Hoe kunnen we datacenters zo opschalen dat ze meer data kunnen verwerken tegen lagere kosten, terwijl je minder energie verbruikt? Aan de Technische Universiteit Eindhoven, doctoraat student Gonzalo Guelbenzu ontwikkelde strategieën om dezelfde hoeveelheid data te verwerken tegen de helft van het energieverbruik, en neemt slechts een kwart van de ruimte in beslag die nu nodig is.

Met de opkomst van cloud computing-diensten zoals Facebook en Google, datacenters moeten exponentieel toenemende hoeveelheden informatie verwerken. Om aan de behoefte aan meer bandbreedte te voldoen, ze blijven meer servers toevoegen, wat leidt tot enorme datacenters die momenteel alleen al in Nederland zo'n 2 Terawattuur per jaar verbruiken, ofwel 2 procent van het totale nationale elektriciteitsverbruik. In de groep Electro-Optical Communications van het Institute for Photonic Integration, Gonzalo Guelbenzu richtte zich op het verbeteren van het netwerk dat alle servers in het datacenter met elkaar verbindt, aangezien daar het meeste dataverkeer plaatsvindt en het prestatieprobleem zich voordoet.

De informatie die in datacenters wordt verwerkt, wordt via snelle optische netwerken van server naar server getransporteerd. Daar zetten transceivers de optische datasignalen om in elektrische signalen, zodat deze kunnen worden opgeslagen, herverpakt of anderszins worden verwerkt door elektronische schakelaars. Het eerste wat Guelbenzu deed was deze switches verkleinen:hij demonstreerde een prototype switch die 4 x 128 poorten aankan, met een bandbreedte van 5,12 Terabit per seconde, waardoor het een van de meest compacte schakelaars ter wereld is.

Verviervoudiging van het aantal schakelaars

In zijn opstelling Guelbenzu kan vier switches plaatsen die elk minder stroom verbruiken op hetzelfde rack-oppervlak dat nu slechts één host. 'Hierdoor kun je vier keer zoveel informatie verwerken in dezelfde ruimte, terwijl het slechts twee keer zoveel energie verbruikt, ' hij legt uit. De belangrijkste ontwerpkeuze de Ph.D. leerling gemaakt, was om een ​​ander type transceivers te integreren. 'Standaard schakelapparaten hebben aan de voorkant pluggable transceivers, waar de optische vezels worden aangesloten op de rekeenheid. Het gebied op het voorpaneel beperkt het aantal zendontvangers dat kan worden geplaatst. Door gebruik te maken van ingebouwde zendontvangers die zo dicht mogelijk bij de processor van de switch zijn geplaatst, we kunnen niet alleen het aantal poorten vergroten, maar ook verliezen verminderen, omdat het elektrische signaal kortere afstanden moet afleggen richting de schakelchip.'

Ten tweede, de elektrotechnisch ingenieur maakte een analytisch model dat verschillende netwerkopstellingen kan vergelijken op het vlak van stroomverbruik, kosten, en het benodigde aantal schakelaars, zendontvangers en vezels. Het model onderzoekt de introductie van optische schakelingen en zogenaamde golflengteverdelingsmultiplextechnologieën in hybride datacenters.

Enorme besparingen

Hij gebruikte dit model om in te schatten wat er zou gebeuren als je de huidige fotonische schakelaars en multiplextechnologieën met golflengteverdeling in datacenternetwerken zou introduceren. 'In het geval van 25 Gigabit/s-switches, die momenteel in de praktijk steeds vaker voorkomen, invoering van een maximaal aantal fotonische schakelaars leidt tot een besparing van 45 procent aan schakelaars, 60 procent in zendontvangers, 50 procent in vezels, 55 procent in stroomverbruik, en 48 procent in kosten.' Eindelijk, hij toonde aan dat de integratie van deze technologieën ook praktisch mogelijk is door een volledig functioneel klein hybride datacenter te bouwen.