Cải tiến hiệu quả năng lượng trong các trung tâm dữ liệu

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Illinois đang nghiên cứu cách thức giảm thiểu tiêu thụ điện năng trong các liên kết nối tiếp, từ đó giúp các trung tâm dữ liệu và nền tảng điện thoại di động đạt hiệu quả năng lượng cao hơn.

Nghiên cứu được điều hành bởi giáo sư Kumar Hanumolu và đã được trình bày tại Hội nghị quốc tế về mạch bán dẫn năm 2015.

Liên kết nối tiếp tiêu thụ khoảng 20% năng lượng của bộ vi xử lý, và chiếm đến 7% mức tiêu thụ năng lượng tổng thể trong một trung tâm dữ liệu. Các liên kết nối tiếp thường không được sử dụng, trừ trong một số trường hợp như có một yêu cầu truy cập đến một trang web khác.

“Các tính toán cho thấy cho thấy các liên kết nối tiếp tiêu tốn đến 50-70% thời gian trong nhiều ứng dụng, đồng thời cũng tiêu thụ một lượng điện năng rất lớn trong trạng thái đó,” Giáo sư Hanumolu cho biết. “Nghiên cứu của chúng tôi tìm cách giảm thiểu điện năng tiêu thụ trong các liên kết nối tiếp tại các vi xử lý bằng cách loại bỏ hoàn toàn các thành phần tiêu thụ năng lượng đang trong trạng thái chờ.”

Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học còn chế tạo ra một bộ thu phát tốc độ 7 gigabit/giây với thiết kế đồng hồ bật/tắt đầu tiên trên thế giới. Bộ thu phát mới này tiêu tốn ít điện năng trong quá trình xử lý các liên kết nối tiếp hơn so với các bộ thu phát hiện hành.

"Việc giảm thiểu tiêu thụ điện năng trong quá trình xử lí liên kết nối tiếp không chỉ đem lại lợi ích cho các bộ xử lý và nền tảng di động mà còn tăng cường công suất máy tính và băng thông của bộ nhớ ngoài trong nhiều năm mà không làm tăng thêm áp lực về chi phí của bộ xử lý,” Hanumolu cho biết.

Trong công nghệ trước đây, thời gian dành cho việc xử lý các liên kết nối tiếp thường lên đến hàng trăm nano-giây đối với giao diện bộ nhớ và một vài micro-giây trong trường hợp sử dụng Energy Efficient Ethernet (IEEE 802.3az). Khoảng thời gian dài nêu trên đã hạn chế khả năng tiết kiệm năng lượng trong quá trình truy cập các liên kết nối tiếp. Nghiên cứu của Đại học Illinois đã giảm thời gian trên xuống còn 20 nano-giây, nhờ đó giảm thiểu đến 98% tiêu thụ điện năng.

Nhóm nghiên cứu Illinois đã bắt đầu nghiên cứu từ năm 2011 và đến nay đã đạt được một số thành công nhất định. Họ ước tính rằng việc áp dụng phương thức mới này có thể giúp các trung tâm dữ liệu tại Bắc Mỹ tiết kiệm đến 870 triệu USD mỗi năm. So với cách tiết cận truyền thống phải tiêu tốn rất nhiều tiền để phát triển thiết kế nút cải tiến, cách tiếp cận của Đại học Illinois đạt hiệu quả tiết kiệm năng lượng nhờ thúc đẩy hiệu quả kết nối giữa các nút hiện có. Vì vậy, đây cũng là một trong những lí do khiến nghiên cứu này rất có tính cạnh tranh,” David Yeh, giám đốc của Integrated Circuits and Systems Sciences.

Công nghệ thu phát này có thể được ứng dụng trên bất cứ nút công nghệ nào trong phạm vi kích thước 65 – 90 nano-mét, cũng như các bộ nhớ và thiết bị mạng.

Anh Tuấn (Theo Illinois)