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.

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.Какого именно?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.КитайТри 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 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.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.«Три Э»: Экологичность, Эффективность, ЭкономияВсе 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 № 1Задействовать 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 животноеКстати, о статусе. Его можно официально заслужить, получив сертификат Renewable Energy Certificates (REC), 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.Exterior. Экстерьер экологичного ЦОДа — это расположение ЦОДов в подземных бункерах, в арктических пустынях, в непосредственной близости к водоемам с пониженной температурой или даже на дне океана. Все это обеспечивает возможность естественного кондиционирования и охлаждения.Interior. Говоря о «начинке» ЦОДа, необходимо продумать все нюансы — от специальной конструкции зданий и помещений до расположения различных систем и их взаимодействия. К примеру, хорошего эффекта можно достичь, упорядочив холодные и горячие воздушные потоки в коридорах между стойками или интегрировав энергогенераторы прямо в серверы.Clean energy. А для выработки чистой энергии чего только не придумали: и солнечные батареи, и биогаз, и ветряные мельницы, и гидроэлектростанции, даже искусственный интеллект идет в дело! Однако, для непрерывности работы ЦОДа не стоит полагаться лишь на ветряные электрогенераторы и солнечные батареи, которые зависят от интенсивности стихии.Показатель энергоэффективности (раздел для любителей формул)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. СингапурВ 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.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.AppleApple 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. 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.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!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, экоMicrosoftMicrosoft 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. FacebookУ 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:стоимость возведения и обслуживания в тяжелых условиях,проблемы с доступностью и пропускной способностью сетей, удаленность клиентов от «источника данных», воздействие слишком низких температур на физическое оборудование.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. GoogleВсе 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). Компания 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.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.ЕвропаEquinix AM3Этот 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.Simec Atlantis Energy 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.РоссияОбратимся 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. 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: недостаток инвестиций и государственного стимулирования;локальный характер использования энергоэффективных технологий;кадровое «голодание» в сфере строительства ЦОДов, в особенности ощутимая нехватка представителей для руководящих должностей.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.Структурирование данных. Интересный и очевидный способ экономии — дедупликация данных. Такие системы должны позволить оптимизировать объемы данных, чтобы не дублировать каждый файл, а настраивать маршруты, с помощью которых данные из одного хранилища можно было достать отовсюду. Такие возможности уже дают технологии виртуальных рабочих мест, файлового хранилища и «умных» почтовых систем. Еще эта задача может решаться на уровне СХД, которая не записывает информацию несколько раз, а ставит метку, указывающую на расположение блока информации. В команде «Онланты» считают, что стоимость технологий дедупликации ниже, чем стоимость СХД, поэтому их применение не только выгодно, но и существенно экономит электроэнергию в дата-центре. Динамичность уровня энергопотребления. Можно поиграть с зависимостью энергопотребления ЦОДа от времени суток, сезона и дня недели. Таким образом снизится общее энергопотребление дата-центра, но не факт, что изменится PUE. Решение очевидное и легко внедряется в любых условиях. А в Google, как мы с вами помним, эту работу поручили полностью искусственному интеллекту.