Se změnou klimatu zápasí i datová centra. Jejich chlazení je technicky i energeticky stále náročnější

Když koncem letošního července zasáhla velkou část Evropy rekordní horka, byla londýnská datová centra zajišťující služby Google Cloud na jeden den vyřazena z provozu kvůli selhání svých chladicích systémů. Výpadek dopadl především na zákazníky v USA a Tichomoří a na několik hodin omezil jejich přístup ke klíčovým službám společnosti Google. Zasaženo horkem bylo i londýnské cloudové centrum společnosti Oracle, což se projevilo rovněž hlavně za Atlantikem.

Datových center, která jsou páteří dnešního digitálního světa, každým rokem velmi rychle přibývá: celkové investice do globální infrastruktury datových center se v loňském roce více než zdvojnásobily, a to z 24,4 miliardy amerických dolarů v roce 2020 na 59,5 miliardy amerických dolarů v roce 2021. Datová centra ale také spotřebovávají obrovské množství elektrické energie, až 2 % celosvětové spotřeby. Většina této energie přitom připadá na provoz chladicích jednotek a ventilátorů sloužících k jejich chlazení. Současně je však faktem i to, že mnozí provozovatelé datových center nemají dostatečné odborné znalosti v oblasti udržitelnosti a čelí tak nelehkému úkolu určit, které hodnoty sledovat a jaké strategie s ohledem na udržitelnost zavést.

Připravte se na změnu

Britský meteorologický úřad nedávno varoval, že několikadenní rekordní vedro, které zasáhlo západní Evropu, bylo pouze předzvěstí dalších podobných teplotních výkyvů. To pro provozovatele datových center znamená, že se musejí začít připravovat na změnu některých technologických standardů. Podle Světové meteorologické organizace (WMO) je téměř jisté, že v příštích čtyřech pěti letech se dočkáme nejteplejšího roku v historii meteorologických měření. Tyto extrémní teploty budou mít vliv na téměř veškerou lidskou infrastrukturu – včetně datových center. Otázkou je, zda jsou na ni tato centra připravena.

„Problém spatřuji u datových center, která byla vyrobena ve Velké Británii či jinde v Evropě,“ říká Simon Harris, expert na kritickou infrastrukturu v poradenské společnosti Business Critical Solutions. Poukazuje tak na fakt, že tato centra byla doposud konstruována s ohledem na převážně mírnější evropské klima. Podle loňského průzkumu amerického Uptime Institute, který se specializuje na poradenství a standardizaci v oblasti digitálních služeb, ale již 45 % datových center v USA zakusilo extrémní počasí, které ohrozilo jejich provozuschopnost. Tři z pěti respondentů tohoto průzkumu (59 %) se obávají, že v přímém důsledku klimatických změn přibude výpadků IT služeb. Téměř devět z deseti (86 %) si myslí, že změna klimatu a události související s počasím zvýší v příštích 10 letech náklady na infrastrukturu a provoz datových center.

Chladicí systémy datových center se stavějí poměrně komplikovaným, vícestupňovým postupem, říká Sophia Fluckerová, ředitelka britské poradenské firmy Operational Intelligence, poskytující služby v oblasti datových center. Součástí takového procesu může být i analýza teplotních dat z meteorologické stanice v blízkosti místa, kde má být nové datové centrum postaveno. Tato data jsou však historická, což se v posledních letech ukazuje jako problém, čtyřicetistupňová vedra ve Spojeném království totiž nikdy v minulosti evidována nebyla.

„Není to tak dávno, co jsme navrhovali chladicí systémy pro maximální venkovní teplotu 32 ⁰C,“ podotýká Jon Healy z britské poradenské společnosti Keysource. Je pravdou, že podmínky pro navrhování datových center se neustále zpřísňují, to však znamená i zvyšování nákladů na jejich vybudování a provoz. Podle poradenské společnosti Turner & Townsend náklady na výstavbu datových center v posledních letech vzrostly téměř všude ve světě, takže řada firem a institucí se nyní dostává v rámci těchto investic do finanční tísně.

„Pokud bychom brali jako maximální teplotu nikoli 32 ⁰C, ale 42 ⁰C, bylo by to zlé,“ obává se Healy. „Museli bychom všechno výrazně zvětšit, abychom zajistili bezpečnost provozu během velmi malého procenta dnů v roce, kdy teploty vystoupají opravdu vysoko. Musí se to celé dělat opatrně,“ dodává. Společnosti zabývající se navrhováním datových center proto již nepovažují historické meteorologické informace za jediné relevantní a začínají více používat modely budoucího vývoje teplot.

