6. juli 2021

Dansk opfindelse vil gøre verdens computerservere mere klimavenlige

algoritmer

En ny, sublim algoritme udviklet af danske forskere kan mindske ressourceforbruget hos verdens computerservere enormt. Computerservere er en lige så stor klimasynder som den samlede flytrafik, så behovet for grøn omstilling inden for IT er presserende. Forskerne, som er fra Københavns Universitet, forventer, at de store IT-virksomheder tager algoritmen i brug straks.

Foto: Getty Images
Foto: Getty Images

En af bagsiderne ved vores galopperende internetforbrug er den påvirkning, det har på klimaet i kraft af det massive elforbrug, som computerservere har.  Allerede i dag er CO2-udledningen fra datacentre lige så stor som fra den samlede flytrafik i verden, og udledningen forventes at vokse til det dobbelte inden for få år.

For en håndfuld år siden var professor Mikkel Thorup en af forskerne bag en algoritme, som gik en del af det problem i møde ved at give en banebrydende opskrift til at effektivisere computerserveres arbejdsgange og dermed spare energi og ressourcer. IT-giganter som Vimeo og Google implementerede begejstret algoritmen i deres systemer, og videotjenesten Vimeo afslørede, at algoritmen reducerede dens forbrug af båndbredde med otte gange.

Nu har Mikkel Thorup og to forskerkolleger fra Københavns Universitet lavet den perfekte udgave af den smarte algoritme. Og det gør den i stand til at løse et grundlæggende problem i computersystemer mange gange hurtigere end i dag: nemlig at nogle servere bliver overbelastede, mens andre har plads til overs.

”Vi har fundet en algoritme, der fjerner en af de store årsager til overbelastede servere én gang for alle. Vores tidligere algoritme var en gevaldig forbedring i forhold til den måde, industrien gjorde det på i forvejen, men denne her er mange gange bedre og bruger så få ressourcer som overhovedet muligt. Og alle er velkomne til at bruge den gratis,” siger professor Mikkel Thorup fra Datalogisk Institut på Københavns Universitet, som har udviklet algoritmen sammen med Anders Aamand og Jakob Bæk Tejs Knudsen fra samme institut.

Graf der viser Vimeos forbrug af båndbredde
Grafen viser udviklingen i Vimeo's forbrug af båndbredde før og efter implementeringen af algoritmen udviklet af Mikkel Thorup et al. (credit: Vimeo)

Internettrafikken stiger eksplosivt

Problemet, som algoritmen kan løse, består i, at servere ofte bliver overbelastede, fordi de modtager flere anmodninger fra klienter, end de har kapacitet til. Det kan fx være, når en bruger beder om at se en bestemt video på Vimeo eller film på Netflix. Computersystemerne har derfor ofte brug for at flytte rundt på klienter mange gange for at opnå en balanceret fordeling mellem de forskellige servere.

Men det er et hundesvært matematisk regnestykke, da der kan være en milliard servere involveret i systemet, som oven i købet er omskifteligt, fordi nye klienter og servere hele tiden kommer og går. Det giver sig til udslag i og overbelastninger og servernedbrud, men altså også et ressourceforbrug, som samlet set kan mærkes i klimaregnskabet. 

”Og da internettrafikken er i nærmest eksplosiv stigning, vil problemet hele tiden vokse. Derfor er der brug for en skalérbar løsning, som ikke er afhængig af hvor mange servere, der er involveret – og sådan en løsning er vores algoritme netop,” forklarer Mikkel Thorup.

Ifølge det amerikanske IT-firma Cisco vil internettrafikken vokse til det tredobbelte fra 2017 til 2022, og til næste år vil online-videoer udgøre 82 procent af al internettrafik.

 

Fra 100 skridt til 10

Den nye algoritme sørger for, at klienterne bliver fordelt så ligeligt som muligt mellem serverne ved at flytte rundt på klienter færrest gange muligt og hente indhold så lokalt som muligt.

Hvis man fx gerne vil sikre, at fordelingen af klienter mellem serverne balancerer, således at ingen af serverne er over 10 % mere belastet end andre, kunne den gamle algoritme klare en opdatering ved at flytte en klient 100 gange, mens den nye er nede på 10 flytninger, og det selv hvis der er milliarder af klienter og servere i systemet. Sagt i et mere matematisk sprog: Hvis balancen skal overholdes inden for en faktor 1+1/X, er forbedringen i antal flytninger fra X2 til X, hvilket generelt er umuligt at gøre bedre.

Eftersom mange store IT-virksomheder allerede har implementeret Mikkel Thorups tidligere algoritme, tror han, at den nye algoritme vil blive taget i brug af industrien med det samme – og at den muligvis allerede er i brug.

Professor Mikkel Thorup fra BARC ved Datalogisk Institut.

Kontakt

Mikkel Thorup
Professor
BARC - Basic Algorithms Research Copenhagen
Datalogisk Institut
Københavns Universitet
mthorup@di.ku.dk
21 17 91 23

Maria Hornbek
Journalist
Det Natur- og Biovidenskabelige Fakultet
Københavns Universitet
maho@science.ku.dk
22 95 42 83

Læs også