HAP: افق جدیدی برای محاسبات مرکز داده سبز

برای صنعت مرکز داده عجیب نیست که از راه حل های پایداری نوآورانه استفاده کند. برای مدت طولانی، منابع طبیعی زمین به‌عنوان وسیله‌ای برای بهبود بهره‌وری انرژی، از تأسیسات ساخته شده در عرض‌های جغرافیایی خنک‌تر و بالاتر گرفته تا مراکز داده‌ای که مستقیماً در کف اقیانوس ساخته شده‌اند تا خنک‌سازی آب دریا را به حداکثر برسانند، مورد استفاده قرار گرفته‌اند. روی زمین؟

اخیراً، مراکز داده ماهواره ای به عنوان یک مرز محاسباتی جدید تعریف شده، توجه فزاینده ای را به خود جلب کرده اند. با این حال، این معماری مرکز داده دارای چندین اشکال است، مانند هزینه بالا، تاخیر اضافی و بار محدود. جالب اینجاست که به نظر می‌رسد پلتفرم‌های ارتفاع بالا (HAP) یک مبادله خوب بین این فناوری‌های ترکیبی هستند، زیرا آنها منطقه پوشش بزرگ‌تری نسبت به سیستم‌های زیر آب فراهم می‌کنند، بار قابل توجه‌تری را پشتیبانی می‌کنند و نگهداری آسان‌تر و تأخیر کمتری را نسبت به ماهواره‌ها تضمین می‌کنند.

اصطلاح "HAP (سکوی ارتفاع بالا)" معمولاً به سکوی معلق در ارتفاع بالا مانند بالون، بالون یا هواپیمای بدون سرنشین در بالای جو اشاره دارد. منتشر شده در اکتبر 2023،پلتفرم‌های ارتفاع بالا با مرکز داده: سبزجایگزین محاسباتیمزایای انرژی بالقوه HAP را ارزیابی می کند، یک سیستم مرکز داده مفهومی که در آن سرورها در یک کشتی هوایی پر از هلیوم قرار می گیرند.

اول، HAP در استراتوسفر قرار دارد که به دلیل دمای پایین تر جو (بین 50 درجه سانتیگراد تا 15 درجه سانتیگراد) در انرژی خنک کننده صرفه جویی می کند. در نتیجه، HAP که از مراکز داده پشتیبانی می کند، می تواند برخی از بارهای کاری را از مراکز داده زمینی تخلیه کند و انرژی خنک کننده مرتبط را ذخیره کند.

علاوه بر این، با توجه به سطح بزرگ HAP و موقعیت آن در بالای ابرها، HAP می تواند میزبان پنل های خورشیدی بزرگ باشد، بنابراین مقدار زیادی انرژی خورشیدی به دست می آید. HAP انرژی خورشیدی را که در طول روز جمع‌آوری شده و در شب در باتری‌های لیتیوم سولفور ذخیره می‌شود، تامین می‌کند. بنابراین، انرژی خورشیدی جمع آوری شده می تواند به طور کامل قدرت محاسباتی مورد نیاز سرورهای مرکز داده را پوشش دهد. در عین حال، استراتژی های لازم برای تبدیل انرژی و مدیریت به طور موثر اعمال می شود.

دوم، HAP در ارتفاع بالا قرار دارد و به دلیل پوشش زمین زیاد و عدم وجود مانع در افق، امکان ارتباط LoS با چندین گیرنده وجود دارد. در نتیجه، HAP می تواند یک پیوند مستقیم قابل اعتماد با تعداد زیادی از ایستگاه های پایه زمینی ایجاد کند. این مزایا HAP را که از مراکز داده پشتیبانی می‌کند، قادر می‌سازد تا خدمات محاسباتی فراوانی از پشتیبانی از برنامه‌های iot تا سیستم‌های حمل و نقل هوشمند را ارائه دهد، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است.

توجه داشته باشید، این راه حل پیشنهادی هنوز تا حد زیادی یک مفهوم نظری است. خود محققان به سرعت چالش‌های متعددی را که باید برای واقعی کردن مراکز داده پلتفرم در ارتفاع بالا برطرف شوند، برجسته می‌کنند.

کاهش انرژی مصرف شده توسط مرکز داده زمینی با به حداکثر رساندن تعداد سرورهای داخلی و تلاش محاسباتی بارگذاری شده به HAP بسیار مهم است. با این حال، پذیرش این فناوری منجر به معضل استفاده از منابع می شود زیرا مصرف انرژی و استفاده از منابع به شدت با هم مرتبط هستند. از یک سو، استفاده بیش از حد از منابع موجود، قابلیت های فیزیکی سیستم را تهدید می کند و می تواند سرورهای ناکارآمد یا HAP نامتعادل ایجاد کند. به عنوان مثال، استفاده از واحد پردازش مرکزی بالا (CPU) و/یا استفاده از حافظه، سرور را بیش از حد بارگذاری می‌کند و باعث می‌شود که سیستم پاسخ ندهد یا مسدود شود.

از سوی دیگر، استفاده ناکافی از منابع موجود می‌تواند منجر به پیری سرور و اتلاف انرژی قابل توجهی شود، زیرا سرورهای غیرفعال می‌توانند تا 60 درصد از حداکثر توان خود را مصرف کنند. بنابراین، استفاده از تکنیک‌های مدیریت منابع مناسب (مانند تلفیق، کانتینری‌سازی) در مراکز داده پشتیبانی‌کننده HAP برای کاهش میزان انرژی مصرف‌شده بدون غفلت از ظرفیت فیزیکی منابع موجود، ارزشمند است.

از نقطه نظر مالی، دوام اقتصادی HAP که مرکز داده را پشتیبانی می کند باید در نظر گرفته شود. این شامل مخارج سرمایه ای، مانند هزینه پلت فرم HAP و سرورهای خارج از هوا، و همچنین هزینه های عملیاتی، مانند هزینه های انرژی است. در ارزیابی کلی سودآوری، آنها ممکن است پذیرش HAP را طولانی کنند. از نقطه نظر فنی، HAP با چالش‌های فنی مواجه است، زیرا شرایط آب و هوایی ناپایدار در استراتوسفر، تقاضاهای بیشتری را برای الکترونیک ایجاد می‌کند. علاوه بر این، حفظ کشتی‌های هوایی و سرورها در ارتفاع بالا مستلزم ایجاد تعادل بین کیفیت محاسباتی خدمات و مدت مأموریت است.

در مجموع، پشتیبانی HAP از مرکز داده به عنوان یک راه حل نوآورانه پایداری می تواند به بازنگری در مورد مکان پردازش داده ها برای بهبود پایداری منجر شود. اگرچه برخی از چالش‌ها باید حل شوند، این مفهوم جدید امکانی را برای توسعه مرکز داده در آینده فراهم می‌کند. تحقیقات و تمرین بیشتر برای غلبه بر چالش های فنی و مالی و به حداکثر رساندن مزایای انرژی بالقوه آن مورد نیاز است.