Écologie et centres de données. Comme en Russie et à l'étranger, les «données vertes»

Mes collègues et moi avons étudié l'expérience des géants mondiaux de l'informatique en matière de respect de l'environnement des centres de données, évincé le jus des matériaux sur la façon dont Apple, Google, Facebook, Microsoft et bien d'autres organisent un modèle synergique de performances des centres de données. Nous avons également appris à quel point les données sont «sales» en Europe, en Amérique et en Russie et démontré pourquoi l'Asie de haute technologie est un «territoire de contrastes environnementaux».

Aujourd'hui, les gardiens de la nature sont la lévitation magnétique, l'intelligence artificielle, le biogaz, les centres de données implantés dans l'écosystème et d'autres éco-technologies. Cet article maximise l'efficacité des centres de données, affectant le moins possible l'environnement.


La croissance des ensembles de données devient semblable à une avalanche. Les centres de données demandent de plus en plus d'électricité. En moyenne, dans le monde, ils consomment de 3 à 5% de toute l'électricité. Et dans certains pays, ce chiffre atteint 7%. L'électricité utilisée par les centres de données va à l'ensemble de son infrastructure d'ingénierie et de son équipement informatique. Le remplissage des centres de données est un méli-mélo préfabriqué d'équipements de diverses fonctionnalités.


Avec l'augmentation de la classe de fiabilité du datacenter, sa demande de ressources croît également. Et dans les centres de données à haute fiabilité, l'équipement est généralement dupliqué. De nombreux équipements du système ont un remplacement - une sorte de «joueur sur le banc», et la charge est la même sur chacun d'eux. Il s'avère que la part du lion de tout l'équipement réchauffe l'atmosphère.

Rappelons que la majeure partie de l'électricité utilisée par les centres de données est produite à partir de sources qui n'ont pas le meilleur effet sur l'environnement. Mais les centres de données eux-mêmes sont en fait inoffensifs: la plupart d'entre eux ne sont pas autonomes et reçoivent de l'électricité de sources urbaines et régionales, générée immédiatement pour plusieurs clients. Eh bien, il est temps de changer la disposition des domaines de responsabilité et de prendre le contrôle de la situation.

Certains centres de données produisent eux-mêmes de l'énergie à l'aide de générateurs diesel, mais ils ne le font que pour augmenter le niveau de fiabilité. Les générateurs diesel polluent non seulement considérablement l'atmosphère, mais sont également réputés pour leur niveau de bruit élevé. Si tout est laissé tel quel, la situation peut être considérablement aggravée. Regardez juste l'Est.

La Chine

Les trois quarts des centres de données chinois fonctionnent à l'électricité à partir de ressources non renouvelables, dont le charbon. Chaque message dans le messager ou photo sur le réseau social brûle de nouveaux volumes de charbon, ce qui entraîne l'émission de millions de tonnes de dioxyde de carbone dans l'atmosphère.

Pour représenter l'ampleur de la catastrophe, passons aux chiffres. Selon une étude de GreenPeace de 2019, afin de fournir de l'électricité à 44 centres de données chinois, en 2018, les centrales électriques ont émis 99 millions de tonnes de CO₂ dans l'atmosphère.

Le smog qui en résulte désactive les systèmes de climatisation, qui remplissent la fonction de poumons pour les centres de données. Malheureusement, la Chine ne peut toujours pas se débarrasser de cette mauvaise habitude.

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Les centres de données chinois consomment plus d'électricité que la Hongrie et la Grèce réunies. 90% d'entre eux ne prennent pas de mesures actives pour "verdir" l'énergie utilisée.

Le gouvernement chinois a déjà tenté de lancer un programme pilote de centres de données "verts". Pékin a littéralement tracé la ligne: ce qui est désormais interdit dans la capitale, ce sont les centres de données, dans lesquels l'ingénierie des centres de données qui l'accompagne consomme plus de la moitié de l'énergie requise pour les racks de serveurs. Par conséquent, les centres de données ont simplement déménagé dans les provinces.

Il y a d'autres exemples. Le groupe Alibaba dispose de centres de données solaires et hydroélectriques. Et pour le centre de données de Guangzhou, le géant du commerce électronique a utilisé l'eau de Qingdao à proximité pour refroidir les serveurs. L'entreprise a cessé d'utiliser des refroidisseurs (refroidisseurs) pendant un an. Et ils consomment pendant une minute autant d'énergie que les serveurs du centre de données.

