GreenSKU - сервери отримують друге життя

Сервери споживають багато енергії в центрах обробки даних, але їхній вуглецевий слід починається ще до того, як вони будуть розміщені на стійках. Адже на видобуток корисних копалин і виробництво таких компонентів, як процесори, материнські плати та модулі пам'яті, йде енергія.

Ці «втілені» викиди вуглекислого газу стали об'єктом дослідження вчених-комп'ютерників з Університету Карнегі-Меллона, Microsoft та Університету Вашингтона, які створили та протестували прототип серверів GreenSKU, призначених для роботи в середовищі хмарного сервісу Azure. У статті, представленій на Щорічному міжнародному симпозіумі з комп'ютерної архітектури, дослідники описують метод виявлення старих компонентів, які можуть бути повторно використані в серверах без шкоди для їхньої роботи.

«Це важливо, тому що наразі багато компонентів виводяться з ладу, коли в них ще є якийсь ресурс», - каже Ашкіта Шріраман (Ashkitha Sriraman), професорка інформатики в Карнегі-Меллон, яка брала участь у дослідженні. «Дуже часто, якщо один компонент виходить з ладу або працює неефективно, увесь сервер виходить з ладу».

Щоб оптимізувати відремонтовані сервери, дослідники звернулися до програмного забезпечення. У доповіді, представленій на конференції HotInfra, дослідники розповіли про свої зусилля з додавання програмного шару, який планує, які обчислювальні задачі запускати на GreenSKUs, а які на стандартних серверах Azure, з огляду на потреби в продуктивності.

Як повторно використовувані компоненти використовуються модулі оперативної пам'яті 4-го і 5-го покоління, а також твердотільні накопичувачі - всі вони взяті з серверів, що використовувалися раніше. На додаток до цих повторно використовуваних компонентів у GreenSKU використовуються більш енергоефективні процесори.

Скорочення викидів вуглекислого газу під час хмарних обчислень стає дедалі необхіднішим, оскільки до 2030 року вони можуть становити 20% від загального обсягу викидів, за даними Ради з технологічної політики Асоціації обчислювальної техніки. У тому ж звіті йдеться про те, що на індустрію хмарних обчислень наразі припадає 3% енергії, споживаної щорічно в усьому світі. Але шлях до скорочення викидів, викликаних роботою серверних ферм, відносно ясний. Хмарні компанії вже вкладають кошти в підвищення енергоефективності та використання поновлюваних джерел енергії.

При врахуванні вимог до продуктивності Microsoft Azure та енергії, необхідної для роботи хмарних серверів, методологія дозволила скоротити загальні викиди вуглекислого газу на 8%.

За умови масштабування дослідницька група підрахувала, що їхня методика повторного використання і скорочення може призвести до зниження глобальних викидів вуглецю на 0,1-0,2%. Як зазначає Ашкіта Шріраман, це невеликий відсоток, але величезна кількість, яку можна порівняти, наприклад, з усіма викидами від використання смартфонів у Сполучених Штатах.

Наразі Microsoft замінює сервери Azure кожні 3-5 років, щоб оптимізувати ефективність, пишуть дослідники, і компоненти, які можна використовувати повторно, не витягуються для роботи на інших серверах. Щоб зробити повторне використання можливим, дослідники вирішили скористатися досягненнями в галузі технологій, які дозволяють забезпечити зворотну сумісність.

Контролери Compute Express Link (CXL), що з'єднують процесори, пам'ять і накопичувачі, тепер можуть використовувати два останні покоління модулів пам'яті ОЗП - DDR4 і DDR5 відповідно.

Щоб допомогти інженерам, які займаються модернізацією серверів оброблення даних, дослідники розробили схему визначення використовуваних компонентів, які не призведуть до неприйнятних втрат продуктивності та не споживатимуть стільки енергії, що вигода від їхнього повторного використання буде втрачена.

За словами дослідників, використовувані ними компоненти неминуче мають недоліки, і їм довелося шукати обхідні шляхи, щоб пом'якшити ці недоліки.

Проблему того, що оперативна пам'ять старого покоління давала затримку і меншу пропускну здатність, дослідники вирішили за допомогою техніки об'єднання пам'яті, названої підходом Понда. Старі твердотільні накопичувачі також мали меншу пропускну здатність і нижчу швидкість читання/запису. Конфігурація під назвою RAID striping усунула ці проблеми.

Процесори AMD Bergamo, які дослідники використовували для підвищення енергоефективності, мали меншу частоту і місткість кешу останнього рівня, ніж чіпи, які використовуються в Azure зараз. Попри те, що розв'язання цієї проблеми не було знайдено, дослідники включили його у свою велику схему для визначення комбінацій компонентів, які задовольняли б вимогам продуктивності конкретного сервера.

За словами Ашкіти Шріраман, прототипи показують, що для задоволення вимог хмарних сервісів не завжди потрібні найостанніші розробки.

Комп’ютерний розум: генеративний штучний інтелект у рішеннях AWS