Az zöld energia rendelkezésre állása irányítja az IT-t

A IT-infrastruktúrák energiaigénye folyamatosan növekszik, és ez egyre inkább károsítja a környezetet. Az CO2-lábnyom csökkentése érdekében az IT-rendszereket egyre gyakrabban integrálják ún. mikrohálózatokba, amelyek közvetlen hozzáférést biztosítanak megújuló energiaforrásokból származó áramhoz. A nap- és szélerőforrások helyi elérhetősége azonban erősen változó. A Berlin Foundation for the Foundation of Learning and Data (BIFOLD) kutatói a TU Berlin-en kifejlesztettek egy új megközelítést az IT-rendszerek számára, amely lehetővé teszi rugalmas munkaterhelések, például gépi tanulási feladatok csak akkor történő végrehajtását, ha kizárólag megújuló energiaforrásból származó áram áll rendelkezésre. A „Cucumber: Renewable-Aware Admission Control for Delay-Tolerant Cloud and Edge Workloads” című publikációjukat az Euro-Par 2022 konferencián mutatják be.

A számítási teljesítmény iránti kereslet nemcsak az üzleti szférában, hanem a kutatásban is évente növekszik, és ezzel párhuzamosan nő a elosztott számítási rendszerek energiafogyasztása és a vele járó szén-dioxid-kibocsátás is. „Az adatközpontok már több mint egy százalékát teszik ki a globális energiafogyasztásnak, és várhatóan ez a szám tovább fog nőni – különösen akkor, ha az IoT (dolgok internete), valamint az Edge- és Fog-számítások tovább terjednek” – magyarázza a BIFOLD tagja, Prof. Odej Kao, a Distributed and Operating Systems tanszék vezetője a TU Berlin-en. Egy fenntarthatóbb és költséghatékonyabb felhő- és szélhálózati számítási rendszerekhez vezető megközelítés a megújuló energiaforrások, például nap- vagy szélenergia közvetlen ellátásának az IT-infrastruktúrába való integrálása. Azonban különösen a kisebb adatközpontok nem mindig képesek az összes termelt energiát felhasználni, ami időszakosan energia-többletet vagy energiahiányt eredményez. Ez a probléma csak részben orvosolható energiatárolással vagy a fogyasztás kiegyenlítésével helyi áramhálózatokon belül.

Rugalmas munkaterhelések jobb tervezése

A rugalmas munkaterhelések, amelyek bizonyos késleltetést elviselnek a végrehajtásban, általánosan jellemzők a felhőalapú környezetekben, de időkritikus Edge-számítási környezetekben is előfordulhatnak. Például egy automatizált, intelligens közlekedésirányítás folyamatosan alkalmazkodik az új helyzetekhez, iteratívan fejlesztve helyi gépi tanulási modelleket az új adatok alapján. Az ilyen tréningfeladatok pontos időpontja és mértéke azonban bizonyos rugalmasságnak van kitéve.

Az BIFOLD kutatói egy új megközelítést javasolnak a felesleges megújuló energia hatékonyabb felhasználására a számítási csomópontokon, ezáltal csökkentve a CO2-kibocsátást és az áramköltségeket: a rugalmas munkaterhelések, például ilyen tréningfeladatok elutasíthatók a számítási rendszer által, ha nem áll rendelkezésre elegendő energia a megújuló forrásokból. A rendszer előre jelzi a rendelkezésre álló kapacitást, az várható energiafogyasztást és energiatermelést. Így meghatározható, hogy további feladatokat lehet-e felvenni a rendszer várólistájára anélkül, hogy energiát fogyasztanánk a nyilvános hálózatról. A valószínűségi előrejelzések segítségével a rendszer egyedileg konfigurálható: vagy csak olyan számítási terheléseket fogad el, amelyek szinte garantáltan zöld energiával futnak, vagy a hálózati energia potenciális felhasználását nem zárja ki teljesen, ha ez összességében több feladat feldolgozását teszi lehetővé. „A megújuló energiaforrások fokozott alkalmazása rugalmasságot igényel az energiafogyasztásban, ami rendkívül nehezen koordinálható nagyfokú elosztottságú és heterogén rendszerekben” – mondja Philipp Wiesner, a TU Berlin doktorandusza. „Számunkra ez a megközelítés egy decentralizált adatfeldolgozó rendszer alapvető építőköveként szolgál, amely optimalizálja a megújuló energia felhasználását helyi döntések révén.”

Publikáció:
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

További információkért szívesen áll rendelkezésére:
Philipp Wiesner
TU Berlin
Distributed and Operating Systems (DOS) tanszék
Telefon: 0049 (0)30 314-26260
E-mail: wiesner@tu-berlin.de