Le fournisseur chinois Haier a développé un refroidisseur centrifuge utilisant la technologie de lévitation magnétique sur les roulements. L'invention contribue à réduire la consommation d'énergie et les émissions de substances nocives. L'entreprise positionne son unité comme la plus puissante au monde en termes de puissance frigorifique. La technologie a porté le secteur de la réfrigération à un nouveau niveau. La puissance des solutions alternatives s'estompe par rapport à un nouveau produit. Nous regardons ce qui se passera quand il pénétrera suffisamment le marché.

"Three E": Respect de l'environnement, efficacité, économie

De plus en plus d'entreprises s'efforcent de démarrer une entreprise, en trouvant un équilibre entre respect de l'environnement, efficacité énergétique et économie. Des projets sur des centres de données «verts» sont déjà mis en œuvre par des acteurs majeurs comme eBay, Amazon, Facebook et bien d'autres.

Les géants de l'informatique réfléchissent à l'avance aux modèles d'organisation commerciale optimaux afin de réaliser une interaction synergétique entre les centres de données et l'environnement. Toutes les entreprises ne le comprennent pas. Mais après tout, en chassant deux lièvres, vous pouvez en attraper jusqu'à quatre *:

Lièvre №1
Faites participer l'énergie provenant de sources propres et renouvelables, y compris la produire vous-même. Bonus Hare: C'est un bon moyen d'augmenter votre réputation sur le marché en devenant un acteur respectueux de l'environnement.

Lièvre №2
Augmentez l'efficacité énergétique à un nouveau niveau tout en en réduisant le besoin. Une autre oreille évidente : vous pouvez économiser beaucoup.

_{* Aucun animal n'a été blessé lors de la rédaction de l'article}

En parlant de statut. Il peut être officiellement obtenu en obtenant le certificat de certificats d'énergie renouvelable (REC) , dont la présence confirme la propreté et la renouvelabilité de l'électricité utilisée par le centre de données. Une «médaille sur la poitrine» pour la responsabilité environnementale est non seulement agréable, mais aussi utile.

En intégrant correctement les centres de données dans l'écosystème avec leurs caractéristiques géoclimatiques, il est possible d'atteindre un équilibre de «trois E». Il y a trois domaines à traiter. Voici quelques exemples.

• Extérieur. L'extérieur d'un centre de données respectueux de l'environnement est l'emplacement des centres de données dans des bunkers souterrains, dans les déserts arctiques, à proximité de plans d'eau à basses températures ou même au fond de l'océan. Tout cela offre la possibilité d'un conditionnement et d'un refroidissement naturels.
• Intérieur. Parlant du «bourrage» du centre de données, il est nécessaire de réfléchir à toutes les nuances - de la conception spéciale des bâtiments et des locaux à l'emplacement des différents systèmes et à leur interaction. Par exemple, un bon effet peut être obtenu en disposant des flux d'air froid et chaud dans les couloirs entre les racks ou en intégrant les générateurs directement dans les serveurs.
• Énergie propre. Et pour la production d'énergie propre, ils ne pouvaient rien trouver: panneaux solaires, biogaz, moulins à vent, centrales hydroélectriques, même intelligence artificielle! Cependant, pour la continuité du datacenter, vous ne devez pas vous fier uniquement aux éoliennes et aux panneaux solaires, qui dépendent de l'intensité des éléments.

Indice d'efficacité énergétique (section pour les amateurs de formules)

Les performances du centre de données reflètent le PUE (Power Usage Effectiveness). Il montre le rapport entre la puissance totale consommée par le centre de données (le bâtiment avec l'équipement) et l'énergie consommée par l'équipement lui-même.

PUE = (capacité totale de l'équipement du centre de données) / (puissance de l'équipement informatique dans le centre de données)

À titre d'exemple: PUE 1,95 signifie que 95% de l'énergie est utilisée pour la climatisation, le refroidissement et d'autres besoins de centre de données «utilitaire» par rapport aux besoins du serveur pour le centre de données.

Dans la plupart des centres de données en Chine, le PUE est de 2,2. C'est beaucoup plus élevé que dans plusieurs pays européens. Aux États-Unis, le PUE moyen est de 1,9. Les entreprises leaders en termes d'indicateur affichent un chiffre ne dépassant pas 1,2.

Singapour

En ce qui concerne la combinaison réussie de la responsabilité environnementale et de l'innovation, un petit État très avancé sur le plan technologique - Singapour - se distingue. Google, Amazon et IBM ont déjà déployé leurs batteries de serveurs ici. Le pays possède une forte concentration de centres de données avec une connectivité ultra-rapide et, de ce fait, suit la génération de hautes technologies, fournissant un terrain fertile pour le développement de la virtualisation et de la mobilité.

