HAP: een nieuwe horizon voor groene datacentercomputing

Het is niet vreemd dat de datacenterindustrie gebruik maakt van innovatieve duurzaamheidsoplossingen. Lange tijd worden de natuurlijke hulpbronnen van de aarde gebruikt als middel om de energie-efficiëntie te verbeteren, van faciliteiten die op koelere, hogere breedtegraden zijn gebouwd tot datacenters die direct op de oceaanbodem zijn gebouwd om de koeling van het zeewater te maximaliseren. Maar wat als we onze blik hoger zouden richten? op aarde?

Onlangs hebben satellietdatacentra steeds meer belangstelling gekregen als een nieuw gedefinieerde computergrens. Deze datacenterarchitectuur heeft echter verschillende nadelen, zoals hoge kosten, extra latentie en beperkte payloads. Interessant is dat platforms op grote hoogte (HAP) een goede afweging lijken te zijn tussen deze gecombineerde technologieën, omdat ze een groter dekkingsgebied bieden dan onderwatersystemen, grotere ladingen ondersteunen en eenvoudiger onderhoud en een lagere latentie garanderen dan satellieten.

De term "HAP (High Altitude Platform)" verwijst meestal naar een platform dat op grote hoogte zweeft, zoals een luchtballon, ballon of drone boven de atmosfeer. Gepubliceerd in oktober 2023,Voor datacenters geschikte platforms op grote hoogte: groenComputeralternatiefevalueert de potentiële energievoordelen van de HAP, een conceptueel datacentersysteem waarin servers zijn gehuisvest in een met helium gevuld luchtschip.

Ten eerste bevindt HAP zich in de stratosfeer, wat koelenergie bespaart vanwege de van nature lagere atmosferische temperatuur (tussen 50 graden Celsius en 15 graden Celsius). Als gevolg hiervan kan HAP dat datacenters ondersteunt een deel van de werklast van datacenters op de grond ontlasten, waardoor de bijbehorende koelenergie wordt bespaard.

Bovendien kan HAP, vanwege het grote oppervlak van HAP en de ligging boven de wolken, grote zonnepanelen huisvesten, waardoor een grote hoeveelheid zonne-energie wordt verkregen. HAP voorziet de server van zonne-energie die overdag wordt verzameld en 's nachts wordt opgeslagen in lithium-zwavelbatterijen. Daarom kan de verzamelde zonne-energie volledig de rekenkracht dekken die nodig is voor de servers van het datacenter; Tegelijkertijd worden de noodzakelijke energieconversie- en -beheerstrategieën effectief toegepast.

Ten tweede bevindt HAP zich op grote hoogte en vanwege de grote gronddekking en het ontbreken van obstakels aan de horizon zijn LoS-communicatieverbindingen met meerdere ontvangers mogelijk. Hierdoor kan HAP een betrouwbare directe verbinding tot stand brengen met een groot aantal grondbasisstations. Deze voordelen stellen HAP, dat datacenters ondersteunt, in staat een schat aan computerdiensten te leveren, variërend van het ondersteunen van iot-toepassingen tot intelligente transportsystemen, zoals weergegeven in figuur 1.

Merk op dat deze voorgestelde oplossing nog steeds grotendeels een theoretisch concept is. De onderzoekers benadrukken zelf al snel de talrijke uitdagingen die moeten worden overwonnen om datacenters op grote hoogteplatforms werkelijkheid te maken.

Het is belangrijk om het energieverbruik van het datacenter op de grond te verminderen door het aantal ingebouwde servers en de rekeninspanning die naar HAP wordt overgebracht te maximaliseren. De adoptie van deze technologie leidt echter tot een dilemma op het gebied van het gebruik van hulpbronnen, omdat het energieverbruik en het gebruik van hulpbronnen sterk met elkaar verbonden zijn. Aan de ene kant bedreigt overmatig gebruik van beschikbare bronnen de fysieke mogelijkheden van het systeem en kan dit disfunctionele servers of een onevenwichtige HAP veroorzaken. Door bijvoorbeeld een hoog CPU-gebruik (Central Processing Unit) en/of geheugengebruik wordt de server overbelast, waardoor het systeem niet meer reageert of vastloopt.

Aan de andere kant kan onderbenutting van beschikbare bronnen leiden tot serververoudering en aanzienlijke energieverspilling, aangezien inactieve servers tot 60% van hun piekvermogen kunnen verbruiken. Daarom is het waardevol om passende technieken voor hulpbronnenbeheer (bijvoorbeeld consolidatie, containerisatie) toe te passen in HAP-ondersteunende datacenters om de hoeveelheid verbruikte energie te verminderen zonder de fysieke capaciteit van de beschikbare hulpbronnen te verwaarlozen.

Vanuit financieel oogpunt moet rekening worden gehouden met de economische levensvatbaarheid van HAP die het datacenter ondersteunt. Het gaat hierbij om kapitaaluitgaven, zoals de kosten van het HAP-platform en draadloze servers, maar ook om operationele uitgaven, zoals energiekosten. Op basis van de algemene beoordeling van de winstgevendheid kunnen ze de adoptie van HAP verlengen. Vanuit technisch oogpunt wordt HAP geconfronteerd met technische uitdagingen, omdat onstabiele weersomstandigheden in de stratosfeer hogere eisen stellen aan de elektronica. Bovendien vereist het onderhouden van luchtschepen en servers op grote hoogte een evenwicht tussen de computerkwaliteit van de dienstverlening en de duur van de missie.

Alles bij elkaar genomen kan HAP, dat het datacenter ondersteunt als een innovatieve duurzaamheidsoplossing, een heroverweging stimuleren van waar gegevens worden verwerkt om de duurzaamheid te verbeteren. Hoewel er nog enkele uitdagingen moeten worden opgelost, biedt dit nieuwe concept mogelijkheden voor toekomstige datacenterontwikkeling. Verder onderzoek en praktijk zijn nodig om de technische en financiële uitdagingen te overwinnen en de potentiële energievoordelen ervan te maximaliseren.