- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -
Мы с коллегами изучили опыт мировых IT-гигантов в вопросе экологичности центров обработки данных, выжали самый сок из материалов о том, как Apple, Google, Facebook, Microsoft и многие другие организуют синергетическую модель эффективности работы дата-центров. Также мы узнали, насколько «грязные» данные в Европе, Америке, России и продемонстрировали, почему высокотехнологичная Азия – это «территория экологических контрастов».
На страже природы сегодня — магнитная левитация, искусственный интеллект, биогаз, ЦОДы, вживленные в экосистему, и другие эко-технологии. Эта статья максимально прокачивает КПД дата-центров, минимально влияя на окружающую среду.
Рост массивов данных приобретает лавинообразной характер. Дата-центры требуют все больше и больше электроэнергии. В среднем по всему миру они потребляют от 3 до 5% всего электричества. А в каких-то странах этот показатель достигает 7%. Электроэнергия, используемая ЦОДами, идет на всю его инженерную инфраструктуру и IT-оборудование. Начинка ЦОДов – это сборная солянка из оборудования различного функционала.
С повышением класса надежности ЦОДа растет и его потребность в ресурсах. А в ЦОДах с высокой надежностью оборудование вообще задублировано. Многие элементы оборудования в системе имеют замену – своеобразного «игрока на скамейке запасных», а нагрузка одинакова на каждом из них. Получается, львиная доля всего оборудования просто греет атмосферу.
Вспомним тот факт, что большая часть электроэнергии, используемой дата-центрами, добывается из источников, которые не лучшим образом влияют на окружающую среду. Но сами ЦОДы по факту безобидны: большинство из них не автономны и получают из городских и региональных источников электроэнергию, генерируемую сразу для нескольких заказчиков. Что ж, пора менять расстановку зон ответственности и брать ситуацию в свои руки.
Некоторые дата-центры сами производят энергию с помощью дизельных генераторов, однако делают это лишь для повышения уровня надежности. Дизельные генераторы не только ощутимо загрязняют атмосферу, но и славятся высоким уровнем шума. Если все оставить как есть, ситуация может сильно усугубится. Достаточно взглянуть на Восток.
Три четверти китайских дата-центров работают на электроэнергии из невозобновляемых ресурсов, в том числе на угле. Каждое сообщение в мессенджере или фото в соцсети сжигает новые объемы угля, что приводит к выбросам миллионов тонн углекислоты в атмосферу.
Чтобы представить масштаб бедствия, обратимся к цифрам. По данным исследования GreenPeace 2019 года, чтобы обеспечить электричеством 44 китайских дата-центра, в 2018 году энергостанции выбросили в атмосферу 99 млн тонн CO₂.
Образующийся смог выводит из строя системы кондиционирования, которые выполняют функцию легких для ЦОДов. К сожалению, Китай все еще не может избавиться от этой вредной привычки.
Источник [1]
Дата-центры Китая потребляют больше электроэнергии, чем вся Венгрия и Греция вместе взятые. 90% из них не предпринимают активных мер по «озеленению» используемой энергии.
Правительство Китая уже предпринимало попытки запустить пилотную программу «зеленых» дата-центров. Пекин буквально провел границу дозволенного: теперь в столице запрещены ЦОДы, в которых сопроводительная инженерия ЦОДов потребляет больше половины энергии, требуемой для серверных стоек. В результате дата-центры просто-напросто переехали в провинции.
Существуют и иные примеры. У Alibaba Group есть дата-центры, работающие на солнечной и гидроэнергии. А для ЦОДа в Гуанчжоу гигант e-commerce использовал для охлаждения серверов воду из озера Циндао поблизости. Компания остановила использование чиллеров (охладителей) на год. А они, на минуточку, потребляют столько же энергии, сколько и серверы в ЦОДе.
Китайский вендор Haier разработал центробежный чиллер с использованием технологии магнитной левитации на подшипниках. Изобретение способствует сокращению энергопотребления и выбросов вредных веществ. Компания позиционирует свой агрегат как самый мощный в мире с точки зрения холодопроизводительности. Технология вывела холодильный сектор на новый уровень. Мощность альтернативных решений меркнет в сравнении с новым продуктом. Смотрим, что будет, когда она достаточно проникнет на рынок.
