Минимизация PUE и green-технологии ради маркетинга vs. консервативные решения в ЦОД
Планируя строительство дата-центра с нуля или масштабную модернизацию уже существующего ЦОД, многие компании сегодня вынуждены выбирать между консервативными решениями, проверенными временем и гарантирующими надежность при эксплуатации ЦОД, и green-технологиями, маркетингом и низким PUE.
Какой вариант лучше? Чтобы ответить на данный вопрос, рассмотрим эволюцию концепции green-ЦОД и текущую ситуацию в этом сегменте, уделяя повышенное внимание реальным кейсам применения экотехнологий и перспективным разработкам.
Пора отказываться от гринвошинга и переходить от слов к делу
Зеленый камуфляж, или гринвошинг (англ. greenwashing), – это разновидность экологического маркетинга, предполагающая широкое применение «зеленого» пиара и методов введения конечного потребителя в заблуждение, представляя поставщика товаров и услуг в более благоприятном свете в контексте заботы об окружающей среде. К сожалению, в течение последнего десятилетия данный термин активно используется применительно и к отрасли ЦОД.
Сегодня отрасль центров обработки данных набирает обороты. Несмотря на то, что другие отрасли пострадали от последствий COVID-19, операторы центров обработки данных столкнулись с многократным увеличением спроса на свои услуги. Это произошло вследствие растущей цифровизации, внедрения облачных технологий, искусственного интеллекта и 5G. Определенную роль сыграла и сама пандемия, спровоцировавшая бум популярности видеоконференций и удаленной работы.
Однако бурный рост отрасли ЦОД, субъекты которой сегодня строят серверные фермы больше и быстрее, чем когда-либо прежде, происходит в тени надвигающегося климатического кризиса. Параллельно с пандемией COVID-19 за последние два года наблюдались разрушительные лесные пожары, повышение уровня моря и отступление арктических льдов – мрачные свидетельства того, что последствия гиперкапитализма уже начали менять к худшему жизнь десятков миллионов людей.
Многие гипотетические сценарии из серии «а что, если» в контексте изменения климата стали реальностью: сообщения о катастрофических ураганах, сильных засухах и наводнениях становятся все более частыми.
Надвигающаяся угроза климатического кризиса не осталась незамеченной в отрасли ЦОД, субъекты которой стали уделять больше внимания вопросам эффективности, возобновляемой энергии и другим экоконцепциям. В последние годы практически каждый месяц какая-либо интернет-компания принимала на себя обязательство сделать инфраструктуру ЦОД углеродно нейтральной к 2030 году, 2040 году или к середине века.
Тренд, несомненно, позитивный, но ситуацию портит упомянутый выше гринвошинг. Усилия корпораций по обеспечению устойчивого развития инфраструктуры ЦОД, как правило, основаны не на чистом альтруизме, а на желании улучшить имидж и на финансовом чутье, подсказывающем, что клиенты сегодня ценят экотовары и услуги.
В настоящее время большинство заявлений интернет-корпораций на Западе об углеродной нейтральности связаны с потреблением электроэнергии, и компании становятся «зелеными» благодаря таким инструментам, как сертификаты о гарантии происхождения (GoOs) и соглашения о покупке электроэнергии (PPA) из возобновляемых источников вроде ветряных электростанций.
Однако мы не видим практически никаких реальных усилий по снижению физического воздействия центров обработки данных на окружающую среду, например, усилий по решению проблемы углеродного следа серверного оборудования, здания, электрораспределительной инфраструктуры и оборудования для резервного электропитания.
Дополнительный негативный момент − отсутствие прозрачности в части публикации отчетов о воздействии инфраструктуры ЦОД на окружающую среду. Стандартизированная и регулярно публикуемая отчетность о реальных изменениях в части энергопотребления или потребления воды, которая необходима для проверки громких заявлений маркетологов, оказалась бы весьма кстати.
Таким образом, проблема заключается в том, что пока не будут созданы метрики, позволяющие точно судить о том, действительно ли отрасль ЦОД в целом становится более устойчивой, невозможно оказывать давление там, где это необходимо для стимулирования изменений.
Обеспечение прозрачности экологических данных неизбежно приведет к улучшениям в виде разработки и внедрения инноваций и передовых решений, направленных на устранение негативного воздействия инфраструктуры ЦОД на окружающую среду.
Актуальные green-технологии в ЦОД: плюсы и минусы в контексте надежности
Вопреки популярности гринвошинга, экотехнологии, способные встать на вооружение отрасли ЦОД, все же развиваются и обретают все необходимое, чтобы приносить реальную пользу бизнесу как в плане корпоративного имиджа, так и с финансовой точки зрения. Да, проблем пока хватает. Но оснований для позитивных прогнозов также предостаточно.
