Digitalizace
Datacentra jako polykači energie
Dnes téměř veškerý světový IP (Internet Protocol) provoz prochází datovými centry. Ukládání a přenos dat v nich potřebují asi 1 % celosvětové elektřiny, říkají experti. Jsou to polykači energie, kteří navíc produkují odpadní teplo. V době, kdy potřebujeme s energií šetřit, se hledají nejrůznější způsoby, jak provoz těchto center optimalizovat.
Provoz center se enormně rozrůstá. „Na každý bit dat, který putuje sítí z datového centra ke koncovým uživatelům, se v rámci datových center a mezi nimi přenese dalších pět bitů dat,“ uvádí zpráva Mezinárodní energetické agentury Datová centra a sítě pro přenos dat.
Proč tolik energie?
Jednoduché vyhledávání v minulosti však není nic ve srovnání s velkými účty za elektřinu za cloud computing, umělou inteligenci (AI), vzestupem mobilních sítí 5G, autonomními vozidly nebo těžbou kryptoměn. Samotné streamovací služby by letos mohly tvořit 87 % spotřebitelského internetového provozu, uvádí zpráva.
Se zvyšujícím se provozem se zvyšuje i energetická náročnost těchto datových komplexů.
Nepřekvapí, že za obrovským podílem této spotřeby elektřiny stojí jen hrstka společností. Na vrcholu seznamu najdeme americké giganty Big Tech Amazon, Microsoft a Google a také čínského prodejce Alibaba Group. Těsně za nimi jsou Facebook a Apple. Pandemie koronaviru a nyní ruská agrese na Ukrajině pouze posílily jejich dominanci.
Podle německého statistického úřadu je v současnosti na světě 7,2 milionu datových center. USA jich mají 2 670, tedy zdaleka nejvíce. Následuje Velká Británie s 452, Německo s 443, Čína, Nizozemsko, Austrálie, Kanada, Francie a Japonsko.
Datová centra potřebují k provozu svých zařízení elektřinu. V současné době mnoho odborníků odhaduje, že ukládání a přenos dat v datových centrech využívají 1 % celosvětové elektřiny. Tento podíl se od roku 2010 téměř nezměnil, přestože se počet uživatelů internetu zdvojnásobil a globální internetový provoz se od té doby zvýšil 15krát, uvádí Mezinárodní energetická agentura.
V této souvislosti je zajímavá studie Evropské komise z roku 2020, která ukázala, že datová centra v tehdejších 28 zemích bloku spotřebovala v roce 2010 celkem 53,9 TWh. V roce 2018 to vzrostlo na 76,8 TWh, což představuje 2,7 % celkové poptávky po elektřině v EU. Studie očekává, že spotřeba dosáhne 3,2 % celkové poptávky v roce 2030. Základní výpočty nezahrnují těžbu kryptoměn a samotné sítě pro přenos dat.
Jak snížit energetickou náročnost
Doposud dokázaly efektivnější hardware a inovace v budovách a chladicích systémech kompenzovat rostoucí poptávku po elektřině. Autoři studie se však obávají, že poptávka je nyní tak silná, že růst již nemůže být kompenzován zvýšením efektivity hardwaru, softwaru nebo infrastruktury.
Velká datová centra se však nejen stávají efektivnějšími, ale jsou také více využívána. Velká část nedávné poptávky po datových centrech pochází od společností, které kdysi provozovaly své vlastní interní systémy.
A spotřeba energie roste. Nejvíc jí spotřebují samotné servery. Jde o specializované počítače, na kterých fungují e-shopy, nejrůznější IT projekty a podpůrné systémy. Pro příklad jsme navštívili centrum v Praze Hostivaři.
„Dá se říct, že u nás běží notná část českého internetu. V případě e-shopů je to přes 60 %,“ řekl nám Damir Špoljarič, CEO hostingového poskytovatele vshosting~.
Tyto počítače je samozřejmě potřeba napájet, a to ve dne v noci, bez jakýchkoliv výkyvů. Pro představu – v našem datacentru spotřebují servery přibližně 10 000 kWh za den. To je asi tolik jako průměrné sídliště.
Jak snižovat spotřebu? Nejúčinnější metoda je často podceňovaná, ale nikoliv překvapivá. Jde o výměnu starého hardwaru za novější. Rozdíl mezi spotřebou tři roky starého serveru a serveru nového dosahuje řádově desítek procent. Jednoduše proto, že technologie jdou velmi rychle dopředu a výrobci produkují stále výkonnější a zároveň úspornější hardware.
Ne vždy se ale tato metoda vyplatí. Datacentra i jejich klienti si musí dobře spočítat, zda raději déle využívat již nakoupený hardware za cenu větší spotřeby, nebo zda raději investovat do nových serverů a ušetřit za energii.
Jak snižovat spotřebu? Nejúčinnější metoda je často podceňovaná, ale nikoliv překvapivá. Jde o výměnu starého hardwaru za novější. Rozdíl mezi spotřebou tři roky starého serveru a serveru nového dosahuje řádově desítek procent. Jednoduše proto, že technologie jdou velmi rychle dopředu a výrobci produkují stále výkonnější a zároveň úspornější hardware.
