Ecologia e data centers. Como na Rússia e no exterior, "dados ecológicos"

Meus colegas e eu estudamos a experiência dos gigantes mundiais de TI na questão da compatibilidade ambiental de data centers, espremeram bastante o material sobre como Apple, Google, Facebook, Microsoft e muitos outros organizam um modelo sinérgico de desempenho do data center. Também aprendemos como dados “sujos” estão na Europa, América e Rússia e demonstramos por que a Ásia de alta tecnologia é um “território de contrastes ambientais”.

Atualmente, os guardiões da natureza são levitação magnética, inteligência artificial, biogás, data centers implantados no ecossistema e outras ecotecnologias. Este artigo maximiza a eficiência dos data centers, afetando minimamente o ambiente.


O crescimento dos conjuntos de dados torna-se semelhante a uma avalanche. Os data centers estão exigindo cada vez mais eletricidade. Em média, em todo o mundo consomem de 3 a 5% de toda a eletricidade. E em alguns países esse número chega a 7%. A eletricidade usada pelos data centers vai para toda a infraestrutura de engenharia e equipamentos de TI. O preenchimento de data centers é uma mistura pré-fabricada de equipamentos de várias funcionalidades.


Com o aumento da classe de confiabilidade do data center, sua demanda por recursos também aumenta. E em data centers com alta confiabilidade, o equipamento geralmente é duplicado. Muitos itens de equipamento do sistema têm um substituto - uma espécie de “jogador no banco” e a carga é a mesma em cada um deles. Acontece que a maior parte de todo o equipamento apenas aquece a atmosfera.

Lembre-se do fato de que a maior parte da eletricidade usada pelos data centers é produzida a partir de fontes que não têm o melhor efeito no meio ambiente. Mas os próprios data centers são de fato inofensivos: a maioria deles não é autônoma e recebe eletricidade de fontes municipais e regionais, geradas imediatamente para vários clientes. Bem, é hora de mudar o arranjo das áreas de responsabilidade e assumir o controle da situação.

Alguns centros de dados produzem energia usando geradores a diesel, no entanto, eles fazem isso apenas para aumentar o nível de confiabilidade. Os geradores a diesel não apenas poluem significativamente a atmosfera, mas também são famosos por seu alto nível de ruído. Se tudo for deixado como está, a situação poderá ser bastante agravada. Basta olhar para o leste.

China

Três quartos dos data centers chineses operam com eletricidade a partir de recursos não renováveis, incluindo carvão. Cada mensagem no mensageiro ou foto na rede social queima novos volumes de carvão, o que leva à emissão de milhões de toneladas de dióxido de carbono na atmosfera.

Para representar a escala do desastre, passemos aos números. De acordo com um estudo do GreenPeace de 2019, para fornecer eletricidade a 44 data centers chineses, em 2018, as usinas de energia emitiram 99 milhões de toneladas de CO₂ na atmosfera.

A poluição atmosférica resultante desativa os sistemas de ar condicionado, que desempenham a função dos pulmões nos data centers. Infelizmente, a China ainda não consegue se livrar desse mau hábito.

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Os data centers da China consomem mais eletricidade do que toda a Hungria e Grécia juntas. 90% deles não tomam medidas ativas para "esverdear" a energia utilizada.

O governo chinês já fez tentativas de lançar um programa piloto de data centers "verdes". Pequim literalmente traçou a linha: o que agora é proibido na capital são os data centers, nos quais a engenharia que acompanha os centros de dados consome mais da metade da energia necessária para os racks de servidores. Como resultado, os data centers simplesmente se mudaram para as províncias.

Existem outros exemplos. O Alibaba Group possui data centers de energia solar e hidrelétrica. E para o data center em Guangzhou, a gigante do comércio eletrônico usou água da vizinha Qingdao para resfriar servidores. A empresa interrompeu o uso de chillers (coolers) por um ano. E eles, por um minuto, consomem tanta energia quanto os servidores no data center.

