HAP: Новий горизонт для екологічних обчислень у центрі обробки даних

Для індустрії центрів обробки даних не дивно використовувати інноваційні рішення для сталого розвитку. Протягом тривалого часу природні ресурси Землі використовувалися як засіб для підвищення енергоефективності, починаючи від об’єктів, побудованих у більш прохолодних і високих широтах, і закінчуючи центрами обробки даних, побудованими безпосередньо на дні океану для максимального охолодження морської води. Але що, якщо ми поставимо наші погляди вище на Землі?

Останнім часом супутникові центри обробки даних привертають все більший інтерес як новий обчислювальний кордон. Однак ця архітектура центру обробки даних має кілька недоліків, таких як висока вартість, додаткова затримка та обмежене корисне навантаження. Цікаво, що високогірні платформи (HAP) є хорошим компромісом між цими комбінованими технологіями, оскільки вони забезпечують більшу зону покриття, ніж підводні системи, підтримують більші корисні навантаження та гарантують простіше обслуговування та меншу затримку, ніж супутники.

Термін «HAP (High Altitude Platform)» зазвичай відноситься до платформи, що ширяє на великій висоті, як-от дирижабль, повітряна куля або дрон над атмосферою. Опубліковано в жовтні 2023 р.Висотні платформи з підтримкою центрів обробки даних: зеленийОбчислювальна альтернативаоцінює потенційні енергетичні переваги HAP, концептуальної системи центру обробки даних, у якій сервери розміщені в заповненому гелієм дирижаблі, схожому на дирижабль.

По-перше, HAP розташований у стратосфері, що економить енергію на охолодження через природну нижчу температуру атмосфери (від 50 до 15 градусів Цельсія). У результаті HAP, який підтримує центри обробки даних, може розвантажувати деякі робочі навантаження з наземних центрів обробки даних, заощаджуючи відповідну енергію охолодження.

Крім того, завдяки великій поверхні HAP і його положенню над хмарами, HAP може розміщувати великі сонячні панелі, таким чином отримуючи велику кількість сонячної енергії. HAP постачає сервер сонячною енергією, зібраною вдень і накопиченою в літій-сірчаних батареях вночі. Таким чином, зібрана сонячна енергія може повністю покрити обчислювальну потужність, необхідну для серверів центру обробки даних; У той же час ефективно застосовуються необхідні стратегії перетворення енергії та управління.

По-друге, HAP розташований на великій висоті, і завдяки великому покриттю землі та відсутності перешкод на горизонті можливі лінії зв’язку LoS з кількома приймачами. В результаті HAP може встановити надійний прямий зв'язок з великою кількістю наземних базових станцій. Ці переваги дозволяють HAP, який підтримує центри обробки даних, надавати широкий спектр обчислювальних послуг, починаючи від підтримки програм IOT до інтелектуальних транспортних систем, як показано на малюнку 1.

Зауважте, що запропоноване рішення все ще є здебільшого теоретичною концепцією. Самі дослідники швидко підкреслюють численні проблеми, які необхідно подолати, щоб зробити центри обробки даних на платформі на великій висоті реальністю.

Важливо зменшити споживання енергії наземним центром обробки даних за рахунок максимального збільшення кількості бортових серверів і обчислювальних ресурсів, які передаються на HAP. Однак впровадження цієї технології призводить до дилеми щодо використання ресурсів, оскільки споживання енергії та використання ресурсів сильно пов’язані. З одного боку, надмірне використання доступних ресурсів загрожує фізичним можливостям системи та може призвести до дисфункції серверів або незбалансованого HAP. Наприклад, високе використання центрального процесора (ЦП) і/або використання пам’яті перевантажує сервер і призводить до того, що система перестає відповідати або зависає.

З іншого боку, недостатнє використання доступних ресурсів може призвести до старіння серверів і значних витрат енергії, оскільки неактивні сервери можуть споживати до 60% своєї пікової потужності. Таким чином, важливо використовувати відповідні методи управління ресурсами (наприклад, консолідація, контейнеризація) у HAP, що підтримує центри обробки даних, щоб зменшити кількість споживаної енергії, не нехтуючи фізичною потужністю доступних ресурсів.

З фінансової точки зору необхідно розглянути економічну життєздатність HAP, що підтримує центр обробки даних. Це включає капітальні витрати, такі як вартість платформи HAP і бездротових серверів, а також операційні витрати, такі як витрати на енергію. За загальною оцінкою прибутковості вони можуть продовжити впровадження HAP. З технічної точки зору HAP стикається з технічними проблемами, оскільки нестабільні погодні умови в стратосфері висувають більші вимоги до електроніки. Крім того, обслуговування дирижаблів і серверів на великій висоті вимагає балансу між обчислювальною якістю обслуговування та тривалістю місії.

У сукупності HAP, що підтримує центр обробки даних як інноваційне рішення сталого розвитку, може спонукати до перегляду того, де обробляються дані, щоб покращити стійкість. Незважаючи на те, що деякі проблеми ще потрібно вирішити, ця нова концепція пропонує можливість майбутнього розвитку центрів обробки даних. Потрібні подальші дослідження та практика, щоб подолати технічні та фінансові проблеми та максимізувати потенційні енергетичні вигоди.