Un centre de données comme pile d’informations : le fonctionnement

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La gestion durable de l’énergie dans les centres de données est l’un des principaux thèmes aujourd’hui. Selon les experts américains Jennifer Switzer et Barath Raghavan, les piles d’information peuvent être un facteur supplémentaire de gestion responsable de l’énergie.

Il faut que la planète abandonne au plus vite l’utilisation des combustibles fossiles pour enrayer la crise climatique. N’est-ce pas ? Toute entreprise a la responsabilité de mettre en œuvre une énergie propre et durable. En particulier les entreprises disposant de grands centres de données énergivores. Pour eux, les piles d’information pourraient être une solution. Vous n’avez aucune idée de ce que sont les piles d’information ? Nous avons vérifié et sommes arrivés à cette conclusion fascinante : ce ne sont pas vraiment des piles.

Énergie écologique et durable par défaut

Le besoin d’énergie renouvelable, propre et verte est aussi grand que nécessaire au vu de la crise climatique croissante. Les énergies solaire et éolienne sont des solutions logiques, mais la science est confrontée à de nombreux défis. L’un d’eux est la capacité de stockage de cette énergie. Un autre problème est que les sources d’énergie renouvelables ne sont pas toujours disponibles. Personne n’a encore réussi à produire de l’énergie solaire la nuit.

Les structures énergivores telles que les centres de données ont besoin d’un approvisionnement constant en électricité. Pendant la journée, il n’y a pas de problème et le vent et le soleil peuvent produire leur part d’électricité pour alimenter un certain nombre de piles. Mais ce n’est pas toujours suffisant et surtout la nuit, il y a un problème. Les centres de données ont donc encore souvent besoin de combustibles fossiles pour faire fonctionner les équipements.

L’une des solutions sur lesquelles travaillent de nombreux scientifiques est la création de piles ayant une plus grande capacité de stockage. Google, par exemple, a remplacé les générateurs diesel de son centre de données de Saint-Ghislain par des piles. Cependant, la capacité, ainsi que le coût astronomique, restent un obstacle majeur au remplacement définitif des combustibles fossiles.

L’information en tant que pile

Ce problème a fait réfléchir Jennifer Switzer, doctorante à l’Université de Californie San Diego, et Barath Raghavan, professeur adjoint au département d’informatique de l’Université de Californie du Sud. Ils ont élaboré une théorie pour utiliser les données comme une forme de conservation de l’énergie. Ils l’ont appelé « piles d’informations », bien que ce terme ne soit pas tout à fait exact. Je dirais plutôt « timeshifting ». C’est-à-dire qu’il faut déplacer le temps pour effectuer des calculs informatiques. Le point de départ est honorable : s’attaquer au problème de la disponibilité des énergies renouvelables. 

Cette question à l’esprit, Switzer et Raghavan ont fait travailler leurs cerveaux en pleine activité. « Si les ordinateurs ont besoin d’énergie pour effectuer des calculs, les données stockées sont-elles une forme d’énergie stockée ? L’information est alors comme une pile », ont pensé les scientifiques.

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Timeshifting comme économie

« D’ici à cinq ans, on perdra inutilement autant d’énergie renouvelable que la ville de Los Angeles en consomme en un an », a déclaré Raghavan dans un entretien avec Science Daily. « Nous avons découvert que si nous pouvons prédire les calculs qu’un ordinateur devra effectuer, nous pouvons faire en sorte que ceux-ci soient effectués à l’avance. Et tout cela à une époque où les énergies renouvelables sont abondantes. »

« Les résultats des calculs, les données ou les informations, sont stockés et ne sont appelés que lorsque l’ordinateur a besoin de ces calculs. Comme le stockage des données nécessite beaucoup moins d’énergie, il faut moins de combustibles fossiles, ce qui équivaut à une économie nette grâce à ce décalage temporel », poursuit Raghavan.

L’exemple de Google

L’idée du timeshifting n’est pas nouvelle. En 2020, Google l’a testé en déplaçant les charges de travail dans les centres de données. L’objectif était de faire effectuer des tâches de traduction pour Google Translate à des moments où l’énergie renouvelable était disponible en abondance.

