Princeton phát triển phần mềm giúp giảm điện năng tiêu thụ trên hệ thống lưu trữ đám mây

Vivek Pai, chuyên gia khoa học máy tính tại Princeton đã cùng các cộng sự phát triển SSDAlloc

Công nghệ càng phát triển thì nhu cầu sử dụng và lưu trữ dữ liệu ngày một nhiều, nhất là khi chúng ta đang sống trong thời đại của điện toán đám mây với hàng hoạt dịch vụ lưu trữ như Dropbox, SugarSync, iCloud, Google Drive ... Đi kèm với hệ thống lưu trữ thông tin là một lượng điện năng rất lớn để duy trì nó, theo một ước tính, trung tâm dữ liệu hiện tại của Google tiêu tốn một lượng điện năng đủ để cung cấp cho 200.000 hộ gia đình tại Mỹ trong cùng một khoảng thời gian. Do đó, bài toán tiết kiệm điện trong khi các nguồn nhiên liệu đang dần cạn kiệt là vấn đề không dễ với các chuyên gia trên thế giới.

Tuy nhiên, mới đây nhóm nghiên cứu tới từ Đại học Kỹ thuật và Khoa học ứng dụng thuộc Đại học Princeton đã phát triển một phần mềm có tên gọi SSDAlloc để giúp giảm thiểu năng lượng tiêu thụ trong các thiết bị lưu trữ bằng cách sử dụng các ổ đĩa flash thay cho RAM trên các máy tính. Có thể nói đây là một bước tiến lớn giúp các công ty công nghệ xây dựng một hướng đi mới cho hệ thống server của họ.

Như chúng ta đã biết, trên các máy tính hiện tại, RAM (radom access memory) và ổ cứng đảm nhận những vai trò riêng biệt. Ổ cứng có tốc độ đọc ghi chậm, nhưng do đặc điểm chế tạo, nó có giá thành rẻ và có thể lưu trữ dữ liệu khi ngắt nguồn điện ngoài. Trong khi đó RAM có đốc độ truy/xuất dữ liệu nhanh hơn nhiều, nhưng nhược điểm của nó là giá thành cao và cần điện năng để duy trì dữ liệu trên đó. Khi máy tính hoặc hệ thống hoạt động, nó sẽ tải thông tin hệ điều hành và các phần mềm lên RAM và CPU sẽ xử lý dữ liệu. Quá trình đó đòi hỏi RAM tiêu tốn điện năng và sinh nhiệt. Để hệ thống lớn hoạt động ổn định, người ta phải trang bị các thiết bị làm lạnh. Do đó năng lượng sử dụng sẽ cần nhiều hơn.

Nếu chúng ta đã từng sử dụng các hệ điều hành khác nhau, đặc biệt là nền tảng Linux, hẳn các bạn sẽ biết đến khái niệm SWAP. SWAP là một phân vùng trên ổ cứng, tuy tốc độ truy xuất chậm, nhưng nó có thể đảm nhận nhiệm vụ như một sự mở rộng của RAM khi hệ thống phải tải một lượng thông tin lớn mà dung lượng RAM bị hạn chế. Ngày nay với các máy tính mới, người dùng có thể ít quan tâm tới phân vùng này vì họ có thể trang bị một, hoặc vài thanh RAM đủ để đáp ứng nhu cầu. Tuy nhiên, đây lại là ý tưởng để các nhà khoa học sử dụng để giải quyết bài toán tiết kiệm năng lượng.

Theo giải thích, các ổ đĩa flash có tốc độ đọc ghi dữ liệu nhanh hơn tốc độ trên ổ cứng rất nhiều. Hơn nữa, các ổ đĩa flash mới nhất có thể đảm nhận hàng triệu truy xuất mỗi giây, lớn hơn hàng chục nghìn lần so với việc chỉ có thể tiếp nhận tối đa 300 truy xuất của các ổ cứng hiện đại nhất trong cùng thời gian. Nhờ khả năng này, các ổ đĩa flash có thể đủ mạnh để giữ vai trò thanh thế cho RAM trong khi vẫn đảm bảo tốc độ truy nhập của hệ thống. Một ưu điểm quan trọng nữa của ổ đĩa flash là khi hoạt động, nó sản sinh ra rất ít nhiệt năng, do đó gần như người ta không phải cung cấp hệ thống làm lạnh đi kèm.

Trước đây, nhiều phần mềm được xây dựng dựa theo ý tưởng trên, nhưng trong hầu hết các trường hợp, việc phát triển các đoạn mã cho hệ thống là rất khó khăn, hoặc chương trình được viết chỉ có thể hướng hệ thống máy chủ làm việc với một vài ứng dụng nào đó. Sau thất bại mới đây của hai nhóm phát triển khác, rất nhiều chuyên gia đã nghĩ rằng không thể thực hiện phương pháp này ở thời điểm hiện tại nếu chỉ dựa vào các phần mềm.

Tuy nhiên, phó giáo sư Vivek Pai và các cộng sự tại bộ môn khoa học máy tính ở trường Đại học danh tiếng nhất nước Mỹ lại không nghĩ như vậy. Họ đã phát triển SSDAlloc với mục đích giúp các lập trình viên thanh đổi phương thức tìm kiếm thông tin truyền thống. Hệ thống được Princeton phát triển sẽ cho phép tận dụng tối đa khả năng đọc/ghi trên ổ đĩa flash. SSDAlloc sẽ giúp hệ thống hiểu ổ flash như một thành phần bên trong giống như RAM, nhưng được xếp ở mức độ ưu tiên thấp hơn.

Phiên bản đầu tiên của SSDAlloc đòi hỏi các lập trình viên phải sửa chương trình họ viết (theo ước lượng phải sử đổi 1% code) để nó có thể chạy ổn định trên hệ thống song song giữa RAM và bộ nhớ flash. Tuy nhiên, sau một thời gian nghiên cứu và phát triển, nó đã làm việc tốt với tất cả các chương trình và nay những người viết phần mềm sẽ không phải thay đổi hoặc thêm bất cứ đoạn mã rắc rối nào so với những gì họ đã làm.

Nhóm nghiên cứu cho biết, bộ nhớ flash chỉ có giá thành bằng 10% giá thành của RAM với dung lượng tương ứng, do đó nó có thể giúp giảm giá thành đáng kể hệ thống máy chủ. Hơn nữa, việc sử dụng cả RAM và bộ nhớ flash sẽ giúp giảm 90% điện năng tiêu thụ so với chỉ dùng RAM theo cách thông thường. Đây là những ưu điểm nổi bật mà các giải pháp khác không thể có.

Được biết, phiên bản mới nhất của SSDAlloc đã được sử dụng cho các bộ nhớ flash mới nhất của công ty Fusion-io, một hãng sản xuất thiết bị bán dẫn tại Salt Lake City (Hoa Kỳ). Các nhà khoa học hy vọng sáng kiến của họ sẽ được triển khai rộng rãi hơn nữa trong thời gian tới để đáp ứng nhu cầu của các hệ thống lưu trữ đám mây đang ngày càng phát triển.

Nguồn: Princeton Unviverstiy