Roli ve spotřebě každého serveru hraje i to, jak je nastaveno jeho chlazení. Datacentra samozřejmě chladí servery pomocí klimatizace, ale každý server má také vlastní ventilaci. Pro úsporu energie je třeba optimalizovat součinnost těchto dvou systémů chlazení. „Ve vshosting~ se nám osvědčilo snížit výkon ventilace přímo v serverech, a tím snížit průtok vzduchu v uličkách při mírném navýšení chladicího výkonu klimatizací. Celkově tak šetříme v průměru 6 % elektrické energie, což je při spotřebě datacentra opravdu znát,“ říká Špoljarič.
Chlazení jako nenasyta
Druhým největším „žroutem“ energie v každém datacentru je jeho chlazení. Servery při svém provozu vytvářejí velké množství odpadního tepla, které je třeba vykompenzovat, aby se elektronika nepřehřála. V datacentru firmy vshosting~ na chlazení spotřebují okolo 3 000 kWh denně.
Hlavním systémem chlazení jsou celoročně velké klimatizační jednotky. Během extrémních suchých veder, jaká panovala vloni, se tento systém doplňuje tzv. adiabatickým chlazením,“ řekl nám Damir Špoljarič.
Jeho principem je přeměna citelného tepla na teplo vázané při odpařování vody. Do vzduchu se rozprašuje voda, odpařuje se, a teplota vzduchu tak klesá. V praxi to vypadá tak, že na povrch kondenzátorů („chladičů") klimatizačních jednotek je rozstřikována voda, která se vlivem horka mění v páru a kondenzátor tak ochlazuje. Během extrémních veder se díky tomuto systému daří snížit teplotu o další 3–4 °C.
Kombinace zvýšení výkonu klimatizačních jednotek a provozu doplňkového adiabatického chlazení se citelně projevuje na spotřebě elektrické energie v datacentru. Proti celoročnímu průměru spotřebuje firma vshosting~ během tropických veder o 13 % více elektřiny. Celková spotřeba elektrické energie za rok 2021 dosáhla téměř 4 850 000 kWh.
Alternativní úložiště
Neobvyklý způsob chlazení data center si vyzkoušel Microsoft. Jeden z jeho zaměstnanců, který jako voják sloužil v ponorce, přišel s nápadem uložit data do speciálního kontejneru a spustit jej pod mořskou hladinu. Firma jeho myšlenku realizovala a v rámci projektu Natick uložila loni více než 27 petabytů do speciální ochranné schránky a spustila ji u skotského pobřeží do hloubky 12 m.
Další alternativou je ponoření serverů do minerálního oleje, který má cca 12krát vyšší schopnost absorbovat teplo, a není tak třeba servery chladit zdaleka tolik jako za normálních podmínek.
Ponořování serverů do oleje nebo hluboko pod hladinu je zatím jen velmi okrajovou záležitostí. S těmito alternativními postupy je totiž spojena řada komplikací i pochybností o tom, zda jejich použití skutečně vede k dlouhodobým úsporám, či zda se jedná primárně o snahu připoutat pozornost
„Dělali jsme si na řadu těchto metod analýzy a jednoduše nám to nevychází. Ani ekonomicky, ani ekologicky. Pokud servery ponoříte do moře nebo do oleje, jakákoliv oprava nebo upgrade je v podstatě vyloučená. I kvůli drobné závadě pak musíte odepsat celý server,“ komentuje Špoljarič.
Datacentra je možné za určitých podmínek provozovat zcela bez klimatizace. Chlazení se pak provádí pomocí tzv. freecoolingu, kdy jsou servery chlazeny pomocí volně proudícího vzduchu. Laicky řečeno, systém se skládá ze tří stupňů: jednak bude vnější vzduch přes výměníky ochlazovat vnitřní vzduch, jednak se část tepla odpaří, odvede se díky vodnímu zkrápění. A konečně v době největšího horka se nasadí 100% freecoolling, čili budova se otevře a mohutné ventilátory budou k serverům tlakovat vzduch. Toto řešení je konstrukčně jednodušší než klasické chlazení a s touto variantou počítají v novém projektu i ve vshosting~ při plánování stavby dalšího datacentra.
Čekání na umělou inteligenci
Vývoj nízkoenergetických datových center pokračuje. Bell Labs společnosti Nokia nyní oznámila, že získala od amerického ministerstva energetiky (DOE) finanční prostředky ve výši 2 miliony dolarů na výzkum efektivního chlazení těchto komplexů. Zaměří se na vývoj účinné architektury tepelné energie, která sníží energii chlazení a pomůže zachytit odpadní teplo. Řešení by měla najít umělá inteligence.
NEJZAJÍMAVĚJŠÍ ČLÁNKY
|
Focus Automatizace Digitalizace Technologie a společnost |
