HAP: Nový horizont pro Green Data Center Computing

Není divu, že průmysl datových center využívá inovativní řešení udržitelnosti. Po dlouhou dobu byly přírodní zdroje Země využívány jako prostředek ke zlepšení energetické účinnosti, od zařízení postavených v chladnějších, vyšších zeměpisných šířkách až po datová centra postavená přímo na dně oceánu s cílem maximalizovat chlazení mořskou vodou. nahoře na Zemi?

Satelitní datová centra v poslední době přitahují rostoucí zájem jako nově definovaná výpočetní hranice. Tato architektura datového centra má však několik nevýhod, jako je vysoká cena, dodatečná latence a omezené užitečné zatížení. Zajímavé je, že platformy pro vysoké nadmořské výšky (HAP) se zdají být dobrým kompromisem mezi těmito kombinovanými technologiemi, protože poskytují větší oblast pokrytí než podvodní systémy, podporují významnější užitečné zatížení a zaručují snadnější údržbu a nižší latenci než satelity.

Termín "HAP (High Altitude Platform)" obvykle odkazuje na platformu vznášející se ve velké výšce, jako je balón, balón nebo dron nad atmosférou. Publikováno v říjnu 2023,Platformy pro vysoké nadmořské výšky s podporou datových center: ZelenáVýpočetní alternativahodnotí potenciální energetické přínosy HAP, koncepčního systému datového centra, ve kterém jsou servery umístěny ve vzducholodě podobné vzducholodě s heliem.

Za prvé, HAP se nachází ve stratosféře, což šetří chladicí energii díky přirozeně nižší atmosférické teplotě (mezi 50 stupni Celsia a 15 stupni Celsia). Výsledkem je, že HAP, který podporuje datová centra, může přenést některé pracovní zátěže z pozemních datových center a ušetřit tak související energii chlazení.

Navíc díky velkému povrchu HAP a jeho poloze nad mraky může HAP hostit velké solární panely, čímž získá velké množství sluneční energie. HAP zásobuje server solární energií shromážděnou během dne a uloženou v lithium-sírových bateriích v noci. Shromážděná solární energie tedy může plně pokrýt výpočetní výkon vyžadovaný servery datového centra; Současně jsou efektivně uplatňovány nezbytné strategie přeměny energie a řízení.

Za druhé, HAP se nachází ve vysoké nadmořské výšce a díky velkému pokrytí země a žádným překážkám na obzoru je možné komunikační spojení LoS s více přijímači. Výsledkem je, že HAP může vytvořit spolehlivé přímé spojení s velkým počtem pozemních základnových stanic. Tyto výhody umožňují HAP, které podporuje datová centra, poskytovat velké množství výpočetních služeb od podpory aplikací iot až po inteligentní dopravní systémy, jak je znázorněno na obrázku 1.

Všimněte si, že toto navrhované řešení je stále převážně teoretickým konceptem. Sami výzkumníci rychle poukazují na četné výzvy, které je třeba překonat, aby se datová centra vysokohorských platforem stala realitou.

Je důležité snížit spotřebu energie pozemním datovým centrem tím, že se maximalizuje počet vestavěných serverů a výpočetní úsilí přenesené na HAP. Přijetí této technologie však vede k dilematu využití zdrojů, protože spotřeba energie a využití zdrojů spolu úzce souvisí. Na jedné straně nadměrné využití dostupných zdrojů ohrožuje fyzické možnosti systému a může způsobit nefunkční servery nebo nevyvážený HAP. Například vysoké využití centrální procesorové jednotky (CPU) a/nebo využití paměti přetíží server a způsobí, že systém přestane reagovat nebo zamrzne.

Na druhou stranu může nedostatečné využití dostupných zdrojů vést ke stárnutí serveru a značnému plýtvání energií, protože nečinné servery mohou spotřebovat až 60 % svého špičkového výkonu. Proto je cenné použít vhodné techniky řízení zdrojů (např. konsolidace, kontejnerizace) v datových centrech podporujících HAP, aby se snížilo množství spotřebované energie bez zanedbání fyzické kapacity dostupných zdrojů.

Z finančního hlediska je třeba zvážit ekonomickou životaschopnost HAP podporujícího datové centrum. To zahrnuje kapitálové výdaje, jako jsou náklady na platformu HAP a bezdrátové servery, a také provozní výdaje, jako jsou náklady na energii. Při celkovém hodnocení ziskovosti mohou prodloužit přijetí HAP. Z technického hlediska čelí HAP technickým výzvám, protože nestabilní povětrnostní podmínky ve stratosféře kladou větší nároky na elektroniku. Kromě toho údržba vysokohorských vzducholodí a serverů vyžaduje vyvážení mezi výpočetní kvalitou služeb a trváním mise.

Celkově vzato, HAP podporující datové centrum jako inovativní řešení udržitelnosti může vést k přehodnocení toho, kde se data zpracovávají, aby se zlepšila udržitelnost. Přestože některé výzvy zbývá vyřešit, tento nový koncept nabízí možnost budoucího rozvoje datových center. K překonání technických a finančních problémů a maximalizaci potenciálních energetických přínosů je zapotřebí dalšího výzkumu a praxe.