Una nueva metodología permite el diseño de servidores en la nube para reducir las emisiones de carbono

Reducir las emisiones de carbono es crucial para frenar los efectos del cambio climático, pero normalmente los vehículos y fabricantes de gasolina son los culpables más notorios. Sin embargo, las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) son actualmente responsables de entre el 2% y el 4% de la huella de carbono global, lo que está a la par de las emisiones de la aviación.

Se espera que las emisiones de TIC sólo aumenten, como consecuencia de cómo los aparatos cotidianos como relojes y automóviles se vuelven cada vez más «inteligentes». Se prevé que las TIC serán responsables del 20% de las emisiones globales de carbono para 2030.

La computación en la nube es uno de los principales contribuyentes a la huella de carbono de las TIC, produciendo dos tipos de emisiones: operativas, que surgen de la generación de energía; y incorporado, que proviene de las fabricaciones de semiconductores utilizados para fabricar los componentes de hardware de un servidor en la nube.

Muchos proveedores de nube como Microsoft y Google han fijado plazos agresivos para reducir en gran medida las emisiones de la nube. Con esto en mente, un equipo de investigadores de CMU identificó un nuevo enfoque de diseño para unidades de mantenimiento de existencias (SKU) de servidores informáticos, que permiten que una nube reduzca significativamente las emisiones de carbono y al mismo tiempo cumpla sus objetivos de rendimiento.

El equipo, dirigido por el Ph.D. en ingeniería eléctrica e informática. El estudiante Jaylen Wang, creó una forma sistemática de diseñar e implementar GreenSKU, que son diseños de servidores eficientes en carbono que minimizan las emisiones generales de una nube y al mismo tiempo promueven su eficiencia. Sus hallazgos fueron publicado como parte del 2024 ACM/IEEE 51.º Simposio Internacional Anual sobre Arquitectura de Computadores (ISCA).

En la práctica, es difícil equilibrar la relación entre emisiones y rendimiento.

«La cantidad de recursos informáticos que utiliza una aplicación es relativamente proporcional a sus emisiones de carbono», dijo Wang. «Esto significa que las aplicaciones que necesitan mucha potencia informática, almacenamiento y capacidades de conexión en red producirán más emisiones de carbono».

Para ayudar a los desarrolladores de la nube a comparar opciones de diseño de servidores eficientes en carbono, Wang y sus colaboradores de investigación presentaron una metodología sistemática llamada GSF, que se destaca como «el primer marco para que los proveedores de la nube tomen sistemáticamente decisiones informadas sobre el diseño y la implementación de SKU de servidores eficientes en carbono».

GSF se aplicó en esta investigación bajo las limitaciones de producción de Microsoft Azure y redujo las emisiones de carbono de la plataforma en aproximadamente un 10%. Reducciones tan significativas en las emisiones de la nube de Azure pueden reducir entre un 0,1% y un 0,2% de las emisiones globales de carbono para 2030.

Wang y el resto de su equipo, que incluye a Akshitha Sriraman, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática y ciencias de la computación, tienen ideas sobre cómo llevar esta investigación más lejos.

Si bien el marco GSF se probó por primera vez con Microsoft, el marco pretende ser un paso adelante para permitir y acelerar el diseño de servidores eficientes en carbono en todos los dominios de computación en la nube, dijo Wang.

«El auge del aprendizaje automático y los grandes modelos de lenguaje como ChatGPT harán necesario implementar servidores con hardware especializado en la nube», afirmó Wang.

Otra razón para diseñar servidores de computación en la nube con componentes más eficientes en carbono es la obsolescencia programada de los dispositivos. Por ejemplo, cuando una gran cantidad de consumidores actualizan sus teléfonos inteligentes, se genera más desperdicio de TIC y se fabrican productos más nuevos.

«En nuestro trabajo nos centramos en la obsolescencia programada reutilizando componentes desmantelados en nuestros diseños de servidores eficientes en carbono. Encontrar formas de utilizar el hardware durante más tiempo, en todos los dominios informáticos, es algo que motiva este trabajo», dijo Wang.