Все больше и больше компаний стремятся организовывать бизнес, соблюдая баланс между экологичностью, энергоэффективностью и экономией. Проекты по «зеленым» дата-центрам уже реализуют такие крупные игроки, как eBay, Amazon, Facebook и многие другие.
IT-гиганты заранее продумывают оптимальные модели организации бизнеса, чтобы добиться синергетического взаимодействия ЦОДов с окружающей средой. Не каждая компания это понимает. А ведь так, погнавшись за двумя зайцами, можно поймать целых четырех*:
Заяц №1
Задействовать энергию из чистых и возобновляемых источников, в том числе генерировать ее самостоятельно. Бонусный заяц: это неплохой способ повысить свою репутацию на рынке, получив статус экологически ответственного игрока.
Заяц №2
Поднять на новый уровень энергоэффективность при одновременном снижении самой потребности в ней. Еще один очевидный ушастый: можно прилично сэкономить.
* Во время написания статьи не пострадало ни одно животное
Кстати, о статусе. Его можно официально заслужить, получив сертификат Renewable Energy Certificates (REC) [2], наличие которого подтверждает чистоту и возобновляемость используемой ЦОДом электроэнергии. «Медалька на груди» за экологическую ответственность – не только приятно, но и полезно.
Грамотно интегрируя дата-центры в экосистему со своими гео-климатическими особенностями, можно достичь баланса «три Э». Есть три направления для проработки. Приведем примеры.
Эффективность работы ЦОДов отражает показатель PUE (Power Usage Effectiveness). Он показывает отношение общей потребляемой мощности ЦОДом (зданием с оборудованием в нем) к энергии, потребляемой самим оборудованием.
PUE = (Общая мощность оборудования ЦОДа)/(Мощность IT-оборудования в ЦОДе)
В качестве примера: PUE 1,95 означает, что на системы кондиционирования, охлаждения и другие «коммунальные» потребности ЦОДа используется 95% энергии относительно потребности серверов в ЦОДе.
У большинства дата-центров Китая PUE равен 2,2. Это гораздо выше, чем в ряде европейских стран. А в США средний PUE равен 1,9. Компании-лидеры по показателю демонстрируют цифру не более 1,2.
В вопросе успешного совмещения экологической ответственности и инноваций особенно выделяется небольшое, но очень технологичное государство – Сингапур. Google, Amazon и IBM уже разместили здесь свои серверные «фермы». Страна может похвастаться высокой концентрацией дата-центров со сверхбыстрым подключением и за счет этого идет в ногу с поколением высоких технологий, обеспечивая благодатную почву для развития виртуализации и мобильности.
Источник [3]
Cингапурские инженеры Tropical Data Center (TDC) провели эксперимент с созданием первой в мире серверной «фермы» для условий тропического климата. Цель — исследовать возможности для применения экологически чистых технологий в дата-центрах. А глобальная идея — снизить энергопотребление инфраструктуры серверных ферм. Сингапур – это именно та страна, о которой мы говорили выше: 7% из общестранового потребления электроэнергии идёт в рацион сингапурских ЦОДов.
Многие IT-компании и даже технологический университет решили принять участие в эксперименте, предоставив свои ресурсы и разработки. В его рамках будет проводиться проверка серверов на выносливость при скачках напряжения, отсутствии температурного контроля или контроля влажности.
Apple заслужила звание экологически ответственной корпорации, реализовав множество эко-проектов, несмотря на то, что некоторое время испытывала давление со стороны защитников экологии. Сейчас в Калифорнии офис Apple Park имеет на крыше мощнейшую солнечную установку, компания вовсю устанавливает массивы солнечных батарей на полях Невады, Калифорнии и Китая.
Источник [4]
iDataCenter у Apple вообще устроен очень хитро: снаружи он выкрашен в белый цвет — для уменьшения нагрева солнцем; в ЦОДе трехфазное электроснабжение оборудования; во всем здании используются энергосберегающие LED-светильники. За подобную «дружественность» к окружающей среде iDataCenter был отмечен сертификатом LEED Platinum [5].
Другой источник энергии для «яблочных» ЦОДов — станции, работающие на биогазе. Газ получают от разложения биомассы. Производимый станциями метан проходит очистку и аккумулируется в топливных элементах Bloom Box, которые затем снабжают электроэнергией серверы компании.
