Как дата-центры снижают негативное воздействие на природу

Дата-центры потребляют 3-5% всего электричества планеты, а в некоторых странах, например в Китае, этот показатель достигает 7%. Электричество нужно центрам обработки данных в режиме 24/7, чтобы обеспечивать бесперебойную работу оборудования.

В результате работа ЦОД провоцирует выбросы парникового газа в атмосферу, а по уровню негативного воздействия на природу их можно сравнить с авиаперелетами. Собрали последние исследования, чтобы выяснить, как дата-центры влияют на окружающую среду, можно ли это изменить и существуют ли подобные инициативы в России.

Согласно последнему исследованию компании Supermicro, экосознательные дата-центры, внедряющие «зеленые» решения, могли бы снизить влияние на окружающую среду на 80%. А сохраненная электроэнергия — поддерживать освещение всех казино Лас-Вегаса в течение 37 лет. Но на данный момент лишь 12% дата-центров мира можно назвать «зелеными».

Отчет Supermicro основан на опросе 5000 представителей IT-индустрии. Выяснилось, что 86% опрошенных в целом не задумываются о воздействии дата-центров на окружающую среду. А социальная ответственность и оценка энергоэффективности предприятия волнует лишь 15% руководителей центров обработки данных. В основном отрасль концентрируется на целях, связанных с обеспечением отказоустойчивости работы, а не энергоэффективности. Хотя фокусироваться на последнем дата-центрам выгодно: среднестатистическое предприятие может сэкономить до $38 млн на энергоресурсах.

PUE

PUE (Power Utilization Efficiency) — это показатель оценки энергоэффективности центра обработки данных. Мера была утверждена членами консорциума The Green Grid в 2007 году. PUE отражает отношение электрической энергии, потребляемой дата-центром, к энергии, которая расходуется непосредственно оборудованием ЦОД. Так, если дата-центр получает из сети 10 МВт мощности, а все оборудование «держится» на 5 МВт, показатель PUE будет составлять 2. Если «разрыв» в показаниях снизится, а до оборудования будет доходить большая часть электроэнергии, коэффициент будет стремиться к идеальному показателю — единице.

В августовском докладе Global Data Center Survey от организации Uptime Institute (среди респондентов — 900 операторов центров обработки данных) средний мировой коэффициент PUE оценили на уровне 1,59. В целом, показатель варьируется на этом уровне с 2013 года. Для сравнения, в 2013 году PUE составил 1,65, в 2018 — 1, 58, а в 2019 — 1, 67.

Несмотря на то, что показатель PUE не является достаточно честным для сопоставления различных дата-центров и географических регионов, такие сравнительные таблицы Uptime Institute составляет.

Несправедливость сравнения связана с тем, что некоторые центры обработки данных находятся в худших климатических условиях. Так, для охлаждения условного дата-центра в Африке нужно гораздо больше электроэнергии, чем ЦОД, расположенному на севере Европы.

Логично, что самыми энергетически неэффективными являются дата-центры в Латинской Америке, Африке, на Ближнем Востоке и части Азиатско-Тихоокеанского региона. Самыми «образцовыми» по PUE-показателю стали Европа и регион, объединяющий США и Канаду. К слову, и респондентов в этих странах больше — 95 и  92 ЦОД-провайдеров, соответственно.

В исследовании также оценивались дата-центры России и стран СНГ. Правда, в опросе приняли участие лишь 9 респондентов. PUE отечественных и «соседских» ЦОД составил 1,6.

Как понизить PUE

Естественное охлаждение

Согласно исследованиям, около 40% всей энергии, которую потребляют дата-центры, идет на работу искусственных систем охлаждения. Существенно снизить затраты помогает реализация естественного охлаждения (фрикулинга). При такой системе наружный воздух фильтруется, подогревается или охлаждается, после чего подается в серверные помещения. «Отработанный» горячий воздух выбрасывается наружу или частично подмешивается при необходимости к входящему потоку.

В случае фрикулинга большое значение имеет климат. Чем больше температура воздуха на улице подходит для зала дата-центра, тем меньше нужно энергии, чтобы доводить его до нужной «кондиции».

