HAP: nowy horyzont dla ekologicznych obliczeń w centrach danych

Nie jest niczym dziwnym, że branża centrów danych wykorzystuje innowacyjne rozwiązania w zakresie zrównoważonego rozwoju. Przez długi czas zasoby naturalne Ziemi były wykorzystywane do poprawy efektywności energetycznej, począwszy od obiektów budowanych na chłodniejszych, wyższych szerokościach geograficznych, po centra danych budowane bezpośrednio na dnie oceanu w celu maksymalizacji chłodzenia wodą morską. A co by było, gdybyśmy postawili sobie wyższy cel? na Ziemi?

Ostatnio satelitarne centra danych cieszą się coraz większym zainteresowaniem jako nowo zdefiniowana granica obliczeniowa. Jednak taka architektura centrum danych ma kilka wad, takich jak wysoki koszt, dodatkowe opóźnienia i ograniczona ładowność. Co ciekawe, platformy wysokościowe (HAP) wydają się być dobrym kompromisem pomiędzy tymi połączonymi technologiami, ponieważ zapewniają większy obszar zasięgu niż systemy podwodne, obsługują większe ładunki oraz gwarantują łatwiejszą konserwację i mniejsze opóźnienia niż satelity.

Termin „HAP (platforma dużej wysokości)” zwykle odnosi się do platformy unoszącej się na dużej wysokości, takiej jak sterowiec, balon lub dron nad atmosferą. Opublikowano w październiku 2023 r.,Platformy działające na dużych wysokościach z obsługą centrów danych: ekologiaAlternatywa obliczeniowaocenia potencjalne korzyści energetyczne wynikające z HAP, koncepcyjnego systemu centrum danych, w którym serwery są umieszczone w wypełnionym helem sterowcu przypominającym sterowiec.

Po pierwsze, HAP znajduje się w stratosferze, co oszczędza energię chłodzącą ze względu na naturalnie niższą temperaturę atmosferyczną (od 50 stopni Celsjusza do 15 stopni Celsjusza). W rezultacie HAP obsługujący centra danych może odciążyć część zadań z naziemnych centrów danych, oszczędzając związaną z tym energię chłodzenia.

Ponadto, ze względu na dużą powierzchnię HAP i jego położenie nad chmurami, w HAP można umieścić duże panele słoneczne, uzyskując w ten sposób dużą ilość energii słonecznej. HAP zasila serwer energią słoneczną zebraną w ciągu dnia i magazynowaną w akumulatorach litowo-siarkowych w nocy. Dzięki temu zebrana energia słoneczna może w pełni pokryć moc obliczeniową wymaganą przez serwery centrum danych; Jednocześnie skutecznie stosowane są niezbędne strategie konwersji i zarządzania energią.

Po drugie, HAP jest zlokalizowany na dużej wysokości, a dzięki dużemu pokryciu terenu i brakowi przeszkód na horyzoncie możliwe są połączenia komunikacyjne LoS z wieloma odbiornikami. W rezultacie HAP może ustanowić niezawodne bezpośrednie połączenie z dużą liczbą naziemnych stacji bazowych. Dzięki tym zaletom firma HAP obsługująca centra danych może świadczyć szeroką gamę usług obliczeniowych, od obsługi aplikacji IOT po inteligentne systemy transportowe, jak pokazano na rysunku 1.

Należy zauważyć, że proponowane rozwiązanie jest nadal w dużej mierze koncepcją teoretyczną. Sami badacze szybko podkreślają liczne wyzwania, które należy pokonać, aby centra danych z platformami znajdującymi się na dużych wysokościach stały się rzeczywistością.

Ważne jest, aby zmniejszyć zużycie energii przez naziemne centrum danych poprzez maksymalizację liczby serwerów pokładowych i obciążenie obliczeń obciążeniem HAP. Jednakże przyjęcie tej technologii prowadzi do dylematu wykorzystania zasobów, ponieważ zużycie energii i wykorzystanie zasobów są ze sobą silnie powiązane. Z jednej strony nadmierne wykorzystanie dostępnych zasobów zagraża fizycznym możliwościom systemu i może powodować dysfunkcje serwerów lub niezrównoważony HAP. Na przykład wysokie wykorzystanie jednostki centralnej (CPU) i/lub wykorzystanie pamięci powoduje przeciążenie serwera i powoduje, że system przestaje odpowiadać lub zawiesza się.

Z drugiej strony niewystarczające wykorzystanie dostępnych zasobów może prowadzić do starzenia się serwerów i znacznych strat energii, ponieważ bezczynne serwery mogą zużywać do 60% ich mocy szczytowej. Dlatego też warto zastosować odpowiednie techniki zarządzania zasobami (np. konsolidację, konteneryzację) w centrach danych wspierających HAP, aby zmniejszyć ilość zużywanej energii, nie zaniedbując przy tym fizycznej pojemności dostępnych zasobów.

Z finansowego punktu widzenia należy rozważyć opłacalność ekonomiczną HAP wspierającą centrum danych. Wiąże się to z nakładami inwestycyjnymi, takimi jak koszt platformy HAP i serwerów bezprzewodowych, a także wydatkami operacyjnymi, takimi jak koszty energii. Biorąc pod uwagę ogólną ocenę rentowności, mogą one przedłużyć przyjęcie HAP. Z technicznego punktu widzenia HAP stoi przed wyzwaniami technicznymi, ponieważ niestabilne warunki pogodowe w stratosferze nakładają większe wymagania na elektronikę. Ponadto konserwacja sterowców i serwerów znajdujących się na dużych wysokościach wymaga rozważenia równowagi pomiędzy obliczeniową jakością usług a czasem trwania misji.

Podsumowując, HAP wspierający centrum danych jako innowacyjne rozwiązanie w zakresie zrównoważonego rozwoju może skłonić do ponownego przemyślenia miejsca przetwarzania danych w celu poprawy zrównoważonego rozwoju. Chociaż niektóre wyzwania pozostają do rozwiązania, ta nowatorska koncepcja oferuje możliwość przyszłego rozwoju centrum danych. Aby pokonać wyzwania techniczne i finansowe oraz zmaksymalizować potencjalne korzyści energetyczne, potrzebne są dalsze badania i praktyka.