Una modifica del kernel Linux potrebbe ridurre il consumo energetico dei datacenter fino al 30%

I ricercatori della Cheriton School of Computer Science hanno sviluppato una piccola modifica al kernel Linux che potrebbe ridurre il consumo energetico dei datacenter fino al 30%. Si tratta di una riduzione significativa, con impatti ambientali concreti, considerando che l'informatica rappresenta il 5% del consumo energetico mondiale. La maggior parte dei datacenter, infatti, è basato su Linux.

"Le informazioni arrivano ai datacenter in 'pacchetti' e il frontend del datacenter, un po' come l'addetto alla reception, decide dove inviare i pacchetti", ha spiegato Martin Karsten, professore della Cheriton School of Computer Science.

Il professor Karsten, insieme al suo ex studente Peter Cai, ha identificato le inefficienze nel modo in cui viene elaborato il traffico di rete per le applicazioni server ad alto traffico. Apportando una piccola modifica allo stack di rete del kernel Linux, hanno ottenuto un significativo miglioramento delle prestazioni e dell'efficienza energetica.

La loro ricerca, presentata all'ACM SIGMETRICS 2024, introduce una soluzione che riorganizza le operazioni all'interno dello stack di rete di Linux, migliorando l'efficienza e le prestazioni della rete tradizionale basata sul kernel Linux. Secondo la ricerca, questa modifica aumenta il throughput in alcune situazioni fino al 45% senza compromettere la latenza di coda.

"Non abbiamo aggiunto nulla", ha detto il professor Karsten. "Abbiamo solo riorganizzato il momento in cui le cose vengono fatte, il che porta a un utilizzo molto migliore delle cache della CPU del data center. È un po' come riorganizzare la pipeline in un impianto di produzione, in modo da non avere persone che corrono in giro tutto il tempo".

Il fulcro dell'innovazione è una funzione chiamata IRQ o sospensione della richiesta di interrupt, che bilancia l'utilizzo della potenza della CPU con un'elaborazione efficiente dei dati. La sospensione IRQ riduce le interruzioni inutili della CPU durante i periodi di traffico elevato. Questo migliora le prestazioni della rete e mantiene una bassa latenza anche in condizioni di traffico ridotto.

Proporre un miglioramento è una cosa, ma vederlo adottato dall'industria è un'altra. A questo scopo, il professor Karsten ha collaborato con Joe Damato, ingegnere di Fastly, un fornitore americano di servizi di cloud computing con sede a San Francisco, per sviluppare una piccola sezione di codice - una modifica non intrusiva del kernel di sole 30 righe - che migliorerebbe l'elaborazione del traffico di rete di Linux. Una volta adottato, il nuovo metodo potrebbe ridurre il consumo energetico di importanti operazioni di data center fino al 30%, ha dichiarato il professor Karsten.

L'efficacia della soluzione è stata testata e sottoposta all'attenzione dei manutentori del kernel che l'hanno implementata nella più recente versione 6.13.

"Tutte queste grandi aziende - Amazon, Google, Meta - usano Linux in qualche modo, ma sono molto schizzinosi su come decidono di usarlo", ha detto il professor Karsten. Se scegliessero di 'attivare' il nostro metodo nei loro datacenter, potrebbero risparmiare gigawattora di energia in tutto il mondo. Quasi ogni richiesta di servizio su Internet potrebbe beneficiare di questo metodo".

L'Agenzia Internazionale per l'Energia prevede che il consumo di elettricità dei data center potrebbe aumentare dai 460 TWh del 2022 fino a un massimo di 1.050 TWh entro il 2026, principalmente a causa della crescita dei carichi di lavoro ad alta intensità energetica, come l'intelligenza artificiale e il mining di criptovalute.