O fornecedor chinês Haier desenvolveu um chiller centrífugo usando tecnologia de levitação magnética em rolamentos. A invenção ajuda a reduzir o consumo de energia e as emissões de substâncias nocivas. A empresa posiciona sua unidade como a mais poderosa do mundo em termos de capacidade de refrigeração. A tecnologia levou o setor de refrigeração a um novo nível. O poder das soluções alternativas diminui em comparação com um novo produto. Observamos o que acontecerá quando penetrar o mercado o suficiente.

"Três E": respeito ao meio ambiente, eficiência, economia

Mais e mais empresas estão se esforçando para iniciar um negócio, alcançando um equilíbrio entre respeito pelo meio ambiente, eficiência energética e economia. Projetos em data centers "verdes" já estão sendo implementados por grandes players como eBay, Amazon, Facebook e muitos outros.

Os gigantes de TI pensam com antecedência sobre os modelos ideais de organização de negócios, a fim de obter uma interação sinérgica entre os data centers e o ambiente. Nem toda empresa entende isso. Afinal, perseguindo duas lebres, você pode pegar até quatro *:

Lebre №1
Envolver energia de fontes limpas e renováveis, incluindo a geração de energia você mesmo. Lebre de bônus: Esta é uma boa maneira de aumentar sua reputação no mercado, tornando-se um player ambientalmente responsável.

Lebre №2
Eleve a eficiência energética a um novo nível e reduza a necessidade dela. Outro óbvio : você pode economizar muito.

_{* Nenhum animal foi ferido enquanto escrevia o artigo}

Falando de status. Pode ser obtido oficialmente com a obtenção do certificado CER (Renewable Energy Certificates) , cuja presença confirma a limpeza e a renovabilidade da eletricidade usada pelo data center. Uma “medalha no peito” por responsabilidade ambiental não é apenas agradável, mas também útil.

Ao integrar corretamente os datacenters no ecossistema com seus recursos geoclimáticos, é possível obter um equilíbrio de "três E". Existem três áreas para trabalhar. Aqui estão alguns exemplos.

• Exterior. O exterior de um data center ecológico é a localização de data centers em bunkers subterrâneos, nos desertos do Ártico, nas proximidades de corpos d'água com baixas temperaturas ou mesmo no fundo do oceano. Tudo isso oferece a possibilidade de condicionamento e refrigeração naturais.
• Interior. Falando sobre o “recheio” do data center, é necessário refletir sobre todas as nuances - desde o design especial de edifícios e instalações até a localização de vários sistemas e sua interação. Por exemplo, um bom efeito pode ser alcançado organizando os fluxos de ar quente e frio nos corredores entre os racks ou integrando os geradores de energia diretamente nos servidores.
• Energia limpa. E para a produção de energia limpa eles não conseguiram nada: painéis solares, biogás, moinhos de vento, usinas hidrelétricas, até inteligência artificial! No entanto, para a continuidade do data center, você não deve confiar apenas em geradores de energia eólica e painéis solares, que dependem da intensidade dos elementos.

Índice de eficiência energética (seção para amantes de fórmula)

O desempenho do data center reflete o PUE (Eficiência no uso de energia). Ele mostra a proporção do consumo total de energia do data center (o prédio com o equipamento) e a energia consumida pelo próprio equipamento.

PUE = (Capacidade total do equipamento do data center) / (Potência do equipamento de TI no data center)

Como exemplo: PUE 1.95 significa que 95% da energia é usada para ar-condicionado, refrigeração e outras necessidades de data centers "utilitárias" em relação às necessidades do servidor para o data center.

Na maioria dos data centers na China, o PUE é 2,2. Isso é muito maior do que em vários países europeus. E nos EUA, o PUE médio é de 1,9. As empresas líderes em termos de indicadores mostram um número não superior a 1,2.

Cingapura

No que se refere à combinação bem-sucedida de responsabilidade ambiental e inovação, destaca-se um estado pequeno, mas muito tecnologicamente avançado - Cingapura. Google, Amazon e IBM já implantaram seus farms de servidores aqui. O país possui uma alta concentração de data centers com conectividade ultra-rápida e, devido a isso, acompanha a geração de altas tecnologias, fornecendo terreno fértil para o desenvolvimento da virtualização e mobilidade.

