disponibilité locale de l'énergie solaire et éolienne varie fortement. Des chercheurs du Berlin Institute for the Foundation of Learning and Data (BIFOLD) à l'Université Technique de Berlin ont développé une nouvelle approche pour les systèmes informatiques, qui ne permet des charges de travail flexibles, comme par exemple des tâches d'entraînement pour des systèmes d'apprentissage automatique, que si elles peuvent être traitées exclusivement avec de l'électricité provenant de sources renouvelables. Leur publication "Cucumber: Renewable-Aware Admission Control for Delay-Tolerant Cloud and Edge Workloads" sera présentée à Euro-Par 2022.

La demande en puissance de calcul augmente non seulement dans le secteur économique, mais aussi dans la recherche d'année en année, ce qui pousse la consommation d'énergie des systèmes de calcul distribués ainsi que les émissions de carbone associées encore plus haut. « Les centres de données sont déjà responsables de plus d'un pour cent de la consommation mondiale d'énergie, et il est prévu que ce chiffre continue de croître — notamment si l'Internet des objets (IoT), ainsi que l'Edge et le Fog Computing, s'imposent davantage », explique le professeur Odej Kao, fellow de BIFOLD et professeur en systèmes distribués et d'exploitation à l'Université Technique de Berlin. Une approche pour des systèmes de cloud et d'edge computing plus durables et économes en coûts consiste à équiper directement l'infrastructure informatique avec des sources d'énergie renouvelables telles que le soleil ou le vent. Cependant, notamment les petits centres de données ne sont pas toujours en mesure de consommer toute l'électricité produite, ce qui peut entraîner à certains moments un excédent d'énergie et à d'autres un déficit en énergie renouvelable. Un problème qui ne peut être partiellement résolu que par le stockage d'énergie ou par une régulation de la consommation au sein de réseaux électriques locaux.

Planifier plus efficacement les charges de travail flexibles

Les charges de travail flexibles, qui tolèrent un certain retard dans leur exécution, sont courantes dans les environnements cloud, mais peuvent également apparaître dans des environnements d'edge computing où la rapidité est critique. Par exemple, une gestion automatisée et intelligente du trafic doit constamment s’adapter à de nouvelles situations en améliorant itérativement ses modèles d'apprentissage automatique locaux à partir de nouvelles données. Le moment précis et l'ampleur de telles tâches d'entraînement sont cependant soumis à une certaine flexibilité.

Pour mieux utiliser l'énergie renouvelable excédentaire sur les nœuds de calcul et ainsi réduire les émissions de CO2 et les coûts énergétiques, les chercheurs de BIFOLD proposent une nouvelle approche : les charges de travail flexibles, comme celles des tâches d'entraînement, peuvent être rejetées par le système de calcul si suffisamment d'énergie renouvelable n'est pas disponible. Leur système prévoit la capacité libre d'un système de calcul ainsi que la consommation d'énergie attendue et la production d'énergie. Ainsi, il est possible de définir si des tâches supplémentaires peuvent être ajoutées à la file d'attente du système de calcul sans consommer d'énergie du réseau électrique public. Grâce à des prévisions probabilistes, le système peut être configuré individuellement : soit il n'accepte que des charges de travail qui fonctionneront presque certainement avec de l'énergie verte, soit une utilisation potentielle du réseau électrique n'est pas totalement exclue si cela permet de traiter plus de tâches dans leur ensemble. « L'utilisation accrue des énergies renouvelables exige une flexibilité dans la consommation d'énergie, ce qui est difficile à coordonner dans des systèmes hautement distribués et hétérogènes », explique Philipp Wiesner, doctorant à l'Université Technique de Berlin. « Nous considérons notre approche comme un composant essentiel d'un système de traitement de données décentralisé, qui optimise l'utilisation de l'énergie renouvelable par des décisions locales. »

Publication :
Philipp Wiesner, Dominik Scheinert, Thorsten Wittkopp, Lauritz Thamsen, Odej Kao, Proceedings of the 28th International European Conference on Parallel and Distributed Computing (Euro-Par) : « Cucumber : Renewable-Aware Admission Control for Delay-Tolerant Cloud and Edge Workloads ».
https://arxiv.org/pdf/2205.02895.pdf

Pour plus d'informations, n'hésitez pas à contacter :
Philipp Wiesner
TU Berlin
Fachgebiet Distributed and Operating Systems (DOS)
Tél. : 0049 (0)30 314-26260
Email : wiesner@tu-berlin.de