Плюсов такой модели много: во-первых, это безотходный способ получения электроэнергии, а во-вторых, избыток выделяемого тепла направляется обратно в перерабатывающую камеру для ускорения процесса брожения. А метан является возобновляемым и довольно доступным ресурсом. Сколько зайцев-то сразу!
Источник [6]
Помогающая Apple в вопросе экологии, компания Bloom Energy начинала свою историю с создания технологии преобразования марсианских атмосферных газов в кислород, естественно, для целей космического масштаба. Вскоре компания поняла, что их технология может оказаться полезнее на Земле. Bloom Energy генерирует чистую электроэнергию для эпохи цифровых технологий, способную обеспечивать высоконадежную, бесперебойную работу систем. Такие идеи по праву могут называться одними из самых эффективных, экологичных и экономически выгодных на планете. Бизнес компании растет и защищает экологию от колоссальных доз CO₂ в окружающей среде.
Microsoft в 2013 году отказался от подключения к региональной энергетической инфраструктуре. Дата-центр стал сам себе энергокомпанией. Microsoft внедрил метановые топливные элементы прямо в серверные стойки. Внедрение автономного источника питания в инфраструктуру ЦОД позволило оптимизировать распределение энергии. Эффективность дата-центра выросла вдвое. Такой ЦОД можно разместить везде, где есть метан в удалении от инфраструктуры города.
Но это еще не все, чем нас может удивить компания. Ключевую роль в будущем при развертывании вычислительной инфраструктуры Microsoft могут сыграть подводные ЦОДы Project Natick. Когда компания запустила этот проект, все вокруг воспринимали его как эксперимент. Но сейчас Microsoft даже интегрировал концепцию подводных ЦОДов в свою стратегию «краевых вычислений», которая предполагает максимальную близость данных к конечным пользователям. Подводный дата-центр является автономным и работает от возобновляемой энергии.
Источник [7]
У Facebook эффективность использования электроэнергии дата-центром (PUE) в Лулео составляет всего 1,07. Этот регион находится в 60 километрах от Полярного круга. Facebook использует в ЦОДе только энергию, получаемую с гидроэлектростанции в месте впадения реки Луле в Ботнический залив. Средняя температура здесь — всего 1°С. Компании удалось снизить количество запасных генераторов на 70%.
С расположением дата-центров в ледяных пустынях связаны некоторые сложности:
Источник [8]
Кстати, для того, чтобы понизить энергопотребление системой охлаждения дата-центра, вовсе не обязательно строить его рядом с Полярным кругом. Есть и другие методы. Например, корпорация Google использовала искусственный интеллект.
Все началось с того, что руководство холдинга Alphabet решило оптимизировать расходы. В этом корпорации помогли разработчики из DeepMind, дочерней компании Google. На основе анализа 120 различных параметров пятилетней работы дата-центра разработали алгоритмы управления системой — это почти то же самое, к чему сейчас идет сингапурский Tropical Data Center (TDC). Компании создала предиктивную модель контроля эффективности потребления энергии на базе искусственного интеллекта DeepMind. Система работает по принципу количественного измерения задействованного оборудования в различное время: кондиционеры, системы открытия/закрытия окон, скорость работы вентиляторов, насосов, контроль температуры, потребления энергии, активности чиллеров и т.п. ИИ успешно справляется даже с предсказанием времени максимальной нагрузки на серверное оборудование.
Источник [9]
И это только начало! Созданные алгоритмы самообучаемы, и могут работать даже в непредсказуемых условиях. Сейчас ИИ нуждается в дополнительных датчиках, которые будут собирать информацию для обучения системы.
Немного цифр: энергозатратность охладительных систем удалось снизить на 40%, общее потребление энергии – на 10%. Все это привело к экономии миллиардов долларов в течение нескольких лет. Внушительно, не правда ли?
Также компания к 2018 году уже полностью перевела электроснабжение своих ЦОДов на возобновляемые источники энергии. Google уступает первенство энергоэффективности лишь Facebook – в ее дата-центре PUE достиг 1,12, в то время как ряду европейских компаний со средним показателем 1,8 еще есть куда развиваться.
