O data center belga do Google é totalmente alimentado por sua própria usina solar, e o equipamento é resfriado pela água do canal mais próximo - economia e eficiência energética em altitude. Fonte: Google
Desde o início da construção em massa de data centers, já se passaram 25 anos, e o mercado está muito longe da saturação - a cada ano os investimentos mundiais na construção de data centers crescem 15%. Ao mesmo tempo, os data centers estão se tornando mais poderosos e caros. O custo de construção e operação afeta diretamente o preço dos serviços digitais, como hospedagem, armazenamento em nuvem e computação, portanto, todos estão interessados em melhorar a eficiência e a economia dos data centers em todo o mundo. Que medidas podem ser tomadas para reduzir o custo dos serviços do data center?
Alta tecnologia com alto consumo de energia
De acordo com a revista Nature , são necessários cerca de 200 TWh para abastecer data centers em todo o mundo, sendo 140 TWh provenientes de data centers nos Estados Unidos. Seis anos atrás, os data centers consumiam apenas 91 TWh, ou seja, o crescimento era de impressionantes 220%. Agora, os data centers consomem mais do que toda a Ucrânia (122 TWh), Argentina (129 TWh), Suécia (134 TWh) ou Polônia (150 TWh).
Apesar do fato de que os data centers não são cachimbos e resíduos perigosos, mas computação em nuvem, eles também deixam uma pegada de carbono séria na ecologia global - cerca de0,3% das emissões globais, o que é muito. Isso ocorre porque a parcela de energia "verde" nos principais países que possuem data centers é muito pequena (11% nos Estados Unidos, 26% na China, todas incluindo usinas hidrelétricas), portanto, usinas movidas a gás e carvão são utilizadas para alimentar os data centers. Como resultado, ambientalistas e governos europeus estão insatisfeitos com o crescimento das emissões de gases de efeito estufa, os operadores de rede estão insatisfeitos com a carga crescente e a necessidade de modernizar as redes, os proprietários de data centers estão insatisfeitos com o custo de manutenção.
Depois das despesas operacionais, o principal item de manutenção do data center é a eletricidade, que pode responder por até metade dos custos. Para avaliar a eficiência energética dos datacenters, é utilizado o coeficiente PUE (Power usage effect), que expressa a relação entre toda a eletricidade consumida e o consumo dos equipamentos de TI. PUE igual a 1.0 é ideal e inatingível, você só pode se esforçar para isso, pois os servidores certamente são fornecidos com sistemas de refrigeração e monitoramento que também requerem alimentação. O resfriamento pode ser responsável por 50-80% do consumo de equipamentos de TI, ou até mais, então a PUE média no mundo agora é de 1,67 (1 unidade de energia vai para servidores e 0,67 unidades - para outros equipamentos). Graças a uma abordagem integrada, nos melhores casos, a PUE pode ser reduzida para 1,05-1,10,e isso se traduz em economia colossal no fornecimento de eletricidade.
Mas para conseguir essa economia, você terá que seguir quase todas as recomendações de nossa lista de verificação. Vamos começar do simples ao complexo: primeiro, descreveremos as medidas de atualização dos equipamentos atuais, depois passaremos pela reorganização do data center, e então sonharemos em transferir ou construir novos data centers, levando em consideração os mais recentes tendências e as mais modernas tecnologias.
De acordo com uma pesquisa com proprietários de data centers, muitos gostariam de melhorar a eficiência energética, o resfriamento, o layout ou a localização dos data centers. Fonte: Revista Solar Térmica
Atualização do UPS para minimizar perdas
Para fornecer redundância de energia, bem como proteger equipamentos caros do data center de picos de energia e outros problemas da rede elétrica, é usado um no-break online com tempo de transferência zero para a bateria. Para o funcionamento ininterrupto dos servidores, você tem que pagar com o aumento do consumo de energia - com dupla conversão de tensão para aumentar suas características, perdas são inevitáveis, que também têm que ser pagas. A eficiência do UPS depende diretamente da carga - quanto maior for (dentro das características do UPS), maior será a eficiência. A eficiência dos atuais UPSs de dupla conversão on-line sob alta carga pode ser de 85-95%, enquanto os modelos muito desatualizados podem ser assustadores de 40-50%. Ou seja, de 15% a 50% da eletricidade desaparece durante a transformação, mas não desaparece do custo.Para UPSs mais antigos, o problema de baixa eficiência em baixa carga é especialmente grave.
