Aufbau einer nachhaltigen, intelligenten und energieeffizienten Cloud

Wenn wir Dateien über Dropbox freigeben, Bilder auf Google Drive speichern oder eine Bestellung bei Amazon aufgeben, werden Informationen mit einer Technologie verarbeitet, die gemeinhin als „die Cloud“ bezeichnet wird. Doch wussten Sie schon, dass ein Cloud-Server die meiste Zeit nur 20 % seiner Rechenkapazität nutzt? Tatsächlich entfallen inzwischen beinahe 10 % des weltweiten Stromverbrauchs auf die Cloud – das aktuelle Modell des Cloud Computings ist also schlicht nicht nachhaltig.

Das EU-geförderte Projekt CLOUDLIGHTNING soll durch Entwicklung einer effizienteren, nachhaltigeren und nutzerorientierteren Cloud Abhilfe schaffen. Die Projektforscher arbeiten derzeit an einer intelligenten, energieeffizienten Cloud Computing-Infrastruktur, die Dienstanbietern Energieeinsparungen bescheren und Cloud-Nutzern den Zugriff erleichtern soll. Durch Anwendung heterogener Rechenressourcen möchten die Wissenschaftler die Auslastung der Rechenkapazität der Cloud-Server von kläglichen 20 % auf nachhaltige 80 % anheben.

Hinter der Rechnerwolke

Es ist nicht einfach zu verstehen, warum Cloud Computing oft so ineffizient ist, denn die Idee hinter der Cloud ist schließlich, dass wir nicht mehr auf Aktenordner, Daten oder Hardware angewiesen sind. Doch hinter der Cloud stehen riesige, homogene Rechenzentren, die aus unzähligen Computern, Komponenten und weiterer Hardware bestehen – und dieses Modell limitiert laut den CLOUDLIGHTNING-Forschern die Rechenkapazität und somit die Möglichkeiten bestimmter Cloud-Nutzer.

Ein typisches Beispiel stellen die Hochleistungsrechner dar, die in Wissenschaft und Technik zum Einsatz kommen. Für diesen Bereich ist die standardisierte, homogene Cloud ungeeignet, denn der Bedarf für Cloud-Ressourcen ist hier nicht immer vorhersehbar und schwankt häufig. Die heutigen Cloud-Anbieter ermöglichen ihren Kunden nicht, die verfügbaren Ressourcen auf ihren individuellen Bedarf abzustimmen, und daher wird Cloud Computing für Hochleistungsberechnungen de facto nicht angewendet.

In einem kürzlich veröffentlichten Bericht stellten die CLOUDLIGHTNING-Forscher fest, dass Organisationen, die Hochleistungsberechnungen durchführen, der Cloud aufgrund dieser mangelhaften Flexibilität im Allgemeinen skeptisch gegenüberstehen. Sie hegen insbesondere Bedenken hinsichtlich der Datenverwaltungskapazitäten bei Cloud Computing, etwa weil Cloud-Infrastrukturen fehlen, die den Ansprüchen gerecht werden, die bei hochkomplexen technischen Berechnungen an die Kommunikations- und E/A-Kapazität gestellt werden.

Das aktuelle System veranlasst Cloud-Anbieter zudem dazu, deutlich mehr Rechenressourcen bereitzustellen, als die meiste Zeit tatsächlich benötigt werden, um unvorhersehbare Bedarfsspitzen der Nutzer abzufangen. Durch diese Praxis werden inzwischen jedoch zehntausende Cloud-Server in Rechenzentren auf der ganzen Welt betrieben – die Energie verbrauchen – obwohl sie tatsächlich kaum genutzt werden.

Ein heterogener Ansatz

Durch CLOUDLIGHTNING sollen diese Probleme behoben werden, um eine energieeffiziente Cloud-Infrastruktur zu entwickeln, die Cloud-Technologie zukunftsfähig macht und den Zugang zu Cloud-Ressourcen vereinfacht. Die Forscher möchten ein heterogenes Cloud-System schaffen, das hohe Rechenleistung mit dem energieeffizienten, kombinierten Einsatz verschiedener Arten von Hardware und Servern verbindet. Technisch ausgedrückt streben sie eine neuartige Verwaltungs- und Delivery-Architektur für die Cloud an, das auf Selbstorganisation und -verwaltung basiert und die Bereitstellung und Optimierung vom Verbraucher auf ein Software-Stack verschiebt, das in der Cloud-Infrastruktur ausgeführt wird.

Das übergeordnete Ziel des Projekts besteht darin, die ineffiziente Nutzung von Ressourcen zu vermeiden und somit durch einen gesenkten Energieverbrauch und die verbesserte Bereitstellung von Diensten Einsparungen sowohl für Cloud-Anbieter als auch für Cloud-Nutzer zu erzielen. Obwohl das Projekt noch nicht abgeschlossen ist, wurden bereits Anwendungsfälle für drei Anwendungsbereiche veröffentlicht – Genomik, Öl- und Gasexploration und Raytracing – anhand derer die Verwaltungs- und Delivery-Modelle der CLOUDLIGHTNING-Forscher überprüft werden sollen.

Nach diesen vielversprechenden ersten Ergebnissen wird der nächste Schritt in der Erstellung und Anwendung einer Testumgebung bestehen, in der das CLOUDLIGHTNING-Software-Stack ausgeführt wird. Die Forscher merken an, dass in dieser Testumgebung die Daten gesammelt werden, auf deren Grundlage anschließend großangelegte Simulationen selbstorganisierter und selbstverwalteter, skalierbarer, heterogener Cloud-Systeme stattfinden werden.

Weitere Informationen:
Projektwebsite