Disponibilità di energia verde controllata dall'IT

Il fabbisogno energetico delle infrastrutture IT cresce continuamente e danneggia sempre più l'ambiente. Per ridurre la loro impronta di CO2, i sistemi IT vengono sempre più spesso integrati in cosiddetti Microgrid, che consentono un accesso diretto all'energia proveniente da fonti rinnovabili. Tuttavia, la disponibilità locale di energia solare e eolica varia notevolmente. Ricercatori del Berlin Institute for the Foundation of Learning and Data (BIFOLD) presso il TU di Berlino hanno sviluppato un nuovo approccio per i sistemi IT, che permette di eseguire carichi di lavoro flessibili, come ad esempio compiti di training per sistemi di apprendimento automatico, solo quando possono essere alimentati esclusivamente da energia rinnovabile. La loro pubblicazione "Cucumber: Renewable-Aware Admission Control for Delay-Tolerant Cloud and Edge Workloads" sarà presentata all'Euro-Par 2022.

La domanda di potenza di calcolo cresce non solo nell'economia, ma anche nella ricerca di anno in anno, spingendo ulteriormente verso l'alto il consumo energetico dei sistemi di calcolo distribuito e le relative emissioni di carbonio. «I data center sono già responsabili di oltre l'1% del consumo energetico mondiale, e si prevede che questa cifra aumenterà ulteriormente – non ultimo se l'Internet delle cose (IoT), nonché il calcolo ai margini (Edge) e il calcolo in nebbia (Fog) continueranno a diffondersi», spiega il Fellow di BIFOLD Prof. Odej Kao, professore di Sistemi Distribuiti e Operativi presso il TU di Berlino. Un approccio per sistemi di cloud e calcolo ai margini più sostenibili e a minor costo è l'equipaggiamento diretto dell'infrastruttura IT con fonti di energia rinnovabile come il sole o il vento. Tuttavia, in particolare i piccoli data center non sono sempre in grado di consumare tutta l'energia prodotta, il che a volte porta a un surplus energetico e altre a una carenza di energia rinnovabile. Un problema che può essere parzialmente risolto con lo stoccaggio di energia o con una regolazione del consumo all'interno di reti di alimentazione locali.

Programmare meglio i carichi di lavoro flessibili

I carichi di lavoro flessibili, che tollerano un certo ritardo nell'esecuzione, sono comuni negli ambienti cloud, ma possono anche verificarsi in ambienti di calcolo ai margini con requisiti temporali critici. Ad esempio, un sistema di controllo del traffico intelligente automatizzato deve adattarsi continuamente a nuove situazioni, migliorando iterativamente i modelli di apprendimento automatico locali sulla base di nuovi dati. Tuttavia, il momento preciso e l'entità di tali compiti di training sono soggetti a una certa flessibilità.

Per utilizzare più efficacemente l'energia rinnovabile in eccesso nei nodi di calcolo e ridurre così le emissioni di CO2 e i costi energetici, i ricercatori di BIFOLD propongono un nuovo approccio: i carichi di lavoro flessibili, come ad esempio tali compiti di training, possono essere rifiutati dal sistema di calcolo se non sono disponibili abbastanza energia da fonti rinnovabili. Il loro sistema prevede la previsione della capacità libera di un sistema di calcolo, del consumo energetico previsto e della produzione di energia. In questo modo, si può definire se è possibile inserire ulteriori compiti nella coda di attesa del sistema di calcolo senza consumare energia dalla rete pubblica. Con previsioni probabilistiche, il sistema può essere configurato individualmente: o vengono accettati solo carichi di lavoro che si svolgono quasi certamente con energia verde, oppure si può non escludere completamente un potenziale utilizzo di energia di rete, se ciò permette di processare complessivamente più compiti. «L'aumento dell'uso di energie rinnovabili richiede flessibilità nel consumo di energia, che è difficile da coordinare in sistemi altamente distribuiti ed eterogenei», afferma Philipp Wiesner, dottorando presso il TU di Berlino. «Vogliamo vedere il nostro approccio come un elemento integrale di un sistema di elaborazione dati decentralizzato, che ottimizza l'uso di energia rinnovabile attraverso decisioni locali.»

Pubblicazione:
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

Per ulteriori informazioni, non esiti a contattarci:
Philipp Wiesner
TU di Berlino
Dipartimento di Sistemi Distribuiti e Operativi (DOS)
Tel.: 0049 (0)30 314-26260
E-mail: wiesner@tu-berlin.de