Os sistemas UPS dedicados online mais avançados podem atingir níveis de eficiência de até 99% durante a operação normal. É por isso que atualizar a frota de UPS pode reduzir drasticamente o custo de manutenção de um data center e aumentar significativamente a PUE. Um exemplo é um no-break da Eaton que recentemente chamou nossa atenção. Para centros de dados pequenos - compacto Eaton 9SX / 9PX para 5/6/8/11 kVA (a série 9PX é equipada com uma porta DB15 para organizar a operação paralela de dois UPSs). Esses UPSs têm até 98% de eficiência em operação de "alta eficiência" e até 95% de eficiência em dupla conversão. Cada módulo é totalmente independente e pode ser instalado verticalmente ou em um rack de 19 polegadas. Para reduzir os custos de manutenção da bateria, o 9SX / 9PX usa a Eaton ABM Charge Management Technology, que estende a vida útil da bateria em 50%.Em vez de carregamento lento, o ABM monitora o nível de carga e recarrega as baterias apenas quando necessário.
Mas para grandes data centers modernos, cujos proprietários estão mais interessados na operação ininterrupta do equipamento do que em economizar cada rublo, é melhor prestar atenção ao UPS Power Xpert 9395P torre. Eles são 99% eficientes no modo de conservação de energia ESS. O modelo top da série 9395P é projetado para 1200 kVA.
Nós atualizamos distribuidores de energia
Coisas aparentemente comuns como unidades de distribuição de energia (PDUs ou unidades de distribuição de energia) também podem causar aumento no consumo de energia. A finalidade e a funcionalidade da PDU são simples - monitorar a tensão e fornecê-la ao equipamento. Embora seja tentador no estágio de planejamento de um data center optar por blocos de tomadas baratos e não controlados remotamente, possíveis sobrecargas de fase podem levar a quedas de energia e até mesmo no-breaks não ajudarão aqui.
Além disso, PDUs baratos têm baixa eficiência. Modelos modernos e caros são fornecidos com um transformador de alta qualidade que atende aos altos requisitos do padrão de eficiência energética TP-1. A certificação TP1 implica um aumento na eficiência do PDU em cerca de 2-3% em relação aos modelos convencionais, o que parece um pouco, mas quando convertido para custos anuais, traduz-se em economia agradável. Além disso, as PDUs modernas simplificam o gerenciamento de cabos, ajudam a reduzir a fiação e, assim, melhoram o fluxo de componentes. Sim, PDUs com certificação TP-1 são naturalmente caros, mas os custos são recuperados em cerca de 6 anos, enquanto a vida útil de tais PDUs é de pelo menos 20 anos.
Substituição de iluminação por LED
Em comparação com o consumo de energia de servidores ou sistemas de refrigeração, a iluminação do data center é responsável por cerca de 1% de toda a eletricidade necessária para um data center. Modestamente, mas quando a iluminação for atualizada, a economia se refletirá não só na conta de luz, mas também na estimativa de troca de lâmpadas.
Muitos data centers legados continuam a ser iluminados com lâmpadas de mercúrio com baixo consumo de energia, que são inferiores aos LEDs em tudo, exceto, talvez, no preço. Mas o recurso das lâmpadas de mercúrio é cerca de 5 vezes inferior ao das lâmpadas LED. O brilho da luminária LED diminuirá para cerca de 70% do original em 50.000 horas, após o que terá que ser alterado. Uma lâmpada economizadora degrada ao mesmo nível em apenas 10.000 horas, um pouco mais de um ano. Assim, uma substituição de fontes de LED exigirá até cinco substituições de lâmpadas de mercúrio!
Além disso, o brilho dos LEDs pode ser facilmente alterado, reduzindo o consumo de energia dependendo da hora do dia. E para obter o mesmo nível de iluminação ao usar lâmpadas LED, é necessário um terço a menos do que lâmpadas economizadoras de energia.
Usando refrigeração gratuita
O melhor recurso é gratuito e renovável. O ar externo e a água subterrânea são recursos para resfriar servidores. Em vez de gastar enormes quantias de dinheiro na operação de chillers, será muito mais econômico resfriar o equipamento com o frio "externo". A abordagem de resfriamento gratuito, na qual o ar frio filtrado ou água entra no sistema de resfriamento, é merecidamente considerada uma das melhores maneiras de reduzir o custo de manutenção de um data center. Ao abandonar os condicionadores de ar em favor do resfriamento gratuito, a PUE pode ter a garantia de diminuir de 1,8 para 1,1.