Другой ЦОД Google может принимать энергию ветра. Цель проекта – обеспечить плавучий дата-центр на ветряной энергии. Ее будут генерировать огромные воздушные змеи высоко над поверхностью воды, где воздушные потоки перманентны. Змеи-генераторы будут еще и приводить суда в движение – прямо как паруса.
Этот нидерландский ЦОД находится в Амстердаме. Его оператор использует гибридные охладительные башни Aquifer Thermal Energy Storage. Прохладный воздух башен используется для понижения температуры горячих коридоров. Вода отводит тепло от серверов и стоек, нагревается и тут же отправляется в систему отопления Амстердамского университета. Это еще один гениально реализованный пример модели win-win. Для личных нужд амстердамский ЦОД генерирует около 800 тысяч киловатт-часов в год.
Источник [10]
Совсем недавно в начале сентября 2019 года Британская энергетическая компания Simec Atlantis Energy объявила о строительстве в Шотландии дата-центра, который будет работать исключительно от возобновляемого источника энергии. Электричество будет поступать от гидроэлектростанции, использующей энергию приливов. Это первый дата-центр в мире, работающий от такого рода источника энергии. А его удачное расположение в перешейке между берегом Шотландии и островом Строма позволит станции экономить на системе охлаждения и получать энергию за счет движения потоков огромных объемов вод. Протекая между берегами, вода будет раскручивать турбины станции и снабжать ЦОДы экологически чистой электроэнергией.
Источник [11]
Обратимся к отечественному опыту. К сожалению, в России «зеленое» проектирование дата-центров пока не стимулируется на государственном уровне, как это происходит в европейских странах. На данный момент больше 80% ЦОДов России расположены в столицах – в Москве и Санкт-Петербурге. В основном ЦОДы принадлежат IT-гигантам, телекоммуникационным и финансовым компаниям. А желание проектировать их в зеленом спектре побуждается только стремлением улучшить экономические показатели – например, сэкономить на электроэнергии.
Неплохим многообещающим исключением может служить молодой ЦОД Яндекса во Владимире. Промышленные кондиционеры и чиллеры там не используются вообще — все охлаждается при помощи технологии фрикулинг. У ЦОДа Яндекс это устроено так: холодный воздух попадает с улицы в камеры смешения, откуда после фильтрации нагнетается вентиляционными стенами через модуль увлажнения в холодные коридоры. Тепло, выделяемое серверами, хотели провести к административным помещениям самого дата-центра, к домам в микрорайоне поблизости, к другим промышленным предприятиям или вообще создать новый проект тепличных комплексов, обогреваемый работой серверов ЦОДа.
Источник [12]
В целом, энергоэффективность российской экономики в 2,5-3 раза ниже, чем среднемировой показатель энергоэффективности. Но желание идти по пути импортозамещения в высокотехнологичных отраслях у нас достаточно разогрето.
Основные проблемы, которые стоят на пути озеленения ЦОДов в России:
В России активно обсуждали зеленое проектирование дата-центров около пяти-семи лет назад, затем в СМИ разговоры утихли, а экологически ответственных ЦОДов с тех пор в России сильно не прибавилось. Эксперты прогнозируют, что ситуация изменится через пару лет, когда стоимость зеленых и традиционных дата-центров примерно сравняется, а сейчас это по карману только гигантам IT-отрасли. Озеленить существующие ЦОДы достаточно сложно и дорого. Все системы энергосбережения и повторного использования энергии должны быть спроектированы заранее.
Изучив широкий мировой опыт, мы с коллегами собрали воедино возможные способы решения проблемы, и перечень «от простого к сложному», представленный ниже, может послужить дорожной картой по озеленению IT-индустрии.
Источник [14]
Еще одной прогрессивной технологией является адиабатическое охлаждение – посредством распыления воды на мелкие капли и последующей конденсации.
○ Ограничивающий/запрещающий – кнут для компаний, которые не соответствуют зеленой политике (пример – китайское законодательство о максимальном допустимом PUE). В запрещающей политике не должно быть фальстарта. Если она станет преждевременной, реализация скорее всего провалится. IT-гиганты, может, и успеют переобуться в воздухе, но малому бизнесу силенок не хватит, а все их инновационные зеленые идеи канут в больших долгах инвесторам и банкам;
○ Стимулирующий – пряник для эко-ответственного бизнеса, материальное стимулирование экологически ответственных компаний, например, в виде грантов. А вот стимулирующая политика (в отличие от запрещающей) должна внедряться как можно раньше. И тогда у нас есть шанс догнать зарубежный опыт, где зеленые технологии уже в той или иной степени есть у доброй половины ИТ-компаний.