Рассмотрим актуальные подходы к повышению экологичности инфраструктуры ЦОД, акцентируя внимание на их преимуществах и недостатках с точки зрения надежности при последующей эксплуатации.
Ниже приведен далеко не полный перечень актуальных подходов – выбраны наиболее интересные в плане маркетинга и спорные с точки зрения надежности. Например, фрикулингом и иммерсионным охлаждением сегодня никого не удивишь – эти технологии прошли проверку временем и достаточно надежны.
Проанализируем менее надежные подходы к повышению экологичности инфраструктуры ЦОД:
- Водородное топливо в первичной или резервной системе электроснабжения. Эксперты сходятся во мнении, что водородная энергетика будет доминировать в будущем, но процесс перехода на экологичное водородное топливо вряд ли окажется простым по ряду причин. Так, прямо сейчас отсутствует необходимая газораспределительная инфраструктура, и лишь небольшая доля водородного топлива создается с использованием возобновляемых источников энергии. Это так называемый зеленый водород. Есть еще менее экологичный «коричневый водород», производимый с применением ископаемых энергоносителей, и «серый водород» – промежуточный вариант. В настоящее время только 5 % производимого в мире H2 — это «зеленый водород», так что впереди еще долгий путь. Таким образом, в текущих реалиях переход на данный вид топлива достаточно рискован вследствие проблем с поставками и отслеживаем его происхождения.
- Экостройматериалы + 3D-печать. Инженеры Microsoft при поддержке ряда партнеров запустили исследовательский проект для изучения перспектив применения экологически безопасных стройматериалов при возведении ЦОД. В частности, при строительстве предлагается использовать материалы на основе корневой структуры грибов (трубок мицелия), водорослей, сельскохозяйственных отходов, остаточной биомассы и костробетона. Дополнительно предлагается использовать метод 3D-печати при изготовлении стройматериалов для последующего применения при возведении ЦОД. Исследователи заявляют об огромном потенциале 3D-печати и даже возможной революции на рынке стройматериалов для ЦОД, владельцы которых стремятся сократить углеродный след бизнеса. Еще одну похожую инициативу запустила корпорация Amazon, начавшая вкладывать капитал в компании, которые впрыскивают CO2 в бетон с последующим изготовлением железобетонных конструкций, пригодных для возведения ЦОД. Тем не менее представители Microsoft и другие эксперты признают, что данные технологии требуют «обкатки». Необходимы обширные испытания на соответствие государственным нормам и тесты на безопасность. Кроме того, применение экоматериалов в будущем, вероятно, будет ограничено небольшими дата-центрами.
- Заправка генераторов биотопливом вместо солярки. Наиболее простой способ уменьшить негативное влияние ЦОД на экологию заключается в сокращении вредных выбросов путем отказа от дизельного топлива. Но можно просто заменить топливо, а не генераторы. ДГУ способны сжигать биотопливо, которое также выделяет парниковые газы, но при его изготовлении применяются растения, улавливающие вредные вещества из атмосферы, что делает биотопливо «возобновляемым» ресурсом. Однако биотопливо первого поколения плохо себя зарекомендовало. Биодизель (EN14214), производимый из растений вроде рапса, специально выращенных для этой цели, засорял системы ДГУ, что требовало установки дополнительных очистителей, расходники которых требуют регулярной замены. Сейчас обороты набирает HVO (гидроочищенное растительное масло − EN15940), представляющее собой топливо второго поколения, производимое из вторсырья, включая пищевые остатки и отходы, что делает его частью «экономики замкнутого цикла». Большинство производителей двигателей находятся в процессе сертификации своих продуктов на соответствие требованиям для сжигания HVO.
- Меньше тестирования. Стоит упомянуть еще один способ уменьшить выбросы дизель-генераторов. Достаточно просто меньше их эксплуатировать. Учитывая, что операторы дата-центров в основном включают генераторы только во время тестов, сокращение тестирования обретает большое значение. Некоторые производители вроде Kohler занимаются разработкой дизельных двигателей, которые можно проверять, не запуская их полностью в тестах. Работа в данном направлении ведется из-за давления со стороны регулирующих органов и субъектов отрасли ЦОД на Западе. Отмечается, что подобный подход приведет к изменению процедур обслуживания ДГУ и, соответственно, к необходимости переобучения операторов дата-центров. Представители вендора также подчеркивают, что внедрение нового подхода к тестированию не приведет к снижению надежности инфраструктуры.