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Les ingénieurs singapouriens Tropical Data Center (TDC) ont mené une expérience avec la création de la première «ferme» de serveurs au monde pour les climats tropicaux. L'objectif est d'explorer les possibilités d'utilisation de technologies respectueuses de l'environnement dans les centres de données. Et l'idée globale est de réduire la consommation d'énergie de l'infrastructure de la batterie de serveurs. Singapour est précisément le pays dont nous avons parlé plus haut: 7% de la consommation nationale d'électricité est destinée à l'alimentation des centres de données de Singapour.

De nombreuses sociétés informatiques et même l'université technologique ont décidé de participer à l'expérimentation en apportant leurs ressources et leurs développements. Dans son cadre, les serveurs seront testés pour leur endurance lors des surtensions, l'absence de contrôle de température ou de contrôle d'humidité.

Apple

Apple a gagné le titre de société écologiquement responsable en mettant en œuvre de nombreux éco-projets, malgré le fait que pendant un certain temps, elle était sous la pression des écologistes. Maintenant en Californie, le bureau d'Apple Park a une puissante installation solaire sur le toit, la société installe des panneaux solaires vénérables dans les domaines du Nevada, de la Californie et de la Chine.

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L'iDataCenter d'Apple est généralement très délicat: il est peint en blanc à l'extérieur pour réduire la chaleur du soleil; dans le centre de données équipement d'alimentation triphasée; Des lampes LED à économie d'énergie sont utilisées dans tout le bâtiment. Pour une telle «convivialité environnementale», iDataCenter a obtenu la certification LEED Platine .

Les installations de biogaz constituent une autre source d'énergie pour les centres de données Apple. Le gaz est obtenu à partir de la décomposition de la biomasse. Le méthane produit par les usines est nettoyé et accumulé dans les piles à combustible Bloom Box, qui alimentent ensuite les serveurs de l'entreprise en électricité.

Ce modèle présente de nombreux avantages: d'une part, il s'agit d'une méthode de production d'électricité sans déchets, et d'autre part, la chaleur excédentaire générée est renvoyée dans la chambre de traitement pour accélérer le processus de fermentation. Et le méthane est une ressource renouvelable et assez abordable. Combien de lapins à la fois!

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En aidant Apple en matière d'environnement, Bloom Energy a commencé son histoire avec la création d'une technologie pour convertir les gaz atmosphériques martiens en oxygène, bien sûr, à des fins spatiales. Bientôt, la société a réalisé que sa technologie pourrait être plus utile sur Terre. Bloom Energy génère de l'électricité propre à l'ère numérique qui peut fournir des systèmes hautement fiables et sans problème. De telles idées peuvent à juste titre être considérées comme l'une des plus efficaces, respectueuses de l'environnement et économiques de la planète. L'activité de l'entreprise se développe et protège l'environnement contre les fortes doses de CO₂ présentes dans l'environnement.

Microsoft

Microsoft en 2013 a refusé de se connecter à l'infrastructure énergétique régionale. Le centre de données est devenu sa propre société d'énergie. Microsoft a injecté des piles à combustible au méthane directement dans les racks de serveurs. L'introduction d'une source d'énergie autonome dans l'infrastructure du datacenter a permis d'optimiser la distribution de l'énergie. L'efficacité du centre de données a doublé. Un tel centre de données peut être placé partout où il y a du méthane loin des infrastructures de la ville.

Mais ce n'est pas tout ce que l'entreprise peut nous surprendre. Les centres de données sous-marins du projet Natick peuvent jouer un rôle clé à l'avenir dans le déploiement de l'infrastructure informatique Microsoft. Lorsque l'entreprise a lancé ce projet, tout le monde autour d'elle l'a perçu comme une expérience. Mais maintenant, Microsoft a même intégré le concept de centres de données sous-marins dans sa stratégie de «calcul informatique de pointe», qui suppose une proximité maximale des données avec les utilisateurs finaux. Le centre de données sous-marin est autonome et alimenté par des énergies renouvelables.

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Facebook

Le centre de données d'efficacité énergétique (PUE) de Facebook à Lulea n'est que de 1,07. Cette région est à 60 kilomètres du cercle polaire arctique. Facebook utilise uniquement l'énergie reçue de la centrale hydroélectrique au confluent de la rivière Lule et du golfe de Botnie dans le centre de données. La température moyenne ici n'est que de 1 ° C. L'entreprise a réussi à réduire de 70% le nombre de générateurs de rechange.

L'emplacement des centres de données dans les déserts glacés pose certaines difficultés:

• le coût de construction et d'entretien dans des conditions difficiles,
• problèmes de disponibilité du réseau et de bande passante,
• éloignement des clients de la "source de données",
• exposition à des températures trop basses sur l'équipement physique.

