Tworzenie zrównoważonej, inteligentnej i energooszczędnej chmury

Bez względu na to, czy udostępniamy pliki w serwisie Dropbox, zapisujemy zdjęcia na Dysku Google czy składamy zamówienie w sklepie Amazon, wszyscy korzystamy z technologii "chmury" do realizacji swoich codziennych potrzeb. Ale czy zdajemy sobie sprawę, że typowy serwer chmury działa, wykorzystując zaledwie około 20% swojej mocy obliczeniowej? Technologia chmury odpowiada obecnie za blisko 10% światowego zużycia energii — co oznacza, że w obecnej formie "cloud computing" jest po prostu nie do utrzymania.

Uczestnicy projektu CLOUDLIGHTNING finansowanego ze środków UE chcą zmienić ten stan rzeczy poprzez stworzenie wydajniejszej i bardziej zrównoważonej chmury, która byłaby bardziej ukierunkowana na użytkownika. Badacze pracują nad inteligentną i energooszczędną infrastrukturą chmury obliczeniowej, która pozwoli dostawcom usług w chmurze na obniżenie zużycia energii i uproszczenie dostępu dla użytkowników. Poprzez zastosowanie heterogenicznych zasobów przetwarzania danych uczestnicy projektu chcą zwiększyć wydajność pracy chmury z niechlubnych 20% do bardziej zrównoważonych 80%.

Zaplecze chmury

Niełatwo zrozumieć, dlaczego technologia chmury jest potencjalnie tak mało wydajna. W końcu ma ona sprawić, że nie będziemy potrzebowali już fizycznych plików, danych czy sprzętu. Za chmurą kryją się jednak ogromne, homogeniczne centra danych, składające się z dużej liczby urządzeń, komponentów i sprzętu. Zdaniem uczestników projektu CLOUDLIGHTNING model ten ogranicza moc obliczeniową chmury oraz niektóre funkcje dostępne dla jej użytkowników.

Warto tu przywołać przykład superkomputerów (HPC) używanych przez inżynierów i naukowców, czyli społeczność, której potrzeby nie są zaspokajane przez dzisiejszą skomercjalizowaną, homogeniczną chmurę. Uczeni korzystają z zasobów chmury w sposób nie zawsze przewidywalny, a ich zapotrzebowanie na moc obliczeniową często zmniejsza się i zwiększa. Ponieważ obecnie dostawcy usług w chmurze nie oferują możliwości konfiguracji dostępnych zasobów w sposób zaspokajający te nietypowe potrzeby, technologia cloud computing po prostu nie jest używana w HPC.

Według raportu opublikowanego niedawno w ramach projektu CLOUDLIGHTNING, ten brak elastyczności powoduje, że użytkownicy HPC na ogół nie mają zaufania do chmury. W szczególności wyrażają obawy co do możliwości technologii chmury w zakresie zarządzania danymi, w tym w kontekście braku infrastruktury chmury zaspokajającej wymagania dotyczące komunikacji i operacji wejścia/wyjścia, typowych dla zaawansowanych komputerów technicznych.

Innym problemem aktualnego systemu jest to, że zachęca on dostawców usług w chmurze do oferowania zawyżonych mocy obliczeniowych, co ma być rozwiązaniem na wypadek nieprzewidywalnego wzrostu zapotrzebowania na usługi. Wadą takiej praktyki jest jednak to, że w centrach danych na całym świecie pracują — i zużywają energię — dziesiątki tysięcy serwerów chmury, choć tak naprawdę nie są one używane.

Pomysł na heterogeniczny system

Uczestnicy projektu CLOUDLIGHTNING chcą pokonać te ograniczenia poprzez opracowanie energooszczędnej infrastruktury chmury, która uprości dostęp do zasobów umieszczonych w chmurze. Proponowane rozwiązanie polega na stworzeniu heterogenicznego systemu chmury, łączącego wysoką moc obliczeniową z energooszczędnym wykorzystaniem różnego rodzaju sprzętu i serwerów zdolnych do wzajemnej współpracy. Z technicznego punktu widzenia, badacze proponują nową architekturę do dostarczania usług chmury i zarządzania nimi, opartą na zasadach samoorganizacji i samodzielnego zarządzania oraz przenoszącą wysiłek związany z wdrażaniem i optymalizacją z konsumentów na oprogramowanie działające w infrastrukturze chmury.

Bardziej ogólnym celem projektu jest rozwiązanie problemu niewydajnego wykorzystania zasobów oraz, w konsekwencji, zapewnienie dostawcom i odbiorcom usług w chmurze oszczędności wynikających ze zmniejszonej mocy obliczeniowej oraz poprawy jakości dostarczania usług. Mimo że prace nie zostały jeszcze zakończone, w ramach projektu opublikowano już przypadki użycia w trzech dziedzinach, tj. w genomice, poszukiwaniach ropy naftowej i gazu oraz śledzeniu promieni, które posłużą do walidacji modeli zarządzania i dostarczania CLOUDLIGHTNING.

Po tych obiecujących osiągnięciach kolejnym krokiem ma być uruchomienie stanowiska testowego, na którym będzie działać oprogramowanie CLOUDLIGHTNING. Uczeni tłumaczą, że stanowisko to będzie gromadziło dane dotyczące aparatury, które posłużą następnie za podstawę do zakrojonych na szeroką skalę symulacji działania samoorganizujących się i samodzielnie zarządzających chmur heterogenicznych.

Więcej informacji:
strona internetowa projektu