- Сверхъемкие аккумуляторы и локальные системы хранения энергии. Другим вариантом сокращения углеродного следа силовой инфраструктуры ЦОД является реструктуризация всей системы ИБП с использованием батарей гораздо большей емкости, которые способны поддерживать работоспособность дата-центра в автономном режиме в долгосрочной перспективе. У данного подхода имеется очевидный недостаток, обусловленный тем фактом, что батареи только хранят энергию, а не преобразуют ее из энергоносителя или топлива в портативной форме, как это делают дизельные генераторы. Если перебои в электроснабжении ЦОД будут продолжаться более нескольких часов, что вполне возможно, придется возвращаться к применению дизельного топлива. Несмотря на это ограничение, инженеры Google уже объявили о замене дизельных генераторов емкими батареями в своем дата-центре в Сен-Гислене, Бельгия. Поисковый гигант заменяет дизельный генератор аккумулятором, который способен обеспечивать мощность 2,75 МВт и удерживать 5,5 МВт*ч электроэнергии. Положительным моментом является то, что эта батарея может быть подключена к центральной сети в обоих направлениях и при необходимости поддерживать региональную электросеть.
- Внедрение топливных элементов. Вывести из уравнения солярку позволяет и переход на топливные элементы. В 2013 году компания eBay создала серверную ферму мощностью 6 МВт в американском городе Солт-Лейк-Сити, где топливные элементы использовались в качестве основного источника электроэнергии. Топливные элементы работали на биогазе, а центральная электрическая сеть заменила резервные генераторы. В течение последующего десятилетия в отношении данного подхода существовал оптимизм, который разделяла и компания Microsoft, интегрировав водородные топливные элементы непосредственно в серверные стойки в августе 2020 года. Но впоследствии команда eBay переключилась на более традиционные подходы с ИБП и ДГУ, а Microsoft умерила первоначальный энтузиазм в отношении топливных элементов и фактически признала неудачу, заказав целых 72 дизельных генератора для своего дата-центра в Куинси (Иллинойс, США). Вероятно, инженеров не устроил уровень надежности, а топ-менеджеров – дороговизна.
- ЦОД в космосе и на Луне. Гораздо более радикальный подход к снижению углеродного следа и расходов на энергоснабжение предполагает развертывание ЦОД в околоземном космическом пространстве и даже на Луне. В частности, Еврокомиссия запустила проект ASCEND, предполагающий создание массива орбитальных дата-центров для разгрузки наземной вычислительной инфраструктуры и сокращения вредных выбросов. Американские инженеры из НАСА изучают целесообразность размещения дата-центра на Луне для обслуживания лунных исследований. Компания NTT и корпорация SKY Perfect JSAT планируют строительство спутников с помощью оптической связи. Эти спутники для вычислений и хранения данных в совокупности образуют единый ЦОД. Но данные идеи пока находятся на стадии концепта. Инженерам предстоит решить массу проблем, включая риск повреждения инфраструктуры метеоритами и воздействие радиации.
- Подводные и плавучие ЦОД. В течение последнего десятилетия инженеры целого ряда компаний, включая как небольшие стартапы вроде французской фирмы Denv-R, так и именитые интернет-корпорации Google и Microsoft, приступали к строительству ЦОД подводного и наводного базирования. Специалисты предлагали размещать дата-центры поближе к мегаполисам на поверхности водоемов или глубоко под их поверхностью, чтобы минимизировать задержки при приеме и передаче данных, а также углеродный след ЦОД − за счет использования забортной воды при охлаждении серверов. Но оба подхода достаточно сложны и имеют фундаментальные недостатки. Подводные ЦОД сложно обслуживать, а надводные подвержены рискам в части физической безопасности. Неудивительно, что инженеры Google отказались от идеи строительства ЦОД-баржи, а их коллеги из Microsoft не продвинулись дальше тестового образца подводного дата-центра. Наибольшего прогресса добилась американская компания Nautilus, которая уже ввела в эксплуатацию один плавучий ЦОД в США и строит еще один в Ирландии.
Заключение: не вместо, а вместе
В идеальном мире усилия по минимизации PUE и внедрению green-технологий должны быть обусловлены не маркетинговыми соображениями, а искренним желанием владельцев и операторов ЦОД сделать мир лучше. К сожалению, последние пока сохраняют консервативный настрой, опасаясь проблем, которые могут возникнуть в части надежности инфраструктуры после внедрения незнакомых технологий.
К счастью, прогресс не стоит на месте, и вскоре внедрение проверенных экотехнологий, в число которых входят фрикулинг и иммерсионное охлаждение, при правильном подходе может не только улучшить корпоративный имидж и повысить узнаваемость бренда владельца ЦОД, но также обеспечить сокращение эксплуатационных расходов и возможность получать дополнительный доход. Как, например, при рекуперации тепла и передаче его в системы центрального теплоснабжения по месту расположения ЦОД. Но только будущее покажет, чему именно отдадут предпочтение субъекты отрасли.