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Os engenheiros de Cingapura, o Tropical Data Center (TDC), realizaram um experimento com a criação do primeiro "farm" de servidores do mundo para climas tropicais. O objetivo é explorar as possibilidades de uso de tecnologias ambientalmente amigáveis ​​em data centers. E a idéia global é reduzir o consumo de energia da infraestrutura do farm de servidores. Cingapura é precisamente o país sobre o qual falamos acima: 7% do consumo nacional de eletricidade vai para a dieta dos data centers de Cingapura.

Muitas empresas de TI e até a universidade tecnológica decidiram participar do experimento, fornecendo seus recursos e desenvolvimentos. Dentro de sua estrutura, os servidores serão testados quanto à resistência durante picos de energia, ausência de controle de temperatura ou controle de umidade.

Maçã

A Apple ganhou o título de empresa ambientalmente responsável, implementando muitos projetos ecológicos, apesar de, durante algum tempo, estar sob pressão de ambientalistas. Agora na Califórnia, o escritório do Apple Park tem uma poderosa instalação solar no telhado, a empresa está instalando veneráveis ​​painéis solares nos campos de Nevada, Califórnia e China.

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O iDataCenter da Apple geralmente é muito complicado: é pintado de branco por fora para reduzir o calor do sol; no equipamento de fonte de alimentação trifásica do data center; luzes LED economizadoras de energia são usadas em todo o edifício. Por essa "compatibilidade ambiental", o iDataCenter recebeu a certificação LEED Platinum .

Outra fonte de energia para os data centers da maçã são as usinas de biogás. O gás é obtido a partir da decomposição da biomassa. O metano produzido pelas plantas é limpo e acumulado nas células de combustível Bloom Box, que fornecem eletricidade aos servidores da empresa.

Há muitas vantagens nesse modelo: em primeiro lugar, é um método sem desperdício para gerar eletricidade e, em segundo lugar, o excesso de calor gerado é enviado de volta à câmara de processamento para acelerar o processo de fermentação. E o metano é um recurso renovável e bastante acessível. Quantos coelhos de uma só vez!

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Ajudando a Apple em questões ambientais, a Bloom Energy começou sua história com a criação de tecnologia para converter gases atmosféricos marcianos em oxigênio, é claro, para fins de escala espacial. Logo, a empresa percebeu que sua tecnologia poderia ser mais útil na Terra. A Bloom Energy gera eletricidade limpa para a era digital que pode fornecer sistemas altamente confiáveis ​​e sem problemas. Tais idéias podem ser legitimamente chamadas de uma das mais eficazes, ecológicas e econômicas do planeta. Os negócios da empresa crescem e protegem o meio ambiente de grandes doses de CO₂ no meio ambiente.

Microsoft

Em 2013, a Microsoft se recusou a se conectar à infraestrutura de energia regional. O data center se tornou sua própria empresa de energia. A Microsoft injetou células de combustível de metano diretamente nos racks de servidores. A introdução de uma fonte de energia autônoma na infraestrutura do data center permitiu otimizar a distribuição de energia. A eficiência do data center dobrou. Esse data center pode ser colocado onde quer que haja metano longe da infraestrutura da cidade.

Mas não é só isso que a empresa pode nos surpreender. Os data centers submarinos do Project Natick podem desempenhar um papel fundamental no futuro na implantação da infraestrutura de computação da Microsoft. Quando a empresa lançou esse projeto, todos ao seu redor o perceberam como um experimento. Mas agora a Microsoft até integrou o conceito de data centers subaquáticos à sua estratégia de "computação de ponta", que pressupõe a proximidade máxima dos dados para os usuários finais. O data center subaquático é autônomo e alimentado por energia renovável.

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Facebook

O data center de eficiência energética (PUE) do Facebook em Lulea é de apenas 1,07. Esta região fica a 60 quilômetros do Círculo Polar Ártico. O Facebook usa apenas a energia recebida da usina hidrelétrica na confluência do rio Lule e do golfo de Bothnia no data center. A temperatura média aqui é de apenas 1 ° C. A empresa conseguiu reduzir o número de geradores de reposição em 70%.

A localização dos data centers em desertos gelados envolve algumas dificuldades:

• o custo de construção e manutenção em condições difíceis,
• disponibilidade de rede e problemas de largura de banda,
• afastamento dos clientes da "fonte de dados",
• exposição a temperaturas muito baixas em equipamentos físicos.