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Soit dit en passant, afin de réduire la consommation d'énergie du système de refroidissement du centre de données, il n'est pas du tout nécessaire de le construire près du cercle polaire arctique. Il existe d'autres méthodes. Par exemple, Google a utilisé l'intelligence artificielle.

Google

Tout a commencé avec le fait que la direction de la holding Alphabet a décidé d'optimiser les coûts. Cette société était assistée par des développeurs de DeepMind, une filiale de Google. Sur la base d'une analyse de 120 paramètres différents du travail quinquennal du centre de données, nous avons développé des algorithmes de contrôle du système - c'est presque la même chose que le Centre tropical de données de Singapour (TDC) se dirige actuellement. La société a créé un modèle prédictif de surveillance de l'efficacité énergétique basé sur l'intelligence artificielle DeepMind. Le système fonctionne sur le principe de la mesure quantitative des équipements impliqués à différents moments: climatiseurs, systèmes d'ouverture / fermeture de fenêtres, ventilateurs, pompes, contrôle de température, consommation d'énergie, activité du refroidisseur, etc. L'IA réussit même à prédire le moment de la charge maximale sur l'équipement du serveur.

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Et ce n'est qu'un début! Les algorithmes créés sont auto-apprenants et peuvent fonctionner même dans des conditions imprévisibles. Maintenant, l'IA a besoin de capteurs supplémentaires qui collecteront des informations pour la formation du système.

Quelques chiffres: les coûts énergétiques des systèmes de refroidissement ont été réduits de 40%, la consommation totale d'énergie - de 10%. Tout cela a permis d'économiser des milliards de dollars sur plusieurs années. Impressionnant, non?

D'ici 2018, l'entreprise a également entièrement transféré l'alimentation électrique de ses centres de données vers des sources d'énergie renouvelables. Google est deuxième derrière Facebook en termes d'efficacité énergétique - le PUE a atteint 1,12 dans son centre de données, tandis qu'un certain nombre d'entreprises européennes avec une moyenne de 1,8 ont encore de la place pour se développer.

Un autre centre de données Google peut recevoir l'énergie éolienne. L'objectif du projet est de fournir un centre de données flottant sur l'énergie éolienne. Il sera généré par d'énormes cerfs-volants au-dessus de la surface de l'eau, où les courants d'air sont permanents. Les générateurs de serpent mettront également les navires en mouvement - tout comme les voiles.

L'Europe

Equinix AM3

Ce centre de données néerlandais est situé à Amsterdam. Son opérateur utilise les tours de refroidissement hybrides Aquifer Thermal Energy Storage. L'air frais des tours est utilisé pour abaisser la température des couloirs chauds. L'eau élimine la chaleur des serveurs et des racks, se réchauffe et va immédiatement au système de chauffage de l'Université d'Amsterdam. Ceci est un autre exemple brillamment mis en œuvre du modèle gagnant-gagnant. Pour les besoins personnels, le centre de données d'Amsterdam génère environ 800 000 kilowattheures par an.

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Simec atlantis energy

Plus récemment, début septembre 2019, la société britannique d'énergie Simec Atlantis Energy a annoncé la construction d'un centre de données en Écosse qui fonctionnera exclusivement à partir d'une source d'énergie renouvelable. L'électricité proviendra d'une centrale hydroélectrique utilisant l'énergie marémotrice. Il s'agit du premier centre de données au monde fonctionnant à partir de ce type de source d'énergie. Et son bon emplacement dans l'isthme entre la côte écossaise et l'île de Stroma permettra à la station d'économiser sur le système de refroidissement et de recevoir de l'énergie en raison du mouvement des flux d'énormes volumes d'eau. Circulant entre les rives, l'eau fera tourner les turbines de la station et alimentera les centres de données en électricité propre.

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La russie

Tournons-nous vers l'expérience domestique. Malheureusement, en Russie, la conception «verte» des centres de données n'est pas encore stimulée au niveau des États, comme c'est le cas dans les pays européens. Actuellement, plus de 80% des centres de données russes sont situés dans les capitales - à Moscou et à Saint-Pétersbourg. La plupart des centres de données appartiennent à des géants de l'informatique, des télécommunications et des sociétés financières. Et le désir de les concevoir dans le spectre vert est motivé uniquement par le désir d'améliorer les indicateurs économiques - par exemple, économiser de l'électricité.

