Newswise – این امکانات محاسباتی عملکردهای متنوعی مانند مدلسازی و شبیه‌سازی، برنامه‌های کاربردی مبتنی بر ابر، هوش مصنوعی و پیش‌بینی آب و هوا را انجام می‌دهند. آنها مغزهای پشت موتورهای جستجو و پلتفرم های رسانه های اجتماعی هستند و به مهندسان کمک می کنند تا اتومبیل ها و هواپیماهای آینده را طراحی کنند. به طور خلاصه، مراکز داده پایه و اساس اکثر محاسبات مدرن را تشکیل می دهند.
آنها همچنین انرژی زیادی مصرف می کنند. اکثر این مراکز داده بین 10 مگاوات (MW) تا 200 مگاوات برق مصرف می کنند که در تمام روز و تمام شب کار می کنند. برای زمینه، 1 مگاوات یا 1000 کیلووات (کیلووات) می تواند حدود 400 تا 900 خانه را تامین کند. ابرکامپیوترها به ژنراتورهای پشتیبان غول پیکر و سیستم های باتری گران قیمت در صورت قطع برق نیاز دارند. در مکان‌های کم انرژی، رقابت برای الکترون‌های کمیاب، قیمت برق را هم برای مراکز داده و هم برای خانواده‌ها افزایش می‌دهد.
اکنون، محققان INL در حال بررسی رویکرد جدیدی برای ساخت مراکز داده هستند. با اتصال ابررایانه‌ها در کانتینرهای حمل و نقل کاملاً مجهز به ریزشبکه‌هایی که از ریزراکتورها و منابع تجدیدپذیر تغذیه می‌شوند، مراکز داده می‌توانند بدون کربن، انعطاف‌پذیرتر، متحرک و ارزان‌تر شوند.
این ابررایانه ها در یک جعبه می توانند روزی به عنوان پایه ای برای سیستم های مشابه در ماه و مریخ عمل کنند. در حال حاضر، محققان باید به سوالات سختی پاسخ دهند، به ویژه نحوه مدیریت این مراکز داده در زمانی که قدرت محدود است.
مرکز محاسبات مشترک
مرکز محاسبات مشترک آزمایشگاه ملی آیداهو شباهت زیادی با مراکز داده امروزی دارد. ابررایانه Sawtooth آن از 100000 پردازنده برای اجرای برخی از پیچیده ترین وظایف مدلسازی و شبیه سازی در جهان استفاده می کند. این ماشین، همراه با دیگر ابررایانه های INL، توسط سازمان تامین مالی می شود امکانات استفاده کننده علوم هسته ای.
Sawtooth و زیرساخت های آن – از جمله 2.4 مگاوات باتری پشتیبان و یک سیستم خنک کننده عظیم که 1200 گالن آب در دقیقه پمپ می کند – یک بال کامل از ساختمان را اشغال می کند. کامپیوتر به تنهایی به طور متوسط 1 مگاوات برق مصرف می کند.
در پشت مرکز، دو ساختمان به اندازه خانه بیشتر زیرساخت های مرکز را در خود جای داده اند: یک ژنراتور پشتیبان 3 مگاواتی و یک سیستم خنک کننده غول پیکر بالای یک مخزن بزرگ آب.
بین این ساختمان ها یک کانتینر حمل و نقل سبز رنگ و بی ضرر قرار دارد.
سوپرکامپیوتر سیار
این کانتینر حمل و نقل تقریباً شامل همه چیزهایی است که یک مرکز داده می‌تواند به آن نیاز داشته باشد: سیستم برق پشتیبان باتری خود، تهویه برق، HVAC، روشنایی، سیستم حفاظت در برابر آتش، برق پنل اصلی تک منبع، چهار قفسه پردازنده، هشت بلوک توزیع نصب شده در کابینت برای منبع تغذیه و جداسازی ارتعاش حتی تا زمانی که درها بسته باشند ضد آب است. این کانتینر توسط World Wide Technology Inc.، یک شرکت فناوری مستقر در سنت لوئیس، میسوری در اختیار INL قرار گرفت.