Na questão do resfriamento gratuito, os países escandinavos estão fora da competição. Apaixonado pelo respeito ao meio ambiente de tudo e de toda a Suécia, o calor nos data centers é usado para aquecer água em um sistema de aquecimento doméstico. Os irlandeses colocam os ventos da ilha, que penetram no país mesmo no verão, a serviço do free cooling, e os dinamarqueses deixam a água subterrânea gelada entrar no sistema de refrigeração, que tem a mesma temperatura baixa tanto no inverno quanto no verão.
O Google está especialmente orgulhoso de que, ao usar o resfriamento gratuito em seus data centers europeus, a empresa está economizando água que poderia ir para usinas de energia para gerar eletricidade para chillers (se houver). Fonte: Google
O clima da parte central habitada da Rússia, sem falar na região noroeste, agrada aos defensores do resfriamento gratuito (e não agrada a todos) com um número excepcionalmente pequeno de dias quentes. De acordo com as estatísticas do Centro Hidrometeorológico Russo, na zona central do país apenas 3,8% do tempo ao ano há uma temperatura acima de + 22 ° C, e a temperatura média anual em São Petersburgo é de apenas + 5,6 ° C . Para efeito de comparação, no estado americano do Arizona, onde um enorme data center da Apple é construído, que também usa refrigeração gratuita, mesmo em janeiro a temperatura raramente cai abaixo de +6 ° C, seu nível médio anual está acima de +16 ° C. Portanto, pelo menos um quarto do ano a Apple é forçada a usar chillers vorazes para resfriar 120 mil metros quadrados. m da área do seu data center.
Isso não significa que chegou a hora de dominar as terras virgens da Sibéria. Embora o clima da Rússia seja propício ao uso mais eficaz do free cooling, é aqui que terminam as vantagens do norte do país para a construção de data centers. Mas existem insuficiências suficientes: baixa acessibilidade aos transportes, falta de pessoal altamente qualificado, más condições das redes de telecomunicações e energia.
No entanto, os primeiros passos para criar novos data centers no norte já foram dados: a Petrozavodsk State University começou a implantar um data center muito sério, que detém 20% do mercado russo de armazenamento em nuvem. Ao mesmo tempo, o clima da Carélia deve reduzir o custo operacional em cerca de 40%. Pessoal universitário e graduados, bem como a proximidade de São Petersburgo, resolvem perfeitamente o problema de pessoal e a questão da conexão a um ponto de troca de tráfego.
Um dos data centers da Yandex está localizado na fria Finlândia. Devido ao resfriamento gratuito, sua proporção de PUE foi reduzida para 1,1
Chamando AI para obter ajuda
Monitorar e gerenciar o resfriamento de um grande data center é muito trabalhoso e, ao mesmo tempo, há um grande risco de resfriar algo e passar despercebido. O fato é que a eficiência do resfriamento é influenciada por muitos fatores de mudança: o tempo fora da janela, a presença de janelas abertas nas instalações, a umidade do ar, o estado das torres de resfriamento, a carga do equipamento. Não é possível que as pessoas monitorem centenas e milhares de parâmetros em tempo real 24 horas por dia, então recentemente a inteligência artificial foi colocada no serviço de gerenciamento de resfriamento.
Em 2014, o Google adquiriu a DeepMind, conhecida por seu produto AlphaGo, que venceu um jogador profissional de go pela primeira vez. Com base nos desenvolvimentos do DeepMind, foi criado um pacote de software para o data center do Google, que pode não apenas monitorar as leituras dos sensores e da carga, mas também tirar conclusões com base no histórico acumulado de observações e previsões meteorológicas recebidas. Com a introdução da IA, os custos de energia para resfriar os data centers do Google diminuíram impressionantes 40%, enquanto todos os equipamentos permanecem os mesmos.
Resultado do trabalho da AI DeepMind no data center do Google - quando o aprendizado de máquina foi habilitado, o sistema reduziu o consumo de energia para resfriamento. Fonte: DeepMind
Soluções individuais baseadas em IA encontraram seu lugar no data center Sberbank em Skolkovo. Como o data center usa free cooling 330 dias por ano, o sistema monitora a temperatura externa e a previsão do tempo e, com base nisso, otimiza o consumo de energia para refrigeração e ainda decide pelo fornecimento de ar frio em caso de aquecimento.
A americana LitBit foi ainda mais longe, oferecendo seu funcionário de IA para data centers, que diagnostica o estado do data center com base em dados visuais e acústicos. O AI avalia o som e a vibração emitidos pelo equipamento e os compara com cast de referência para ajudar a detectar componentes degradantes.
