Изменение 30 строк кода Linux снизит энергопотребление ЦОД на 30 %, выяснили учёные

Оптимизация в 30 строк кода для ядра Linux обещает сократить энергопотребление центров обработки данных (ЦОД) на целых 30%. Исследователи из Университета Ватерлоо (Канада) обнаружили фундаментальную неэффективность в обработке сетевых пакетов и предложили элегантное решение, которое уже интегрировано в ядро Linux версии 6.13. Если крупнейшие технологические корпорации внедрят этот патч, экономия электроэнергии может составить гигаватт-часы, что окажет прямое влияние на стоимость облачных вычислений и углеродный след интернета.

Как работает «конвейер» для сетевых пакетов

Профессор Мартин Карстен и аспирант Питер Цай выявили, что стандартный механизм обработки трафика в Linux заставляет центральные процессоры тратить ресурсы впустую. Ключевая проблема заключалась в неоптимальной очередности операций, что приводило к неэффективному использованию кеш-памяти CPU. Вместо того чтобы добавлять новые вычислительные мощности, команда просто изменила последовательность действий.

«Мы ничего не добавляли. Мы просто изменили очерёдность того, что и когда делается, и это помогло намного улучшить использование кешей центральных процессоров в ЦОД. Это как изменить схему конвейера на заводе, чтобы люди постоянно не бегали», — пояснил профессор Карстен. Вместе с инженером Джо Дамато из CDN-провайдера Fastly был разработан фрагмент кода длиной всего в 30 строк, который перенастраивает этот «конвейер» обработки.

Практическая ценность для инфраструктуры

Новый код оптимизирует обработку сетевых прерываний, снижая количество тактов, которые процессор тратит вхолостую. Это приводит к 30-процентному сокращению энергопотребления на критически важных операциях в серверных стойках. Для операторов ЦОД это означает не только снижение счетов за электричество, но и уменьшение тепловыделения, что напрямую влияет на затраты на охлаждение.

«Все эти крупные компании — Amazon, Google и Meta — в той или иной степени используют Linux, но они очень разборчивы в его применении. Если они решат „включить“ наш метод в своих центрах обработки данных, это поможет сэкономить гигаватт-часы энергии по всему миру. Это может оказать положительное влияние практически на каждый сервисный запрос в интернете», — отметил Карстен.

За последние годы эффективность процессоров росла в основном за счет увеличения количества ядер, а не оптимизации работы с памятью. Данное исследование бьет именно в это узкое место — кеш-промахи, которые являются основным потребителем энергии в современных серверах. Поскольку Linux является базой для подавляющего большинства облачных платформ, от AWS до Google Cloud, принятие этого патча может стать стандартом де-факто. Если крупные игроки активируют данную оптимизацию, совокупный эффект для отрасли будет эквивалентен строительству нескольких крупных электростанций, работающих на возобновляемых источниках, без каких-либо капитальных затрат на новое «железо».