Till innehåll på sidan

KTH-forskare bakom genombrott som kan halvera datahallarnas energiförbrukning

OrderMatters illustration
Publicerad 2022-06-14

Forskare vid KTH har funnit ett sätt att bättre ta tillvara kraften hos världens internetservrar. Genom att samordna datatrafiken har de lyckats höja hastigheten i både beräkningar och dataöverföring. Nu har deras programvara potentialen att halvera energiförbrukningen i varje datahall.

Det pågår en intensiv jakt på sätt att öka effektiviteten och minska resursslöseriet bland världens datorhallar. Redan i dag tros datahallar stå för upp till tre procent av den globala energianvändningen. Samtidigt är det industri på kraftig tillväxt, inte minst i Sverige tack vare tillgången till fossilfri energi.

Nu har forskare vid KTH utvecklat en programvara som genom smartare styrning av datatrafiken kan minska antalet servrar i varje datahall med ungefär hälften. Något som kan ge motsvarande minskning av hallarnas energiförbrukning.

– Våra resultat är både förvånande och häpnadsväckande. Vi har hittat ett sätt att bättre sortera och strukturera datatrafiken innan den når datorns processor vilket gör det möjligt att halvera dagens behov av servrar. Vi ökar prestandan hos varje server med närmare 86 procent, och det gör det möjligt att utföra samma arbete med ungefär hälften så många servrar, säger Dejan Kostić, Professor of Internetworking and head of the Network Systems Laboratory at KTH.

Framstegen kan leda till en mer hållbar utveckling av driften både av datorhallar och även mobila nätverk som i dag står för en stor del av internettrafiken. 

– När vi ökar kraften hos varje server så kan den befintlig hårdvaran användas längre innan den behöver uppdateras. Du kan göra mer med samma hårdvara utan att öka kostnaderna, samtidigt som det ger internetanvändare snabbare tjänster och en bättre upplevelse, säger Gerald Q. ”Chip” Maguire Jr, professor i datakommunikation.

Lyckades genom att tänka tvärtom

Men för att nå fram till insikten krävdes att forskarna tänkte tvärtom. Istället för att fokusera på att hitta sätt att öka överföringshastigheten, så bromsar de först upp trafiken. Visserligen bara i upp till etthundra mikrosekunder men det räcker för att hinna sortera upp informationen innan den når processorn.

Forskarnas programvara Reframer inspekterar varje enskilt datapaket för att sedan skapa separata, samordnade köer av likartade flöden. När en sådan kö sedan släpps fram till processorn ger det stora beräkningsmässiga fördelar. Resultatet blir minskade fördröjningar och en högre genomströmning.

Projektet har nyligen belönats med Community Award vid konferensen NSDI 2022 bland annat för att programkoden delas med övriga forskningssamhället. 

– Nu kan andra forskare bygga vidare på våra resultat vilket kan leda till ytterligare framsteg. Vi har också skapat sätt att göra det enkelt att upprepa våra försök, vilket gör det lättare för andra att testa och vidareutveckla, säger Hamid Ghasemirahni, doktorand vid KTH.

Forskare i projektet är Hamid Ghasemirahni, Tom Barbette, Georgios P. Katsikas, Alireza Farshin, Amir Roozbeh, Massimo Girondi, Marco Chiesa, Gerald Q. Maguire Jr., och Dejan Kostić. 

Finansieringen av forskningen kommer från av Dejan Kostić ERC Consolidator Grant ULTRA och projektet Tidskritiska molntjänster, TCC, som finansieras av Stiftelsen för Strategisk Forskning (SSF).

Ordningen har stor betydelse

Dagens processorer är många hundra gånger snabbare på att hantera information än datorernas minnen. I dag hanteras detta genom att data mellanlagras, cachas, för att snabbare nå processorn. Men denna hantering är långt ifrån optimal eftersom processorn upprepade gånger tvingas att läsa in rätt instruktioner för att hantera olika former av information. 

Vid KTH har det sedan många år pågått forskning för att lösa detta problem. I detta projekt snabbas hanteringen på genom att samordna flödet av datapaket vilket leder till färre inläsningar av instruktionerna. Något som snabbar upp hanteringen med upp till 86 procent.

Mer information i denna forskningsartikel:

Packet Order Matters! Improving Application Performance by Deliberately Delaying Packets

Text: Magnus Trogen Pahlén

Innehållsansvarig:redaktion@kth.se
Tillhör: Om KTH
Senast ändrad: 2022-06-14