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Réduire les émissions de carbone dans l'informatique avec GreenScale

GreenScale optimise les systèmes informatiques pour réduire les émissions de carbone grâce à une planification intelligente.

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Avec la technologie qui évolue sans cesse, on a de plus en plus besoin d'énergie. Plus d'énergie utilisée, ça veut dire plus de pollution, surtout avec les systèmes informatiques. En 2022, l'industrie tech était responsable d'environ 3% des émissions mondiales de carbone. Ce chiffre pourrait grimper à 8% dans les dix prochaines années si on ne fait rien. Donc, il est super important de créer des systèmes informatiques qui consomment moins d'énergie et émettent moins de carbone.

Le Problème

Aujourd'hui, beaucoup de systèmes tech ne se préoccupent pas de l'origine de leur énergie ou du moment où elle est utilisée. C'est particulièrement vrai pour les énergies renouvelables, comme le solaire et l'éolien, qui peuvent être irrégulières. Savoir combien de carbone est produit par l'énergie en fonction de l'endroit et du moment est crucial pour réduire l'empreinte carbone de l'informatique.

Le Défi

Le défi, c'est de trouver le meilleur moment et le meilleur endroit pour faire tourner les Applications, que ce soit sur des appareils personnels ou sur des serveurs cloud. Décider comment planifier les tâches informatiques, c'est pas simple. Il faut aussi prendre en compte les variations dans le temps qu'il faut pour accomplir les tâches, les effets durables des émissions, et l’augmentation de la consommation d'énergie globale.

Présentation de GreenScale

GreenScale est un nouveau système conçu pour aider à résoudre ces problèmes. Il se concentre sur comment prendre des décisions intelligentes concernant quand et où faire tourner les applications. Il examine les Émissions de carbone de différents systèmes informatiques et aide les développeurs à faire des choix qui peuvent réduire les émissions.

Comment ça Marche GreenScale

GreenScale prend en compte plusieurs éléments qui influencent les émissions de carbone. Cela inclut :

  • Le type d'application en cours d'exécution.
  • L'emplacement et les sources d'énergie disponibles.
  • Comment l'énergie est utilisée tout au long de la journée.
  • Les variations dans la manière dont les tâches sont effectuées au fil du temps.

En considérant ces facteurs, GreenScale peut aider à réduire les émissions de carbone des applications de jusqu'à 29,1%.

L'Importance de l'Efficacité carbone

La nécessité d'efficacité carbone est claire. Avec des millions d'utilisateurs pour les applications cloud edge, réduire les émissions de carbone peut faire une grosse différence. Par exemple, si on économise 29,1% d'émissions de carbone, ça correspond à des réductions annuelles significatives, un peu comme si on retirait 55 voitures de la circulation.

Énergie renouvelable et Informatique

Bien que les sources d'énergie renouvelable comme l'éolien et le solaire soient essentielles, elles ne sont pas toujours disponibles. Cela signifie que l'intensité carbone de l'électricité utilisée pour l'informatique peut varier selon le temps et l'endroit. Cette compréhension nous amène à réaliser que faire tourner des applications à certains moments et endroits peut avoir un impact significatif sur les émissions.

Systèmes Cloud Edge

GreenScale s'intéresse au système cloud edge, un mélange de petits appareils à la périphérie du réseau et de serveurs plus grands dans le cloud. Des dispositifs intelligents, comme les smartphones, peuvent réaliser une partie des tâches de calcul pour alléger la charge sur les serveurs cloud. Ça peut mener à des services plus rapides et à des coûts de transmission de données plus bas.

Différents Scénarios Informatiques

Il y a deux types principaux de configurations pour développer des applications :

  1. Développeurs d'Applications Tiers : Ces développeurs utilisent souvent des serveurs peu coûteux dans le réseau edge ou louent des serveurs auprès de prestataires de services cloud.

  2. Entreprises : Celles-ci peuvent posséder leurs serveurs et centres de données, ce qui leur permet de faire tourner des applications plus efficacement sans dépendre de la location de ressources.

Selon le système utilisé, le choix d'exécution et de planification peut varier énormément.

S'adresser aux Émissions de Carbone Incorporées

Les émissions de carbone incorporées se réfèrent à celles produites pendant la fabrication, le transport et la fin de vie des composants tech. Comprendre comment ces émissions s'accumulent est crucial pour prendre des décisions éclairées sur la manière de faire tourner des applications.

Le Rôle du Temps et de l'Emplacement

L'empreinte carbone de l'informatique est fortement influencée par le moment et l'endroit où ça se passe. Par exemple, dans les zones riches en sources d'énergie renouvelable, faire des tâches lourdes peut entraîner moins d'émissions. Au contraire, dans les zones où les sources renouvelables sont rares, les émissions seront plus élevées, rendant la planification encore plus critique.

Travailler avec les Applications

GreenScale aide les développeurs à améliorer l'efficacité carbone de leurs applications. Grâce à une planification intelligente, les développeurs prennent de meilleures décisions sur où faire tourner les tâches en fonction de divers facteurs comme les sources d'énergie et les demandes des tâches.