Usamos data centers modulares
A construção ou expansão de um data center não é apenas um processo caro, mas também longo, em grande parte devido à necessidade de desenhar uma estrutura de capital e realizar um projeto ao longo de toda a cadeia de aprovações necessárias. Da celebração do contrato ao comissionamento de um data center compacto com uma área de 200-300 m2. m Passam-se 9-12 meses, desde que os documentos não fiquem presos em nenhuma das autoridades que emitem as licenças de construção.
O conceito de data centers modulares, como os tijolos, a partir dos quais, a partir de um construtor, é possível montar rapidamente data centers, nasceu em meados dos anos 2000. A Sun é considerada a pioneira nisso com seu Sun Modular Datacenter - um data center modular dentro de um contêiner de remessa padrão, que acomoda oito racks de 40 unidades, servidores e equipamentos de rede e um sistema de resfriamento. A implantação de um Sun Modular Datacenter modular custava cerca de 1% da construção de um data center tradicional, ele poderia ser facilmente transportado de um local para outro e a conectividade era limitada a eletricidade, água e rede.
2009 archive.org Sun Modular Datacenter. , — archive.org 3 50 . : NapoliRoma / Wikimedia Commons
Agora o mercado oferece data centers modulares em uma ampla variedade de designs, e não apenas na forma de contêineres. Os módulos são considerados a maneira mais eficiente de construir ou expandir rapidamente um data center sem custos desnecessários e aprovações demoradas. Os módulos ocupam menos espaço e usam o espaço de forma mais eficiente devido a layouts pré-planejados, têm menos consumo de energia e geralmente melhor resfriamento, e podem ser facilmente movidos para mais perto de locais com eletricidade barata (perto de grandes usinas de energia). Portanto, antes de pensar em construir ou expandir um data center, você deve prestar atenção aos módulos prontos.
Alimentando o data center com fontes de energia renováveis
Em comparação com a Europa, a Rússia tem uma vantagem econômica importante que torna a localização de data centers em seu território muito atraente - o custo extremamente baixo da eletricidade. Em algumas regiões do país, chega a 3 rublos. por kWh, enquanto na Alemanha cerca de 23 rublos. por kWh, e nos EUA, em média, 9 rublos. por kWh. Além disso, na Rússia, as autoridades ainda não tratam o meio ambiente tão escrupulosamente como nos países escandinavos. Portanto, ainda não temos o problema de transferir um data center para uma fonte de alimentação autônoma a partir de fontes de energia renováveis.
No entanto, no Ocidente, os proprietários de data centers são obrigados a pelo menos declarar a minimização de sua pegada de carbono, compensando as emissões da operação do data center com o financiamento de iniciativas ambientais. Isso, além do alto preço da eletricidade, está forçando as grandes empresas a transferirem grandes centros de dados para fontes de alimentação autônomas. Os altos custos iniciais no exterior compensam rapidamente e beneficiam a imagem.
Portanto, a Apple, uma das pioneiras no uso de tecnologias "verdes", foi a primeira a transferir seus centros de dados para a eletricidade de seus próprios parques eólicos e solares. Chegou ao ponto que em 2016 a empresa solicitou o desejo de começar a vender a geração excedente de suas usinas solares americanas com capacidade de 90 e 130 MW.
A fonte de alimentação autônoma será útil em áreas distantes de redes de energia potentes. Por exemplo, o data center Verne Global da Islândia é construído por várias usinas geotérmicas. Embora não sejam propriedade da empresa, são fontes de energia ecologicamente corretas, renováveis e muito sustentáveis.
Na Alemanha, a energia verde já responde por mais da metade de toda a geração. Infelizmente, a parcela de energia renovável na Rússia gira em torno de 4%, dois terços dos quais são hidrelétricas. Mas para novos data centers, como base para o futuro, não fará mal pensar no fornecimento de energia autônomo de uma usina solar ou eólica.
Salvar nunca é supérfluo
O maior e mais caro data center do mundo pertence à gigante das telecomunicações China Telecom. Abrange uma área de 994 mil metros quadrados. m, e a construção custou US $ 3 bilhões. O maior data center russo foi construído pelo Sberbank em Skolkovo. É 30 vezes menor que o gigante chinês - apenas 33 mil metros quadrados. m. Mas, graças à implementação competente de resfriamento gratuito, IA e aquecimento de instalações com equipamento de aquecimento, foi possível obter economias na manutenção de cerca de 100 milhões de rublos por ano. Dado o tamanho do data center da China Telecom, você pode ter certeza de que todas as maneiras possíveis de reduzir custos também foram aplicadas lá. Por mais absurda e insignificante que pareça uma medida para reduzir o custo de manutenção do data center, em termos anuais ela pode trazer economias muito perceptíveis, proporcionais ao tamanho do data center.