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A propósito, para reduzir o consumo de energia do sistema de refrigeração do data center, não é necessário construí-lo próximo ao Círculo Polar Ártico. Existem outros métodos. Por exemplo, o Google usou inteligência artificial.

Google

Tudo começou com o fato de que a liderança da holding Alphabet decidiu otimizar custos. Esta corporação foi assistida por desenvolvedores da DeepMind, uma subsidiária do Google. Com base na análise de 120 parâmetros diferentes dos cinco anos de trabalho do data center, desenvolvemos algoritmos de controle do sistema - é quase o mesmo que o Centro de Dados Tropical de Cingapura (TDC) está planejando agora. A empresa criou um modelo preditivo para monitorar a eficiência energética com base na inteligência artificial DeepMind. O sistema trabalha com o princípio da medição quantitativa do equipamento envolvido em diferentes momentos: condicionadores de ar, sistemas de abertura / fechamento de janelas, ventiladores, bombas, controle de temperatura, consumo de energia, atividade do chiller, etc. A IA lida com sucesso, mesmo prevendo o tempo de carga máxima no equipamento do servidor.

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E este é apenas o começo! Os algoritmos criados são de auto-aprendizado e podem funcionar mesmo em condições imprevisíveis. Agora, a IA precisa de sensores adicionais que coletem informações para treinar o sistema.

Alguns números: os custos de energia dos sistemas de refrigeração foram reduzidos em 40%, o consumo total de energia - em 10%. Tudo isso levou a uma economia de bilhões de dólares ao longo de vários anos. Impressionante, não é?

Até 2018, a empresa também transferiu completamente o fornecimento de energia de seus data centers para fontes de energia renováveis. O Google perde apenas o Facebook em termos de eficiência energética - o PUE atingiu 1,12 em seu data center, enquanto várias empresas européias com uma média de 1,8 ainda têm espaço para se desenvolver.

Outro data center do Google pode receber energia eólica. O objetivo do projeto é fornecer um data center flutuante sobre energia eólica. Ele será gerado por enormes pipas bem acima da superfície da água, onde as correntes de ar são permanentes. Os geradores de serpentes também colocam navios em movimento - assim como as velas.

Europa

Equinix AM3

Este data center holandês está localizado em Amsterdã. Seu operador utiliza as torres de resfriamento híbridas Aquifer Thermal Energy Storage. O ar frio das torres é usado para baixar a temperatura dos corredores quentes. A água remove o calor dos servidores e racks, aquece e vai imediatamente para o sistema de aquecimento da Universidade de Amsterdã. Este é outro exemplo brilhantemente implementado do modelo ganha-ganha. Para necessidades pessoais, o data center de Amsterdã gera cerca de 800 mil quilowatts-hora por ano.

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Simec atlantis energy

Mais recentemente, no início de setembro de 2019, a empresa britânica de energia Simec Atlantis Energy anunciou a construção de um data center na Escócia que operará exclusivamente a partir de uma fonte de energia renovável. A eletricidade virá de uma usina hidrelétrica usando energia das marés. Este é o primeiro datacenter do mundo trabalhando com esse tipo de fonte de energia. E sua boa localização no istmo entre a costa da Escócia e a ilha de Stroma permitirá que a estação economize no sistema de refrigeração e receba energia devido ao movimento de fluxos de grandes volumes de água. Fluindo entre os bancos, a água irá girar as turbinas da estação e fornecerá aos data centers eletricidade limpa.

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Rússia

Vamos voltar à experiência doméstica. Infelizmente, na Rússia, o design “verde” dos data centers ainda não é estimulado no nível estadual, como está acontecendo nos países europeus. Atualmente, mais de 80% dos data centers da Rússia estão localizados nas capitais - em Moscou e São Petersburgo. A maioria dos data centers pertence a gigantes de TI, telecomunicações e empresas financeiras. E o desejo de projetá-los no espectro verde é motivado apenas pelo desejo de melhorar os indicadores econômicos - por exemplo, economizar energia.