Кроме того, дата-центр может размещаться у водоема — в таком случае воду из него может использовать для охлаждения ЦОД. К слову, по прогнозам Stratistics MRC, к 2023 году стоимость рынка технологий жидкостного охлаждения достигнет $4,55 млрд. Среди его видов выделяют иммерсионное охлаждение (погружение оборудования в иммерсионное масло), адиабатическое охлаждение (в основе — технология испарения), теплообменное (теплоноситель нужной температуры поступает непосредственно к стойке с оборудованием, удаляя избытки тепла).

Больше о фрикулинге и о том, как он работает в Selectel →

Мониторинг и своевременная замена оборудования

Повысить энергоэффективность также поможет правильное использование мощностей, которыми располагает дата-центр. Уже приобретенные серверы должны либо работать на задачи клиентов, либо не потреблять энергию во время простоя. Один из способов контролировать ситуацию — использовать ПО для управления инфраструктурой. Например, систему Data Center Infrastructure Management (DCIM). Такое ПО автоматически перераспределяет нагрузку на серверы, отключает незадействованные устройства и дает рекомендации по скорости работы вентиляторов холодильных установок (опять же, для экономии энергии на излишнем охлаждении).

Важная часть повышения энергоэффективности ЦОД — своевременное обновление оборудования. Устаревший сервер чаще всего уступает по производительности и ресурсоемкости новому поколению. Поэтому для понижения PUE рекомендовано обновлять оборудование как можно чаще — некоторые компании делают это каждый год. Из исследования Supermicro: оптимизированные циклы обновления оборудования позволят сократить объем электронных отходов более чем на 80% и повысить производительность ЦОД на 15%.

Существуют также способы оптимизации экосистемы дата-центров без существенных затрат. Так, можно закрыть щели в серверных шкафах, чтобы предотвратить утечки холодного воздуха, изолировать горячий или холодный коридоры, перенести высоконагруженный сервер в более холодную часть ЦОД и так далее.

Меньше физических серверов — больше виртуальных машин

Компания VMware подсчитала, что переход на виртуальные серверы в ряде случаев снижает электропотребление на 80%. Это объясняется тем, что размещение большего количество виртуальных серверов на меньшем числе физических машин логично сокращает затраты на обслуживание «железа», охлаждение и питание.

Эксперимент компаний NRDC и Anthesis показал, что замена 3 000 серверов на 150 виртуальных машин экономит $2 млн на электричестве.

Помимо прочего, виртуализация дает возможность перераспределять и наращивать виртуальные ресурсы (процессоры, память, объем хранилища) в процессе. Поэтому электроэнергия тратится только на обеспечение работы, исключая затраты на простаивающее оборудование.

Безусловно, для повышения энергоэффективности можно также выбирать альтернативные источники энергии. Для этого некоторые ЦОД используют солнечные батареи и ветряные генераторы. Это, однако, довольно дорогостоящие проекты, которые могут себе позволить только крупные компании.

«Зеленые» на практике

Количество дата-центров в мире выросло с 500 000 в 2012 году до более 8 млн. Цифры потребляемой ими электроэнергии удваиваются каждые четыре года. Выработка необходимого дата-центрам электричества напрямую связана с объемом выбросов углерода, который образуется в результате сгорания ископаемого топлива.

Ученые из Открытого Университета Великобритании подсчитали, что дата-центры производят 2% мировых выбросов CO₂. Это примерно столько же, сколько выбрасывают крупнейшие авиакомпании мира. По данным исследования GreenPeace 2019 года, чтобы обеспечить электричеством 44 дата-центра в Китае, в 2018 году энергостанции выбросили в атмосферу 99 млн тонн CO₂.

Крупные мировые лидеры, такие как Apple, Google, Akamai, Microsoft, берут на себя ответственность за негативное воздействие на природу и стараются уменьшать его, используя «зеленые» технологии. Так, генеральный директор Microsoft Сатья Наделла рассказал о намерении компании к 2030 году достигнуть отрицательного уровня эмиссии углерода, а к 2050 году полностью устранить последствия выбросов за все время с момента основания компании в 1975 году.

У этих бизнес-гигантов, однако, достаточно ресурсов для реализации планов. Мы же в тексте упомянем несколько менее известных «озеленяющихся» дата-центров.

Kolos

Дата-центр, расположенный в коммуне Балленген (Норвегия), позиционирует себя как ЦОД, работающий на 100% возобновляемой энергии. Так, для обеспечения работы оборудования используются вода для охлаждения серверов, водяные и ветряные электрогенераторы. К 2027 году дата-центр планирует выйти за пределы 1000 МВт электрической мощности. Сейчас Kolos экономит 60% электроэнергии.

