HAP: Rohelise andmekeskuse andmetöötluse uus horisont

Pole imelik, et andmekeskuste tööstus kasutab uuenduslikke jätkusuutlikkuse lahendusi. Pikka aega on Maa loodusvarasid kasutatud energiatõhususe parandamise vahendina, alustades jahedamatele ja kõrgematele laiuskraadidele ehitatud rajatistest kuni otse ookeanipõhja ehitatud andmekeskusteni, et maksimeerida merevee jahutamist. Aga mis siis, kui seaksime oma sihi kõrgemale üleval maa peal?

Hiljuti on satelliidi andmekeskused äratanud üha suuremat huvi äsja määratletud andmetöötluse piirina. Sellel andmekeskuse arhitektuuril on aga mitmeid puudusi, nagu kõrge hind, täiendav latentsusaeg ja piiratud kandevõime. Huvitav on see, et kõrgmäestikuplatvormid (HAP) näivad olevat hea kompromiss nende kombineeritud tehnoloogiate vahel, kuna need pakuvad suuremat leviala kui veealused süsteemid, toetavad suuremat kandevõimet ja tagavad lihtsama hoolduse ja väiksema latentsuse kui satelliidid.

Mõiste "HAP (High Altitude Platform)" viitab tavaliselt suurel kõrgusel hõljuvale platvormile, näiteks õhupallile, õhupallile või droonile atmosfääri kohal. Avaldatud oktoobris 2023Andmekeskuse toega kõrgplatvormid: rohelineArvutustehnikahindab HAP-i, kontseptuaalse andmekeskusesüsteemi, mille serverid on paigutatud heeliumiga täidetud õhulaevasse, potentsiaalset energiakasu.

Esiteks asub HAP stratosfääris, mis säästab jahutusenergiat tänu looduslikult madalamale atmosfääritemperatuurile (vahemikus 50 kraadi Celsiuse järgi kuni 15 kraadi Celsiuse järgi). Selle tulemusena saab andmekeskusi toetav HAP teatud töökoormuse maapealsetelt andmekeskustelt maha laadida, säästes sellega seotud jahutusenergiat.

Lisaks saab HAP-i suure pinna ja pilvede kohal paiknemise tõttu majutada suuri päikesepaneele, saades seeläbi suurel hulgal päikeseenergiat. HAP varustab serverit päeval kogutud ja öösel liitium-väävelakudesse salvestatud päikeseenergiaga. Seetõttu suudab kogutud päikeseenergia täielikult katta andmekeskuse serverite jaoks vajaliku arvutusvõimsuse; Samal ajal rakendatakse tõhusalt vajalikke energia muundamise ja juhtimise strateegiaid.

Teiseks asub HAP suurel kõrgusel ning tänu suurele maapealsele katvusele ja ilma takistuste puudumisele silmapiiril on võimalikud LoS sideühendused mitme vastuvõtjaga. Selle tulemusena saab HAP luua usaldusväärse otseühenduse suure hulga maapealsete tugijaamadega. Need eelised võimaldavad andmekeskusi toetaval HAP-il pakkuda hulgaliselt andmetöötlusteenuseid alates iot-rakenduste toetamisest kuni intelligentsete transpordisüsteemideni, nagu on näidatud joonisel 1.

Pange tähele, see pakutud lahendus on endiselt suures osas teoreetiline kontseptsioon. Teadlased ise toovad kiiresti esile arvukad väljakutsed, mis tuleb ületada, et kõrgmäestikuplatvormide andmekeskused saaksid reaalsuseks.

Tähtis on vähendada maapealse andmekeskuse energiatarbimist, maksimeerides pardal olevate serverite arvu ja HAP-i mahalaaditavat arvutuskoormust. Selle tehnoloogia kasutuselevõtt toob aga kaasa ressursside kasutamise dilemma, kuna energiatarbimine ja ressursside kasutamine on omavahel tihedalt seotud. Ühest küljest ohustab olemasolevate ressursside ülekasutamine süsteemi füüsilisi võimeid ja võib tekitada talitlushäireid või tasakaalustamata HAP-i. Näiteks keskprotsessori (CPU) kõrge kasutus ja/või mälukasutus koormavad serverit üle ja põhjustavad süsteemi reageerimise või hangumise.

Teisest küljest võib saadaolevate ressursside alakasutamine põhjustada serverite vananemist ja märkimisväärset energiaraiskamist, kuna jõudeolekus olevad serverid võivad tarbida kuni 60% oma tippvõimsusest. Seetõttu on kasulik kasutada HAP-i toetavates andmekeskustes sobivaid ressursside haldamise (nt konsolideerimine, konteineriseerimine) tehnikaid, et vähendada tarbitava energia hulka, jätmata tähelepanuta olemasolevate ressursside füüsilist võimsust.

Rahalisest aspektist tuleb kaaluda andmekeskust toetava HAPi majanduslikku elujõulisust. See hõlmab kapitalikulusid, nagu HAP-platvormi ja õhuserverite maksumus, aga ka tegevuskulusid, näiteks energiakulusid. Kasumlikkuse üldisel hinnangul võivad nad HAP-i kasutuselevõttu pikendada. Tehnilisest vaatenurgast seisab HAP silmitsi tehniliste väljakutsetega, kuna stratosfääri ebastabiilsed ilmastikutingimused seavad elektroonikale suuremaid nõudmisi. Lisaks nõuab kõrgmäestiku õhulaevade ja serverite hooldamine tasakaalustamist teenuse arvutusliku kvaliteedi ja missiooni kestuse vahel.

Kokkuvõttes võib andmekeskust kui uuenduslikku jätkusuutlikkuse lahendust toetav HAP ajendada jätkusuutlikkuse parandamiseks ümber mõtlema, kus andmeid töödeldakse. Kuigi mõned väljakutsed on veel lahendamata, pakub see uudne kontseptsioon võimaluse andmekeskuste edasiseks arendamiseks. Tehniliste ja rahaliste väljakutsete ületamiseks ning selle potentsiaalse energiakasu maksimeerimiseks on vaja täiendavaid uuringuid ja praktikat.