Решения на административном уровне. Некоторые аналитики полагают, что ситуацию спасет детальный учет электроэнергии, наличие корпоративного плана по снижению энергопотребления, выделение бюджета на экологические проекты и дополнительная мотивация сотрудников. Вопрос спорный — бюрократизация никогда не делала ситуацию проще, но так компания хотя бы направит свой взор в сторону экологической ответственности. Такое решение больше приживется как раз-таки в новых ЦОДах, которые будут с самого начала позиционировать себя в зеленом спектре. Вся надежда на стартапы и инновационные технические решения. Повышение КПД. Самые энергозатратные компоненты начинки ЦОДа — серверы и охлаждающие системы. Если снизить энергопотребление серверов можно оптимизировав сами источники электроэнергии или заменив оборудование, то с чиллерами ситуация легче. Мы это видели на примере технологии магнитной левитации в Китае, бьющей рекорды по энергоэффективности. Не нужно строить новые ЦОДы, можно просто постепенно и аккуратно менять их начинку. Экономить в этой части можно посредством виртуализации. Эта технология позволяет оптимально распределять нагрузку между «железками», что, по оценкам экспертов, уменьшает потребность в оборудовании в 1,8 раза. Приблизительно на столько же снизится потребление электроэнергии как серверами, так и инженерными системами.Традиционные методы. И хотя технология магнитной левитации еще не добралась до России, свои «фишки» у нас тоже есть. И такой фишкой как раз является технология фрикулинг (Free-cooling). В ней функцию охлаждения выполняет уличный холодный воздух с температурой ниже 20 градусов по Цельсию, а хладагент используется по минимуму или вообще не идет в дело. В этом плане принципиально отличается от любых отечественных дата-центров Inoventica. Он тоже расположен во Владимире, и он проектировался без участия механического охлаждения, что позволило значительно повысить его энергоэффективность и претендовать на звание самого экологичного ЦОДа на постсоветском пространстве. Его PUE — такой же как у европейских больших братьев — 1,07. А еще одной интересной особенностью этого дата-центра является то, что он построен из дерева и выглядит как жилой домик в коттеджном поселке.Еще одной прогрессивной технологией является адиабатическое охлаждение — посредством распыления воды на мелкие капли и последующей конденсации. «Интерьер». С умом расставив оборудование в дата-центре, можно достичь оптимальности работы инженерных систем и повысить эффективность использования энергии. Самый напрашивающийся вариант — упорядочить воздушные потоки. Теплый и холодный воздух имеет разную плотность. Что делать дальше — инженеры догадаются... Перестраивать действующий ЦОД и передвигать оборудование, избегая приостановки системы или даже падений площадки, — задача невыполнимая. Поэтому такое решение больше подойдет для реализации в новых дата-центрах.Автономность. Перелопатив начинку ЦОДа, можно взяться и за организацию собственных генераторов электроэнергии. Да, на начальных этапах нужны значительные инвестиции, особенно если использовать эко-технологии, но дальше — сплошная экономия! Если генерируемая электроэнергия — чистая, вам в руки просится второй заяц — имидж экологически ответственного игрока. Если вы будете одним их первых таких игроков, вам откроется множество возможностей на рынке — доказано на Западе. Это вызовет уважение не только со стороны защитников экологии и государства, но и со стороны бизнеса, который заинтересован сотрудничать с экологически ответственным провайдером.Оборудование нового поколения. В нашей практике был случай, когда серверам заказчика не хватало электроэнергии для дальнейшего развития, а обеспечение дополнительной мощности требовало серьезных затрат. Замена серверов на более современные дала заказчику экономию электроэнергии в два раза. Кроме того, появилась возможность установки дополнительного оборудования. Снова оптимизация по всем фронтам. Таким же методом оптимизирует энергопотребление и ЦОД Билайна в Ярославле.Интеграция в экосистему. Зачем изобретать велосипед заново? Природа все давно изобрела. Просто тщательно спланировать все нужно еще при выборе локации размещения ЦОДа. Работа, конечно, колоссальная. Проектировщикам предстоит буквально вживить ЦОД в экосистему местности, учесть множество факторов, чтобы все работало как единый организм. Идеи за рубежом уже есть. А у России — более подходящие природно-климатические и географические условия — для их реализации. Попробуйте хотя бы для начала покрасить крышу в белый цвет.Модель win-win. Это экологическая ответственность — уровень «Бог». Можно придумать множество способов реализации такой модели. Главный принцип — чтобы одни и те же ресурсы использовались как минимум дважды либо их использование было бы безотходным. КПД ЦОДа — не только повышается, но буквально удваивается. В статье уже приводилась парочка способов ее воплощения: технология биогаза и двойное использование воды для охлаждения оборудования и генерация энергии. Горячему воздуху из серверных нового ЦОДа Яндекс тоже придумывает применение. Правильно, чего ресурсам пропадать? Государственная политика. На последнем этапе действовать будет государство, и намечается два вектора его действий:. 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;лирующая 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.

Аналог Ноткоин - TapSwap Получай Бесплатные Монеты

Подробнее читайте на chaskor.ru