Next-Generation Data

Британский дата-центр обслуживает такие компании, как телекоммуникационный холдинг BT Group, IBM, Logica и другие. В 2014 году NGD заявил, что достиг идеального показателя PUE — единицу. К максимальной энергоэффективности ЦОД приблизили солнечные батареи, расположенные на крыше дата-центра. Впрочем, тогда эксперты подвергли сомнению несколько утопичный результат.

Swiss Fort Knox

Этот дата-центр является своеобразным лофт-проектом. ЦОД «вырос» на месте старого бункера времен холодной войны, сконструированного швейцарскими военными на случай ядерного конфликта. Помимо того, что дата-центр, по сути, не занимает место на поверхности планеты, он еще использует в системах охлаждения ледниковую воду из подземного озера. Благодаря этому температура охлаждающей системы держится на уровне 8 градусов Цельсия.

Equinix AM3

Дата-центр, расположенный в Амстердаме, использует в своей инфраструктуре охладительные башни Aquifer Thermal Energy Storage. Их прохладный воздух понижает температуру горячих коридоров. Кроме того, в ЦОД используются жидкостные системы охлаждения, а отработанная нагретая вода идет на отопление Амстердамского университета.

Что в России

Исследование «Центры обработки данных 2020» компании CNews выявило рост количества стоек у крупнейших российских провайдеров услуг дата-центров. В 2019 году рост составил 10% (до 36,5 тыс), а в 2020 году число стоек может увеличиться еще на 20%. ЦОД-провайдеры обещают поставить рекорд и предоставить к услугам заказчиков в этом году еще 6961 стойку.

По оценке CNews, энергоэффективность применяемых решений и оборудования для обеспечения работоспособности ЦОД находятся на очень низком уровне — на 1 Вт полезной мощности приходится до 50% непроизводственных затрат.

Тем не менее, у российских ЦОД есть мотивация снижать показатель PUE. Однако двигателем прогресса для многих провайдеров является не забота о природе и социальная ответственность, а экономическая выгода. Нерациональный подход к потреблению электроэнергии стоит денег.

На государственном уровне экологических стандартов в отношении работы ЦОД нет, как и каких-либо экономических поощрений тем, кто внедряет «зеленые» инициативы. Поэтому в России это пока личная ответственность дата-центров.

Самые распространенные способы проявления экосознательности отечественных ЦОД:

• Переход на более энергоэффективные способы охлаждения оборудования (системы фрикулинга и жидкостного охлаждения);
• Утилизация оборудования и косвенных отходов дата-центров;
• Восполнение негативного воздействия дата-центров на природу через участие в экологических акциях и инвестирование в экопроекты.

Кирилл Малеванов, технический директор Selectel

На сегодняшний показатель PUE дата-центров Selectel составляет 1,25 (ДЦ «Дубровка» в Ленинградской области) и 1,15—1,20 (ДЦ «Берзарина-2» в Москве). Мы следим за коэффициентом и стремимся использовать более энергоэффективные решения по охлаждению, освещению и другим аспектам работы. Современные серверы сейчас потребляют примерно одинаковое количество энергии, доходить до крайности и бороться за 10Вт смысла нет. Однако в плане оборудования, которое обеспечивает работу дата-центров, подход меняется — мы смотрим и на показатели энергоэффективности.

Если говорить про утилизацию, здесь Selectel заключил договоры с несколькими компаниями, занимающимися утилизацией техники. В утиль отправляются не только серверы, но и многое другое: аккумуляторные батареи от источников бесперебойного питания, этиленгликоль из систем охлаждения. Собираем и сдаем в переработку даже макулатуру — упаковочный материал от техники, которая поступает к нам в дата-центры.

Seleсtel пошел дальше и запустил программу «Зеленый Selectel». Теперь компания будет ежегодно высаживать одно дерево за каждый работающий в дата-центрах компании сервер. Первую массовую высадку леса компания осуществила 19 сентября — в Московской и Ленинградской областях. Всего было посажено 20 000 деревьев, которые в будущем смогут вырабатывать до 200 000 000 л кислорода в год. На этом акции не закончатся, в планах — реализовывать «зеленые» инициативы на протяжении года. О новых акциях можно узнавать на сайте «Зеленый Selectel» и в Telegram-канале компании.