Z druhé strany je třeba vzít v úvahu fakt, že datová centra jen zřídka využívají svou kapacitu naplno. Zůstává jim tak dostatečný potenciál k tomu, aby se s vysokými vnějšími teplotami dokázala alespoň v omezené míře vyrovnat.

Nová éra chlazení

Simon Harris po zvážení všech okolností firmám do budoucna radí, aby se zaměřily na vývoj nových technologických koncepcí, které se dokážou se změnou klimatu vyrovnat, a nikoli pouze minimalizovat její účinky. Podle něj budou potřeba větší chladicí zařízení, stroje s většími kondenzátory a bude také nutné se více zaměřit na stroje chladící na principu odpařování.

„Pokud bychom brali jako maximální teplotu nikoli 32 ⁰C, ale 42 ⁰C, bylo by to zlé,“ obává se Jon Healy z britské poradenské společnosti Keysource. „Museli bychom všechno výrazně zvětšit, abychom zajistili bezpečnost provozu během velmi malého procenta dnů v roce, kdy teploty vystoupají opravdu vysoko. Musí se to celé dělat opatrně,“ dodává. Společnosti zabývající se navrhováním datových center proto již nepovažují historické meteorologické informace za jediné relevantní a začínají více používat modely budoucího vývoje teplot.

Některé společnosti již v praxi zkoušejí nové způsoby, jak se s těmito výzvami vypořádat. Například Microsoft v letech 2018 až 2020 testoval v rámci projektu Natick, zda by datové centrum nemohlo teplotním výkyvům lépe odolávat ponořeno pod mořskou hladinu. Budování datových center v místech, kde panují dlouhodobě a bez výkyvů nižší teploty, by mohlo být jednou z cest, jak riziko přehřátí výrazně snížit, i takováto řešení však s sebou nesou určité problémy. Vývojáři budou svádět boj o stále se zmenšující počet vhodných lokalit, a navíc je zde technologie edge computingu, jejímž principem je přibližovat datová centra k místům, kde jsou data spotřebovávána, což je velmi často v lokalitách teplých velkoměst.

Řešením by mohlo být chlazení datových center kapalinou. Její používání je zatím v porovnání s chlazením vzduchem malé, což je dáno z velké části tím, že klade vyšší nároky na obsluhu. Nakonec se ale toto řešení možná ukáže jako jediné, jež se dokáže s měnícími se klimatickými poměry odpovídajícím způsobem vypořádat. Kapalina totiž odvádí teplo efektivněji než vzduch – a zároveň umožňuje této kapalině se vařit, čímž odebírá více tepelné energie. Zastánci chlazení kapalinou tvrdí, že tato technologie snižuje plýtvání energií a umožňuje datovým centrům pracovat tišeji a spolehlivěji, bez ventilátorů, hustěji zabalené a v přísněji kontrolovaném prostředí. Chladicí kapalinu lze totiž vést i do míst, kam se větráky z důvodu vysokého zahuštění rozvaděčů nedostanou.

Chlazení kapalinou nabízejí například společnosti Asperitas a Shell. Jejich kapalinová chladicí zařízení dokážou efektivně chladit až do venkovní teploty 48 ⁰C, přičemž odvedené teplo se z více než 98 % přemění na horkou vodu, kterou lze následně využít.

Efektivnější kapalinové chlazení dokáže snížit i spotřebu elektrické energie, a to až o 15 %. Experiment provedený v japonském NTT Mitaka Data Center East od března do dubna letošního roku dokonce naznačil ještě mnohem výraznější potenciál energetických úspor: síťové a serverové vybavení instalované do kapalné dvoufázové ponorné nádrže fungovalo zcela stabilně a spolehlivě a spotřebovalo o 97 % méně chladicí energie než tradiční chladicí systém. Na projektu se podílely i další velké technologické firmy, jako Mitsubishi, Dell, Cisco, Nvidia, Intel, 3M či HPC Systems, což můžeme považovat za záruku toho, že v dohledné době se tato chladicí technologie s největší pravděpodobností prosadí i v praxi.

Foto: Schneider Electric