برق می تواند از منابع مختلفی تامین شود، از جمله یک شبکه معمولی یا یک ریزشبکه متصل به منابع مختلف انرژی تجدیدپذیر یا یک ریز راکتور. این پلتفرم میزبان یک ابر رایانه تقریباً 1/100 خواهد بودهفتم اندازه یک دندان اره ای است و تا 50 کیلو وات نیرو (شامل خنک کننده) می گیرد.
مت اندرسون، محقق INL و مدیر بخش محاسبات با کارایی بالا، می‌گوید کشف اینکه چگونه می‌توان آن نیرو را فراهم کرد، فرصتی هیجان‌انگیز را ارائه می‌دهد. او گفت: «از آنجایی که این ابرکامپیوتر تنها از یک پنل تغذیه می‌کند، می‌توان مصرف انرژی را با دقت بسیار کنترل کرد تا مشخص شود که برای انجام هر کار چقدر انرژی لازم است. “این یک لوکس است که ما با Sawtooth نداریم.”
دانستن قدرت مورد نیاز هر شغل مهم است. در نهایت، این مراکز داده ممکن است ناپدید شوند ریزشبکه ها انرژی خود را از ترکیبی از انرژی های تجدیدپذیر بدون کربن و ریز راکتورها تامین می کند. ریزشبکه ها شبکه های الکتریکی هوشمند کوچک با منابع انرژی محلی هستند که یا جدا شده یا به شبکه بزرگتر متصل هستند. ریز راکتورها راکتورهای هسته‌ای هستند که در کارخانه‌هایی ساخته می‌شوند که به اندازه کافی کوچک هستند تا به سراسر جهان حمل شوند.
با ریزشبکه ها و ریزراکتورها، می توان چندین ابررایانه در یک جعبه را در وسط یک صحرا انداخت یا روی یک کشتی باری روی هم قرار داد تا یک مرکز داده بدون کربن تقریباً در هر مکانی ایجاد شود.
مدیریت مصرف انرژی از طریق مدیریت محل کار
اما برای تحقق این هدف، مدیریت مصرف انرژی بسیار مهم است.
اندرسون گفت: «نرم‌افزاری که برای راه‌اندازی بیشتر مراکز داده در دهه 1990 طراحی شد، با این فرض که قدرت کافی وجود دارد. در اینجا، محققان آزمایش خواهند کرد که وقتی برق یک مرکز داده ایزوله کم است و باید با دقت مدیریت شود، چه اتفاقی می‌افتد.
اندرسون ادامه داد: «ما می‌خواهیم بدانیم که آیا می‌توانید بیشتر نیاز به باتری‌ها و ژنراتورهای پشتیبان را از بین ببرید و یک مرکز داده ایزوله را خارج از ریزشبکه راه‌اندازی کنید یا خیر».
این یک چالش مهندسی پیچیده است – کیفیت توان از ریزشبکه به خوبی نیست زیرا کنترل فرکانس و ولتاژ دشوار است – اما یک چالش نرم افزاری نیز هست.
از آنجایی که صف انتظار برای اکثر مشاغل در Sawtooth بر اساس اولویت است، اندرسون و همکارانش در تلاش هستند تا راهی برای مدیریت مشاغل مطابق با قدرت موجود بیابند.
یک سیستم مدیریت شغل که بر یادگیری ماشین و هوش مصنوعی متکی است، چگونگی تأثیر آب و هوا و نور روز بر تولید باد و خورشید و مشاغل صف را در نظر خواهد گرفت. به همین دلیل مهم است که بدانید هر کار دقیقا چقدر انرژی می گیرد.
تست سیستم
در ماه‌های آینده، اندرسون و همکارانش کامپیوتر را خواهند ساخت و سیستم را با استفاده از چندین منبع انرژی مختلف آزمایش خواهند کرد. اولین آزمایش ها در مرکز محاسبات مشترک با استفاده از برق از شبکه برق معمولی انجام می شود.
در آنجا، محققان نرم‌افزار زمان‌بندی، مؤلفه پیش‌بینی آب‌وهوا و توانایی ابررایانه را برای تغییر به حالت تعلیق آزمایش خواهند کرد، جایی که وظایف در حال اجرا اساساً در صورت قطعی متوقف می‌شوند.
