پس از اینکه محققان سیستم جدیدی را با امکانات فناوری اطلاعات شناور که از دمای طبیعی پایین در استراتوسفر برای خنک‌سازی استفاده می‌کنند، طراحی کردند، داستان علمی تخیلی مرکز داده ممکن است یک قدم به واقعیت نزدیک‌تر شده باشد.
صنعت مرکز داده با استفاده از راه حل های نوآورانه پایداری غریبه نیست. محیط‌های طبیعی سیاره به‌عنوان وسیله‌ای برای افزایش بهره‌وری انرژی، از تأسیساتی که در کشورهای سردتر شمال اروپا ساخته می‌شوند تا آن‌هایی که از سرمایش زمین‌گرمایی از مخازن بهره می‌برند، استفاده می‌شود. – یا حتی معادن غیر فعال – در اعماق زمین
اما در مورد مراکز داده پرنده که می توانند در حین برداشت انرژی خورشیدی به طور طبیعی در استراتوسفر خنک بمانند، چطور؟ برای تیمی از محققان دانشگاه علم و صنعت ملک عبدالله (KAUST) در عربستان سعودی، این مفهوم آینده نگرانه ممکن است به زودی در دسترس باشد.
پلتفرمهای ارتفاع بالا با قابلیت مرکز داده
در سپتامبر منتشر شد، «پلتفرمهای ارتفاع بالا فعال‌شده از مرکز داده: یک جایگزین محاسباتی سبز» (PDF) مزایای انرژی بالقوه پلتفرمهای ارتفاع بالا (HAP) را ارزیابی می‌کند، یک سیستم مرکز داده مفهومی که به موجب آن سرورها در یک محیط پر از هلیوم قرار می‌گیرند. ، بالون مانند بادی.
به گفته محققان بخش مهندسی کامپیوتر، علوم برق و ریاضی KAUST، HAP های مجهز به مرکز داده به دلیل دمای پایین طبیعی در استراتوسفر و توانایی آنها در برداشت انرژی خورشیدی، می توانند بازده انرژی عظیمی را درک کنند.
HAP به جای اینکه یک مرکز داده تمام عیار باشد، به صورت الکترونیکی به یک مرکز داده سنتی تر روی زمین متصل می شود. با این حال، تخلیه تنها برخی از این بارهای کاری زمینی به مرکز داده پرواز می تواند تا 14 درصد از انرژی مورد نیاز را صرفه جویی کند.
محقق KAUST توضیح داد: “ما یک تجزیه و تحلیل عمیق از عملکرد HAP های فعال شده با مرکز داده تحت شرایط عملی و واقعی انجام دادیم، و جنبه هایی مانند شرایط پرواز، مدل های مصرف انرژی، نیازهای انرژی برداشت شده و قابلیت اطمینان لینک انتقال را بررسی کردیم.” اسامه امین که این مقاله را با باسم شیهادا و ویم عبدالرحیم نوشته است.
مقایسه یک مرکز داده زمینی و سناریوهای مختلف استقرار DC-HAP
چگونه HAP ها روی آب می مانند؟
عبدالرحیم در توضیح اینکه چگونه یک تاسیسات HAP شناور را حفظ می‌کند، به Data Center Knowledge گفت: «HAP مجهز به مرکز داده ما مانند یک بالش معمولی با هلیوم پر شده است. HAP قرار است محلی سازی ثابتی داشته باشد و نباید در حال حرکت باشد. اما، با توجه به سرعت بالای باد در استراتوسفر، برای تثبیت HAP به یک حرکت پیشرانه در برابر اثر درگ باد نیاز داریم.
این انرژی پیشرانه توسط انرژی خورشیدی تولید شده در طول روز و انرژی ذخیره شده به شکل باتری های لیتیوم-گوگرد یا سلول های سوختی هیدروژنی در طول شب تامین می شود.
به گفته محققان، انرژی مصرف شده توسط HAP برای موارد زیر استفاده می شود:
- پیشرانه: این شامل انرژی مورد نیاز برای بومی سازی و تثبیت HAP است.
- ظرفیت ترابری: این انرژی محاسباتی سرورهای میزبانی شده در HAP است و به ویژگی های سرور و ویژگی های بار کاری بستگی دارد.
- ارتباط: این شامل انرژی مورد استفاده برای ارتباط بی سیم با مراکز داده زمینی است. انرژی مورد نیاز برای دریافت بار کاری تخلیه شده از مراکز داده زمینی، پردازش آن، و سپس ارسال هرگونه داده پردازش شده مورد نیاز به مراکز داده را پوشش می دهد.
پی در آسمان؟
لازم به ذکر است که این راه حل پیشنهادی هنوز یک مفهوم نظری است. خود محققان به سرعت بر چالش‌های متعددی تاکید کردند که برای به واقعیت پیوستن مراکز داده پلت فرم در ارتفاع بالا باید بر آنها غلبه کرد.