Une bonne exception prometteuse pourrait être le jeune centre de données Yandex à Vladimir. Les climatiseurs et refroidisseurs industriels n'y sont pas du tout utilisés - tout est refroidi à l'aide de la technologie de free-cooling. Au centre de données Yandex, cela fonctionne comme ceci: l'air froid pénètre dans les chambres de mélange de la rue, où, après filtration, il est pompé par les murs de ventilation à travers le module d'humidification dans les couloirs froids. Ils voulaient acheminer la chaleur générée par les serveurs vers les locaux administratifs du centre de données lui-même, dans les maisons du microdistrict voisin, vers d'autres entreprises industrielles, ou créer un nouveau projet de complexes de serres chauffés par le fonctionnement des serveurs du centre de données.

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En général, l'efficacité énergétique de l'économie russe est 2,5 à 3 fois inférieure à l'indicateur d'efficacité énergétique moyenne mondiale. Mais le désir de suivre la voie de la substitution des importations dans les industries de haute technologie est assez chaud chez nous.

Les principaux problèmes qui entravent l'écologisation des centres de données en Russie:

• manque d'investissement et d'incitations gouvernementales;
• utilisation locale de technologies économes en énergie;
• «famine» du personnel dans la construction de centres de données, en particulier un manque notable de représentants pour les postes de direction.

En Russie, ils ont activement discuté de la conception écologique des centres de données il y a environ cinq à sept ans, puis les discussions se sont apaisées dans les médias et les centres de données respectueux de l'environnement n'ont pas beaucoup augmenté depuis lors. Les experts prédisent que la situation va changer dans quelques années, lorsque le coût des centres de données verts et traditionnels sera à peu près égal, et que seuls les géants de l'industrie informatique peuvent se le permettre. L'écologisation des centres de données existants est assez difficile et coûteuse. Tous les systèmes de conservation et de réutilisation de l'énergie doivent être conçus à l'avance.

Ayant étudié l'expérience du monde entier, mes collègues et moi avons mis au point des moyens possibles de résoudre le problème, et la liste «du simple au complexe» présentée ci-dessous peut servir de feuille de route pour l'aménagement paysager de l'industrie informatique.

• Structuration des données. La déduplication des données est un moyen intéressant et évident d'économiser. , , , . , «» . , , , . «» , , , , -.
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Une autre technologie de pointe est le refroidissement adiabatique - par pulvérisation d'eau dans de petites gouttelettes et condensation ultérieure.

• "Intérieur." Après avoir judicieusement placé l'équipement dans le centre de données, il est possible d'obtenir un fonctionnement optimal des systèmes d'ingénierie et d'augmenter l'efficacité énergétique. L'option la plus évidente est de rationaliser le flux d'air. L'air chaud et froid a une densité différente. Que faire ensuite - les ingénieurs devineront ... Reconfigurer le centre de données existant et déplacer l'équipement, en évitant la suspension du système ou même les plantages du site, est une tâche impossible. Par conséquent, cette solution est plus adaptée à une implémentation dans de nouveaux centres de données.
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  ○ Stimuler - une carotte pour une entreprise respectueuse de l'environnement, des incitations matérielles pour les entreprises respectueuses de l'environnement, par exemple, sous la forme de subventions. Mais les politiques d'incitation (par opposition à celles qui les interdisent) doivent être mises en œuvre le plus tôt possible. Et puis nous avons une chance de rattraper l'expérience étrangère, où une bonne moitié des entreprises informatiques ont déjà un certain degré de technologie verte.

Les entreprises n'ont pas immédiatement pensé à la tendance de la responsabilité environnementale, et la mise en œuvre de telles idées nécessite du temps, une profonde réflexion et une approche créative. Les projets d'énergie «propre» coûtent cher, jusqu'à présent les géants dotés de capitaux importants peuvent se permettre cette opportunité. Les centres de données écologiques nécessitent de gros investissements, en particulier dans les phases initiales.

Les risques associés aux changements ne doivent pas être intimidants. La récupération des projets de «verdissement» des centres de données est une question de temps. De plus, le processus de transition vers l'éco-énergie est assez long. D'un autre côté, la question est de savoir s'il vaut la peine de changer d'anciens centres de données ou d'en concevoir de nouveaux. Les entreprises russes ont une excellente occasion de mettre en œuvre la deuxième option en construisant de nouveaux centres de données dans les latitudes nord du pays, dans des réservoirs froids avec hydroélectricité ou à proximité d'eux, ainsi qu'en construisant des parcs solaires ou éoliens dans les territoires désertiques.

Les nouveaux arrivants dans la communauté verte peuvent prendre de petites mesures pour accroître la responsabilité environnementale. Les premiers à commencer à mettre en œuvre la «politique verte» recevront des atouts sur le marché.