О тренде экологической ответственности компании задумались не сразу, а реализация подобных идей требует времени, глубокой продуманности и творческого подхода. «Чистые» энергетические проекты – это дорого, такую возможность пока могут себе позволить гиганты с большим капиталом. «Зеленые» ЦОДы требуют крупных инвестиций, особенно на начальных этапах.
Риски, связанные с изменениями, не должны пугать. Окупаемость проектов по «озеленению» ЦОДов – вопрос лишь времени. При этом сам процесс перехода на эко-энергию довольно длительный. С другой стороны, вопрос в том, стоит ли менять старые ЦОДы или проектировать полностью новые. У российских компаний есть шикарная возможность реализовать второй вариант, построив новые дата-центры на северных широтах страны, в холодных водоемах с гидроэнергией или в непосредственной близости к ним, а также возвести солнечные или ветряные фермы на пустынных территориях.
Компании-новички в «зеленом сообществе» могут делать небольшие шаги в сторону повышения экологической ответственности. Первые, кто начнут реализовывать «зеленую политику», получат козырные карты на рынке.
Автор: Onlanta
Источник [20]
Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru
Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/tehnologii/340364
Ссылки в тексте:
[1] Источник: https://zen.yandex.ru/media/scienceeveryday/samye-griaznye-goroda-na-planete-5d190f77cd798600ae29ef1e
[2] Renewable Energy Certificates (REC): https://en.wikipedia.org/wiki/Renewable_Energy_Certificate_(United_States)
[3] Источник: https://vc.ru/future/19751-singapore-smart-city
[4] Источник: https://www.inverse.com/article/43473-apple-100-percent-renewable
[5] LEED Platinum: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D1%83%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE_%D0%BF%D0%BE_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%BE%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D0%BC%D1%83_%D0%B8_%D1%8D%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D1%83_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8E
[6] Источник: https://gigaom.com/2012/03/12/valley-clean-energy-innovation-can-prosper-it-just-takes-awhile/
[7] Источник: https://www.datacenterdynamics.com/news/swansea-bays-dragon-energy-island-proposal-considers-including-underwater-data-center/
[8] Источник: https://www.energydigital.com/top10/top-10-greenest-data-centres
[9] Источник: https://www.archilovers.com/projects/67916/google-data-center-where-the-internet-lives.html
[10] Источник: https://www.raconteur.net/technology/direct-access-with-cloud-exchange
[11] Источник: https://www.powerengineeringint.com/2017/11/02/uk-tidal-power-project-set-to-come-online/
[12] Источник: https://habr.com/ru/company/yandex/blog/258823/
[13] «Онланты»: https://www.onlanta.ru/
[14] Источник : https://twitter.com/Inoventica/status/1073567957421318144/photo/1
[15] Системный инженер Unix: https://job.lanit.ru/vacancy/Pages/O-08.aspx?utm_source=habr&utm_medium=post-2019-12-17&utm_campaign=onlanta
[16] Full stack разработчик: https://job.lanit.ru/vacancy/Pages/O-89.aspx?utm_source=habr&utm_medium=post-2019-12-17&utm_campaign=onlanta
[17] Инженер систем мониторинга Zabbix: https://job.lanit.ru/vacancy/Pages/O-74.aspx?utm_source=habr&utm_medium=post-2019-12-17&utm_campaign=onlanta
[18] Системный архитектор: https://job.lanit.ru/vacancy/Pages/O-105.aspx?utm_source=habr&utm_medium=post-2019-12-17&utm_campaign=onlanta
[19] Пресейл-менеджер (облачные услуги): https://job.lanit.ru/vacancy/Pages/O-90.aspx?utm_source=habr&utm_medium=post-2019-12-17&utm_campaign=onlanta
[20] Источник: https://habr.com/ru/post/479300/?utm_source=habrahabr&utm_medium=rss&utm_campaign=479300
Нажмите здесь для печати.