امین به Data Center Knowledge گفت: «HAP مجهز به مرکز داده با دو نوع چالش مواجه است: فنی و مالی. از دیدگاه فنی، شرایط آب و هوایی نامطلوب استراتوسفر مستلزم استقرار دستگاه‌های الکترونیکی سازگارتر و انعطاف‌پذیرتر است. علاوه بر این، فرکانس نگهداری کشتی هوایی و سرورها برای ایجاد تعادل بین کیفیت خدمات محاسباتی ارائه شده و مدت ماموریت HAP بسیار مهم است.
امین افزود: از منظر مالی، صرفه اقتصادی HAP مجهز به مرکز داده باید مورد توجه قرار گیرد. هزینه‌های سرمایه‌ای مانند هزینه‌های پلتفرم HAP و سرورهای هوایی، و همچنین هزینه‌های عملیاتی مانند هزینه‌های انرژی، باید در ارزیابی کلی سودآوری لحاظ شوند.
آلن هاوارد، تحلیلگر اصلی در Omdia’s Cloud and Data Research Practice، به Data Center Knowledge گفت: «با نادیده گرفتن چالش فنی و مالی تجاری سازی این پلت فرم های ارتفاع بالا، چیزی که در این مورد قانع کننده است این است که می توانم مجموعه ای از سرورها را اجرا کنم. بدون نیاز به هزینه ای برای هیچ قدرتی.
راه درازی در پیش است تا اینکه این از راه دور به چیزی عملی نزدیک شود، اما مفهوم کامل امکان راه اندازی یک مرکز داده بدون نیاز به سرمایش و بدون نیاز به برق شبکه، اساساً یک مفهوم جالب است.
هلن مونرو، رئیس محیط زیست و پایداری در متخصص مرکز داده بریتانیا، Pulsant، می‌گوید: دیدن ایده‌های نوآورانه‌ای که ما را به چالش می‌کشد تا در مورد جایی که فعالیت‌های پردازش داده‌های خود را برای پایدارتر قرار می‌دهیم متفاوت فکر کنیم، بسیار عالی است.
“اغلب هنوز نیاز به ادامه پردازش محلی وجود دارد، به ویژه در برنامه های با تاخیر کم. اما در بسیاری از موارد، ما باید به خود فشار بیاوریم تا بیشتر در مورد اینکه کجا – و چه زمانی – داده ها را پردازش و ذخیره می کنیم فکر کنیم. در واقع، ما مجبور نیستیم به استراتوسفر برویم – مراکز داده در مناطقی مانند شمال اروپا از شرایط سردتر و شدت کربن شبکه کم بهره می برند.
“تغییر طرز فکر”
علی‌رغم چالش فنی بسیار زیاد راه‌اندازی یک مرکز داده شناور تا فاصله 20 کیلومتری در هوا (و نگه‌داشتن آن برای مدت طولانی)، این آخرین تحقیق در مورد پلتفرمهای ارتفاع بالا در حالی انجام می‌شود که صنعت مرکز داده با یک نبرد سخت مواجه است. پایداری
اکنون تصور می‌شود که مراکز داده حدود 1.5 درصد از مصرف برق در سراسر جهان را به خود اختصاص می‌دهند، و با رشد سالانه انرژی مصرفی مراکز داده که انتظار می‌رود در سال‌های آینده به طور تصاعدی افزایش یابد، نیاز به راه‌حل‌های جدید بیش از هر زمان دیگری مهم است.
مونرو گفت: «من معتقدم که ما نیاز به تغییر ذهنیت داریم که رویکردی پویا را هم برای مکان و هم زمان‌بندی بارهای کاری محاسباتی مناسب تسهیل می‌کند. «آنگاه می‌توانیم در مورد نحوه مصرف انرژی IT بسیار هوشمندتر شویم. این مهم است که اذعان کنیم که پایداری کامل به چندین دهه کار و تغییرات در سطح اجتماعی نیاز دارد و همکاری با مشتریان، تامین‌کنندگان، تنظیم‌کننده‌ها، نوآوران و جوامع ما در این سفر بسیار مهم است.
با نگاهی به آینده، محققان گفتند که به اصلاح مدل های فنی خود و توسعه مدل های اقتصادی برای HAP های مجهز به مرکز داده ادامه خواهند داد.
امین به Data Center Knowledge گفت: “هدف نهایی ما کمک به توسعه یک راه حل قابل دوام، کارآمد و پایدار برای تقاضای فزاینده برای منابع مرکز داده است.” ما قصد داریم با کمک یک شریک صنعتی برای اثبات امکان‌پذیری مدل‌های خود و ارائه بینش عملی در مورد عملکرد مراکز داده مبتنی بر HAP، با توسعه یک اثبات مفهومی کار به جلو حرکت کنیم.