Новая методология помогает разрабатывать низкоуглеродные облачные серверы

Сокращение выбросов углекислого газа имеет решающее значение для сдерживания последствий изменения климата, но главными виновниками обычно являются бензиновые автомобили и производители. Однако на информационные и коммуникационные технологии (ИКТ) в настоящее время приходится 2–4% глобального углеродного следа, что эквивалентно авиационным выбросам.

Ожидается, что выбросы ИКТ будут только увеличиваться по мере того, как повседневные устройства, такие как часы и автомобили, станут все более «умными». Ожидается, что к 2030 году на ИКТ будет приходиться 20% глобальных выбросов углекислого газа.

Облачные вычисления вносят один из основных вкладов в углеродный след ИКТ, производя два типа выбросов: операционные, которые возникают в результате производства электроэнергии; и встроенный, который производится на производстве полупроводников, используемых для изготовления аппаратных компонентов облачного сервера.

Многие поставщики облачных услуг, такие как Microsoft и Google, установили жесткие сроки, чтобы значительно сократить выбросы в облаке. Имея это в виду, группа исследователей CMU определила новый подход к проектированию складских единиц компьютерных серверов (SKU), который позволяет облаку значительно сократить выбросы углекислого газа, сохраняя при этом целевые показатели выбросов углерода.

Команда под руководством доктора электротехники и вычислительной техники. Студентка Джейлен Ванг разработала систематический способ проектирования и развертывания GreenSKU — серверов с низким уровнем выбросов углерода, минимизирующих общие выбросы в облаке и одновременно повышающих эффективность. Их выводы были опубликовано как часть 2024 г. 51-й ежегодный международный симпозиум ACM/IEEE по компьютерной архитектуре (ISCA).

На практике найти компромисс между выбросами и производительностью сложно.

«Объем вычислительных ресурсов, используемых приложением, относительно пропорционален выбросам углекислого газа», — сказал Ван. «Это означает, что приложения, которым требуется много вычислительной мощности, памяти и сетевых возможностей, будут производить больше выбросов углекислого газа».

Чтобы помочь разработчикам облачных вычислений сравнить варианты проектирования серверов с низким уровнем выбросов углерода, Ван и его исследовательские коллеги запустили систематическую методологию под названием GSF, которая выделяется как «первая структура для поставщиков облачных услуг, позволяющая систематически принимать обоснованные решения при проектировании и развертывании серверов с низким уровнем выбросов углерода». SKU.

GSF применялся в этом исследовании в условиях производственных ограничений Microsoft Azure и снизил выбросы углекислого газа платформы примерно на 10%. Столь значительное сокращение выбросов в облаке Azure может снизить глобальные выбросы углекислого газа на 0,1–0,2 % к 2030 году.

У Ванга и остальных членов его команды, в которую входит Акшита Шрираман, доцент кафедры электротехники, вычислительной техники и информатики, есть идеи, как продолжить это исследование.

Хотя платформа GSF была впервые протестирована совместно с Microsoft, она задумана как ступенька на пути к внедрению и ускорению проектирования серверов с низким уровнем выбросов углерода в области облачных вычислений, сказал Ван.

«Рост машинного обучения и больших языковых моделей, таких как ChatGPT, потребует развертывания серверов со специализированным оборудованием в облаке», — сказал Ван.

Еще одной причиной для разработки серверов облачных вычислений с более углеродоэффективными компонентами является запланированное устаревание устройств. Например, когда многие потребители обновляют свои смартфоны, это приводит к увеличению отходов ИКТ и производству новых продуктов.

«В нашей работе мы нацелены на запланированное устаревание, повторно используя вышедшие из эксплуатации компоненты в наших углеродоэффективных конструкциях серверов. Эта работа мотивирует поиск способов более длительного использования оборудования во всех вычислительных областях», — сказал Ван.