Les scientifiques sont heureux de s’emparer d’un autre produit Google pour prouver l’utilité de leur preuve de concept. « YouTube encode chaque jour plus de 700 000 heures de vidéos dans différentes résolutions. Comme il s’agit d’actions prévisibles, elles peuvent être déplacées à des moments où l’énergie renouvelable est presque inépuisable. Les fichiers chiffrés peuvent ensuite être facilement stockés sur le serveur. »

Energy

Une pile, ou pas ?

Le déplacement des charges de travail pour réaliser des économies d’énergie ne crée pas de pile. Pourtant, les chercheurs aiment à désigner leur concept comme des batteries d’informations. Et ils ont raison. « Une pile convertit un type d’énergie en un autre. Par exemple, utiliser l’énergie de la gravité ou de l’air comprimé pour mettre quelque chose d’autre en mouvement. Ou pour stocker des données », dit Raghavan. Il considère donc les calculs stockés comme une forme d’énergie stockée qui peut être réutilisée ultérieurement.

Le mot clé dans l’article de Raghavan et Switzer est évaluation. Cette approche ne s’applique pas à toutes les tâches. Pourtant, il existe de nombreux centres de données capables d’exécuter certaines charges de travail ou certains calculs à l’avance. Une société comme Netflix, comme YouTube, pourrait convertir le contenu pour le sous-titrer plus tard. On pourrait faire de même pour la formation d’algorithmes d’apprentissage automatique (« Machine Learning »). Un scientifique pourrait entraîner la machine pour qu’elle effectue certains exercices à un moment où elle est moins gourmande en énergie.

Le planificateur en action

Pour faire une estimation, la batterie d’informations fonctionne de la même manière que les planificateurs du système d’exploitation d’un smartphone. Ces planificateurs veillent à ce que les données circulent de manière optimale dans le processeur et les autres puces.

Dans le cas de la pile d’information, le gestionnaire a trois composantes : un indicateur de prix, un moteur de calcul (pour déterminer les tâches à effectuer à l’avance) et un planificateur.

Pour déterminer quelles tâches peuvent être exécutées à l’avance, le planificateur d’une pile d’informations met en balance les informations provenant de l’indicateur de prix et du moteur de calcul. Dans le modèle de Raghavan et Switzer, le gestionnaire de la batterie d’informations équilibrait les indicateurs toutes les cinq minutes. Lorsque le prix de l’électricité passait en dessous d’un certain seuil, le gestionnaire faisait effectuer un certain nombre de calculs et sauvegardait les résultats.

Économisez jusqu’à 30 %

Selon les chercheurs, le modèle a permis d’inverser le besoin d’alimentation du réseau, comme ils l’ont appelé. Même lorsque le planificateur n’a pas correctement évalué les indicateurs, l’évaluation s’est souvent avérée correcte et les tâches ont été programmées à un moment où l’on peut économiser de l’énergie. De cette manière, les entreprises pourraient économiser jusqu’à 30 % de leurs coûts énergétiques.

Dans un centre de données typique, les calculs peuvent être estimés jusqu’à une heure et demie à l’avance, avec un taux de précision de 90 %.

« Dans un centre de données typique, les calculs sont estimés jusqu’à une heure et demie à l’avance, avec un taux de précision de 90 % », indique Raghavan. « Pour une prévision légèrement plus modérée d’environ une heure, ce centre de données pourrait stocker 150 MWh. C’est beaucoup plus que la plupart des unités de stockage par piles à l’échelle du réseau. De telles piles coûtent facilement 50 millions de dollars. »

Et combien ça coûte ?

Les auteurs n’indiquent pas combien le fonctionnement d’une pile d’informations coûterait. Toutefois, elle sera beaucoup moins importante que l’infrastructure actuelle. De plus, il est implémenté dans un logiciel afin de pouvoir être optimisé par les différents paramètres.

« Le secret de la mise en œuvre correcte de la pile d’informations est de comprendre qu’il ne s’agit pas d’une solution générale. Au contraire, elle est très efficace pour de nombreuses charges de travail courantes dans de nombreuses entreprises et centres de données », concluent les scientifiques.

Aux États-Unis, les centres de données consomment environ deux pour cent de l’électricité totale et ce chiffre va augmenter. À cet égard, les piles d’information peuvent devenir une alternative abordable aux « vraies » piles, colossales et extrêmement coûteuses. Certainement si les sources d’énergie renouvelables sont utilisées encore plus et plus efficacement.

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