I sin avhandling har Jakub Krzywda, verksam vid Institutionen för datavetenskap, utvecklat modeller och algoritmer för att göra avvägningar mellan energiförbrukning hos it-infrastrukturer och prestandan för molnapplikationer i säker och effektiv drift med begränsad energibudget. De molninfrastrukturer som driver majoriteten av dagens internettjänster till exempel Google, Facebook och Amazon förbrukar enorma mängder energi och bidrar till klimatförändringarna.

Till saken hör att energikapaciteten i de flesta datacenter är underdimensionerad från början. Om alla servrar skulle gå upp i eller nära 100 procent av sin prestanda skulle säkringarna slå ifrån, men eftersom det nästan aldrig sker, och att köpa kapacitet som skulle klara 100 procent blir för dyrt, väljer datacenteroperatörer att underdimensionera redan vid planeringen och bygget.

– Redan när man planerar ett datacenter räknar man med att underdimensionera elkapaciteten. Det är som med flyget – de flesta flygbolag överbokar flighterna, men eftersom ett visst antal resenärer, i genomsnitt, aldrig dyker upp så brukar det lösa sig, säger Jakub Krzywda.

Hur mycket brukar datacenteroperatörer ”överboka” sina datacenter?

– Det är siffror som är svåra att få fram från dem; de är inte villiga att svara på det.

Intressant nog är situationen i ett modernt datacenter egentligen inte så annorlunda från vad som händer i ett hus med gammal elanläggning. Förmodligen kan många komma ihåg någon gång när man satt på för många apparater som ugn, vattenkokare och tvättmaskin samtidigt och en säkring gått. Det händer eftersom den elektriska installationen inte var tänkt att upprätthålla en så hög belastning.

Vid första anblicken låter det som en dålig idé att tillämpa samma princip i ett datacenter, men i praktiken händer det nästan aldrig att all datorkraft behövs samtidigt. Eftersom kostnaden för elleverans är proportionell mot den toppkraft den kan upprätthålla, hjälper taket datacenteroperatörerna att spara stora pengar som annars skulle behöva spenderas på infrastruktur som nästan aldrig används.

Jakub Krzywda är doktorand vid Umeå universitet.
Jakub Krzywda är doktorand vid Umeå universitet.

Och det är här Jakub Krzywdas avhandling kommer in i bilden. Vad ska man göra när det inte finns tillräckligt med energi för att köra alla applikationer på full fart? Ska man stänga av mindre viktiga applikationer helt eller tvinga dem alla att sakta ner? Är vissa typer av applikationer bättre kandidater än andra för en försiktig prestationsförsämring? Vilka åtgärder behöver vidtas för att säkerställa att energiförbrukningen minskar men applikationerna fortfarande ger användbara resultat?

För att besvara dessa frågor har Jakub Krzywda utvecklat modeller för att väga förhållanden mellan strömförbrukning och applikationsprestanda mot varandra. Han har även föreslagit ett antal energibudgetmekanismer som fungerar på applikations-, server- och datacenternivåer för att minimera prestandaförsämringen.

Kan du ge exempel på applikationer som kan vara lämpliga kandidater när ett datacenter måste dra ned på energiförbrukningen?

– Ett typiskt exempel kan vara en webbshop. När kunden letar efter en vara och vill köpa den är det viktigaste att kunden kan genomföra köpet. Men att rekommendera andra varor – andra som köpte x köpte även y – är inte lika viktigt. Visst kan webbshoppen tillfälligt förlora en del pengar för att kunderna inte köper mer, men det är viktigare att de kan köpa det de faktiskt kom dit för att köpa, säger Jakub Krzywda.

– Andra exempel kan vara applikationer som affärssimuleringar och andra typer av simuleringar, och ”business analytics” – det spelar förmodligen mindre roll om de körningarna tar några minuter eller timmar längre tid.

Jakub Krzywdas resultat har praktiska tillämpningar där de presenterade rekommendationerna kan användas av datacenteroperatörer för att förbättra servrarnas energieffektivitet och minska de totala driftskostnaderna medan de resulterande prestandastörningar minimeras.

I många fall vet väl inte datacenteroperatören vilka applikationer kunderna kör; hur ska de då kunna veta vilka applikationer de ska dra ned på?

– Det kräver förstås ett förtroende mellan operatören och kunderna, och att kunderna är villiga att informera operatören om vilka applikationer de kör och vilka applikationer som kan vara lämpliga kandidater. Men det är inte heller alltid det behövs; det finns många saker en datacenteroperatör kan göra på en generell nivå som inte stör kunderna nämnvärt, säger Jakub Krzywda.

Hur mycket energi tror du ett genomsnittligt datacenter kan spara tack vare din forskning?

– Det beror på. Det är fråga om väldigt komplexa förhållanden mellan energiförbrukning och applikationsprestanda, men vi har testat flera olika scenarier där man kan spara 10–20 procent. All mjukvara som tagits fram under detta arbete, inklusive källkod för modeller, styrenheter och simulatorer, finns tillgängligt online och kan användas för att underlätta användande av mina resultat i både forskning och industriella datacenter, säger Jakub Krzywda.

Läs också:
Microsoft bygger nytt datacenter – men kommer elen verkligen att räcka?
Vill införa certifiering för hållbarare datacenter