قابلیت تعلیق حالت برای ابرکامپیوترها مشکل بزرگی است. اغلب، حتی با باتری‌های پشتیبان و ژنراتورها، برق آنقدر سریع بازیابی نمی‌شود که کار را به جلو نگه دارد. این از دست دادن اطلاعات می تواند صدها هزار دلار هزینه داشته باشد.
محققان سپس محفظه را به آزمایشگاه سیستم های انرژی INL منتقل می کنند، جایی که ابررایانه سیار به آن متصل می شود. ریزآرایه در جعبه ای در INLیک ریزشبکه قابل حمل با عملکردها و مشخصات کنترلی که می تواند حدود 250 کیلووات برق از باتری ها، انرژی خورشیدی و باد را مدیریت کند. اندرسون گفت: “ما دقیقاً همان آزمایش ها را تکرار خواهیم کرد، اما این بار با ریزشبکه واقعی، یا متصل به شبکه معمولی یا جزیره ای.”
در نهایت، محققان قصد دارند کانتینر را به مرکز آزمایش راکتور انتقالی INL منتقل کنند. در آنجا می توان با او تماس گرفت پروژه تحقیق و اعتبار سنجی و ارزیابی کاربردهای میکرو راکتور (MARVEL)ریزراکتور حرارتی 100 کیلوواتی در حال ساخت. با MARVEL، محققان پتانسیل این ابررایانه را به عنوان منبعی بدون کربن در تنظیمات دنیای واقعی با ریزشبکه و تولید بادی، خورشیدی و هسته‌ای در مقیاس کامل ارزیابی خواهند کرد.
برنامه های کاربردی دنیای واقعی
اگرچه تمرکز اصلی این پروژه بر علم است – جمع آوری داده ها و توسعه نرم افزار برای بهینه سازی مراکز داده بدون کربن – برنامه های کاربردی زیادی در دنیای واقعی برای یک ابر رایانه سیار وجود دارد. اینها شامل پایگاه های نظامی و عملیات صنعتی از راه دور مانند معادن است. از آنجایی که این ابرکامپیوتر متحرک است، می‌توان آن را به محل یک رویداد بزرگ، مانند یک رویداد ورزشی، منتقل کرد تا به پشتیبانی از 5G کمک کند.
در این نوع مکان ها، ممکن است امکان ساخت یک مرکز داده معمولی وجود نداشته باشد و حتی ممکن است یک شبکه برق استاندارد برای اتصال وجود نداشته باشد. آزمایش‌ها در INL می‌توانند ظرفیت محاسباتی بسیار بیشتری را در مکان‌های دور و شدید نسبت به قبل فعال کنند.
برای اندرسون و همکارانش، ابرکامپیوتر سیار یک کاربرد هیجان انگیز دیگر دارد: فضا. ناسا پیش از این دو نسخه از یک ابر رایانه به نام Spaceborne Computer را به ایستگاه فضایی بین المللی ارسال کرده است.
ابررایانه‌ها برای سکونت‌گاه‌های پیشنهادی در ماه یا مریخ می‌توانند با ترکیبی مشابه از فن‌آوری‌هایی مانند ابررایانه‌های متحرک تغذیه شوند: ریزراکتور، ریزشبکه، و احتمالاً انرژی خورشیدی، تحت شرایط توزیع نیرو به شدت کنترل‌شده.
اندرسون گفت: “برای مرکز داده آینده، ما می خواهیم بدانیم که آیا می توانیم به کربن صفر برسیم یا خیر.” ما خواهان قابلیت اطمینان بالا و استفاده بالا هستیم. ما می‌خواهیم ریسک را کنار بگذاریم و مسیری را برای مردم فراهم کنیم که آن را دنبال کنند.»
برای آزمایشگاه ملی آیداهو
اتحاد انرژی Battelle مدیریت INL دفتر انرژی هسته ای وزارت انرژی ایالات متحده را بر عهده دارد. INL مرکز تحقیق و توسعه هسته ای کشور است و همچنین تحقیقاتی را در هر یک از حوزه های تمرکز استراتژیک DOE انجام می دهد: انرژی، امنیت ملی، علم و محیط زیست. برای اطلاعات بیشتر مراجعه کنیدwww.inl.gov. ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید:توییتر،فیس بوک،اینستاگرامولینکدین.