L'Approche GreenScale

GreenScale est un outil puissant qui fournit un moyen d'analyser les émissions dans le paysage informatique. Cela se fait à travers son cadre, qui comprend :

  • Modèles de performance et de consommation d'énergie : Ces modèles permettent à GreenScale de mesurer et de comprendre comment différents composants fonctionnent.
  • Modèles d'empreinte carbone opérationnelle et incorporée : Ces modèles aident à calculer combien de carbone est produit pendant l'utilisation et le cycle de vie des composants informatiques.
  • Informations pour les développeurs : GreenScale fournit des directives sur l'amélioration de la conception des applications pour minimiser l'impact carbone.

Applications Réelles de GreenScale

GreenScale a été évalué avec trois catégories d'applications importantes : IA, jeux et réalité augmentée/virtuelle (AR/VR). En appliquant ses techniques de planification, on a montré que des réductions significatives des émissions de carbone sont réalisables dans ces catégories.

Charges de Travail IA

Pour les applications IA, le choix de l'endroit où exécuter les tâches dépend beaucoup des calculs requis et de la quantité de données à traiter. Différents réseaux de neurones varient dans leurs besoins de traitement, ce qui peut influencer la décision sur le meilleur endroit pour exécuter les tâches.

Charges de Travail de Jeux

Dans le domaine des jeux, il faut trouver un équilibre entre offrir des expériences de haute qualité et être conscient des émissions de carbone. Les services de jeux cloud demandent généralement plus d'énergie à cause du transfert de données, tandis que les applications locales consomment moins d'énergie au final.

Charges de Travail AR/VR

Pour les applications AR/VR, les exigences en matière de traitement et d'utilisation des données sont également critiques. Ces applications peuvent avoir des besoins de traitement différents qui impactent les émissions de carbone, selon leur conception et leur exécution.

Études de Cas

En considérant différents scénarios d'utilisateurs, l'efficacité de GreenScale peut être démontrée. Par exemple, les utilisateurs peuvent changer leurs habitudes de chargement d'appareils, entraînant des réductions substantielles des émissions de carbone.

Le Besoin de Sensibilisation au Carbone

Il est nécessaire de tenir compte de l'intensité carbone des sources d'énergie lors de la configuration des tâches informatiques. Le type d'énergie utilisé peut faire une réelle différence en matière d'émissions. Comprendre ces dynamiques peut mener à des pratiques informatiques plus durables.

Gestion de la Variabilité

Un autre facteur dans l'approche de GreenScale est la gestion de la variabilité. Tant la performance de l'infrastructure que celle du réseau peuvent varier en fonction de la demande des utilisateurs et des conditions du réseau, impactant l'efficacité globale.

Conclusion

GreenScale propose un outil puissant pour optimiser les systèmes informatiques afin de réduire les émissions de carbone. En tenant compte du moment et du lieu où les applications sont exécutées, les développeurs peuvent prendre des décisions éclairées qui conduisent à des réductions significatives de l'impact environnemental. À mesure que la technologie continue d'évoluer, des systèmes comme GreenScale seront essentiels pour s'assurer que nos besoins informatiques s'alignent avec nos responsabilités environnementales.

Grâce à l'utilisation de planification intelligente et de conceptions sensibles au carbone, on peut travailler vers un avenir où la technologie est non seulement avancée mais aussi durable. Le potentiel d'économies de carbone est énorme, et en utilisant des outils comme GreenScale, on peut faire des pas vers un avenir plus vert et meilleur.

Source originale

Titre: GreenScale: Carbon-Aware Systems for Edge Computing

Résumé: To improve the environmental implications of the growing demand of computing, future applications need to improve the carbon-efficiency of computing infrastructures. State-of-the-art approaches, however, do not consider the intermittent nature of renewable energy. The time and location-based carbon intensity of energy fueling computing has been ignored when determining how computation is carried out. This poses a new challenge -- deciding when and where to run applications across consumer devices at the edge and servers in the cloud. Such scheduling decisions become more complicated with the stochastic runtime variance and the amortization of the rising embodied emissions. This work proposes GreenScale, a framework to understand the design and optimization space of carbon-aware scheduling for green applications across the edge-cloud infrastructure. Based on the quantified carbon output of the infrastructure components, we demonstrate that optimizing for carbon, compared to performance and energy efficiency, yields unique scheduling solutions. Our evaluation with three representative categories of applications (i.e., AI, Game, and AR/VR) demonstrate that the carbon emissions of the applications can be reduced by up to 29.1% with the GreenScale. The analysis in this work further provides a detailed road map for edge-cloud application developers to build green applications.

Auteurs: Young Geun Kim, Udit Gupta, Andrew McCrabb, Yonglak Son, Valeria Bertacco, David Brooks, Carole-Jean Wu

Dernière mise à jour: 2023-04-01 00:00:00

Langue: English

Source URL: https://arxiv.org/abs/2304.00404

Source PDF: https://arxiv.org/pdf/2304.00404

Licence: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Changements: Ce résumé a été créé avec l'aide de l'IA et peut contenir des inexactitudes. Pour obtenir des informations précises, veuillez vous référer aux documents sources originaux dont les liens figurent ici.

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