Uma boa exceção promissora pode ser o jovem data center Yandex em Vladimir. Os condicionadores de ar e resfriadores industriais não são usados ​​lá - tudo é resfriado usando a tecnologia de resfriamento livre. No data center Yandex, funciona assim: o ar frio entra nas câmaras de mistura da rua, de onde, após a filtração, é bombeado pelas paredes de ventilação através do módulo de umidificação para os corredores frios. Eles queriam conduzir o calor gerado pelos servidores para as instalações administrativas do próprio data center, para casas no microdistrito próximo, para outras empresas industriais, ou até para criar um novo projeto de complexos de estufa, aquecido pela operação dos servidores do data center.

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Em geral, a eficiência energética da economia russa é 2,5-3 vezes menor que o indicador médio global de eficiência energética. Mas o desejo de seguir o caminho da substituição de importações nas indústrias de alta tecnologia está bastante aquecido conosco.

Os principais problemas que impedem o esverdeamento de data centers na Rússia:

• falta de investimento e incentivos governamentais;
• uso local de tecnologias energeticamente eficientes;
• “fome” de pessoal na construção de data centers, em particular uma notável falta de representantes para cargos seniores.

Na Rússia, eles discutiram ativamente o design ecológico dos data centers cerca de cinco a sete anos atrás, depois a conversa diminuiu na mídia, e os data centers ambientalmente responsáveis ​​não aumentaram muito desde então. Os especialistas prevêem que a situação mudará em alguns anos, quando o custo dos data centers verdes e tradicionais é aproximadamente igual e agora apenas os gigantes do setor de TI podem pagar. Esverdear os data centers existentes é bastante difícil e caro. Todos os sistemas de conservação e reutilização de energia devem ser projetados com antecedência.

Tendo estudado a vasta experiência mundial, meus colegas e eu reunimos possíveis soluções para o problema, e a lista "do simples ao complexo" apresentada abaixo pode servir como um roteiro para o paisagismo do setor de TI.

• Estruturação de dados. Uma maneira interessante e óbvia de salvar é a desduplicação de dados. , , , . , «» . , , , . «» , , , , -.
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Outra tecnologia avançada é o resfriamento adiabático - pulverizando água em pequenas gotas e subsequente condensação.

• "Interior". Depois de colocar sabiamente o equipamento no data center, é possível obter a operação ideal dos sistemas de engenharia e aumentar a eficiência energética. A opção mais óbvia é otimizar o fluxo de ar. O ar quente e frio tem uma densidade diferente. O que fazer em seguida - os engenheiros vão adivinhar ... Reconstruir o data center existente e mover o equipamento, evitando a suspensão do sistema ou até a queda do site, é uma tarefa impossível. Portanto, esta solução é mais adequada para implementação em novos data centers.
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  ○ Estimulante - uma cenoura para um negócio ambientalmente responsável, incentivos materiais para empresas ambientalmente responsáveis, por exemplo, na forma de doações. Porém, políticas de incentivo (em oposição às proibitivas) devem ser implementadas o mais cedo possível. E então temos a chance de acompanhar a experiência estrangeira, onde boa metade das empresas de TI já possui algum grau de tecnologia verde.

As empresas não pensaram imediatamente sobre a tendência da responsabilidade ambiental, e a implementação de tais idéias requer tempo, profunda reflexão e uma abordagem criativa. Projetos de energia “limpa” são caros, até agora gigantes com grande capital podem pagar essa oportunidade. Os data centers ecológicos exigem grandes investimentos, principalmente nos estágios iniciais.

Os riscos associados às mudanças não devem ser intimidantes. A recuperação de projetos para o "esverdeamento" dos data centers é apenas uma questão de tempo. Além disso, o processo de transição para a ecoenergia é bastante demorado. Por outro lado, a questão é se vale a pena mudar datacenters antigos ou projetar completamente novos. As empresas russas têm uma grande oportunidade de implementar a segunda opção, construindo novos data centers nas latitudes norte do país, em reservatórios frios com energia hidrelétrica ou nas proximidades, além de construir parques eólicos ou solares em territórios desertos.

Os recém-chegados à comunidade verde podem dar pequenos passos para aumentar a responsabilidade ambiental. Os primeiros a começar a implementar a "política verde" receberão trunfos no mercado.