El centro de datos belga de Google funciona en su totalidad con su propia planta de energía solar, y el equipo se enfría con agua del canal más cercano: economía y eficiencia energética en altitud. Fuente: Google
Desde el comienzo de la construcción masiva de centros de datos, han pasado 25 años y el mercado está muy lejos de la saturación: cada año las inversiones mundiales en la construcción de centros de datos crecen un 15%. Al mismo tiempo, los centros de datos son cada vez más potentes y caros. El costo de construcción y operación afecta directamente el precio de los servicios digitales, como el alojamiento, el almacenamiento en la nube y la computación, por lo que todos están interesados en mejorar la eficiencia y la economía de los centros de datos en todo el mundo. ¿Qué medidas se pueden tomar para reducir el costo de los servicios del centro de datos?
Alta tecnología con alto consumo energético.
Según la revista Nature , se necesitan unos 200 TWh para abastecer a los centros de datos de todo el mundo, y 140 TWh provienen de los centros de datos de EE. Hace seis años, los centros de datos consumían solo 91 TWh, es decir, el crecimiento fue un impresionante 220%. Ahora los centros de datos consumen más que toda Ucrania (122 TWh), Argentina (129 TWh), Suecia (134 TWh) o Polonia. (150 TWh).
A pesar de que los centros de datos no son pipas para fumar y desechos peligrosos, sino computación en la nube, también dejan una huella de carbono grave en la ecología global: aproximadamente0.3% de las emisiones globales, que es mucho. Esto se debe a que la proporción de energía "verde" en los principales países que tienen centros de datos es muy pequeña (11% en los EE. UU., 26% en China, todas incluidas las centrales hidroeléctricas), por lo que se utilizan centrales eléctricas de gas y carbón. para alimentar los centros de datos. Como resultado, los ambientalistas y los gobiernos europeos están descontentos con el aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero, los operadores de redes están descontentos con la carga creciente y la necesidad de modernizar las redes, los propietarios de los centros de datos están descontentos con el costo de mantenimiento.
Después de los gastos operativos, el elemento principal del mantenimiento del centro de datos es la electricidad, que puede representar hasta la mitad de los costos. Para evaluar la eficiencia energética de los centros de datos, se utiliza el coeficiente PUE (eficacia en el uso de energía), que expresa la relación entre toda la electricidad consumida y el consumo de los equipos de TI. PUE igual a 1.0 es ideal e inalcanzable, solo puede esforzarse por lograrlo, ya que los servidores ciertamente cuentan con sistemas de enfriamiento y monitoreo que también requieren suministro de energía. La refrigeración puede representar el 50-80% del consumo de equipos de TI, o incluso más, por lo que el PUE promedio en el mundo es ahora de 1,67 (1 unidad de energía se destina a los servidores y 0,67 unidades a otros equipos). Gracias a un enfoque integrado, en el mejor de los casos, la PUE se puede reducir a 1.05-1.10,y esto se traduce en ahorros colosales en el suministro eléctrico.
Pero para lograr tales ahorros, deberá seguir casi todas las recomendaciones de nuestra lista de verificación. Comencemos de lo simple a lo complejo: primero, describiremos las medidas para actualizar el equipo actual, luego pasaremos a la reorganización del centro de datos y luego soñaremos con transferir o construir nuevos centros de datos, teniendo en cuenta lo último tendencias y las tecnologías más modernas.
Según una encuesta de propietarios de centros de datos, a muchos les gustaría mejorar la eficiencia energética, la refrigeración, el diseño o la ubicación de los centros de datos. Fuente: Revista Solar Thermal
Actualización de UPS para minimizar pérdidas
Para proporcionar redundancia de energía, así como para proteger los costosos equipos del centro de datos de sobrecargas de energía y otros problemas de la red eléctrica, se utiliza un UPS en línea con tiempo de transferencia cero a la batería. Para el funcionamiento ininterrumpido de los servidores, debe pagar con un mayor consumo de energía: con la doble conversión de voltaje para aumentar sus características, las pérdidas son inevitables, que también deben pagarse. La eficiencia del SAI depende directamente de la carga: cuanto mayor es (dentro de las características del SAI), mayor es la eficiencia. La eficiencia de los SAI de doble conversión en línea actuales con cargas elevadas puede ser del 85-95%, mientras que los modelos muy obsoletos pueden ser de un 40-50% abrumador. Es decir, del 15% al 50% de la electricidad desaparece durante la transformación, pero no desaparece del costo.Para los SAI más antiguos, el problema de la baja eficiencia a baja carga es especialmente agudo.
Los sistemas UPS en línea dedicados más avanzados pueden alcanzar niveles de eficiencia de hasta el 99% durante el funcionamiento normal. Es por eso que la actualización de la flota de UPS puede reducir drásticamente el costo de mantenimiento de un centro de datos y aumentar significativamente el PUE. Un ejemplo es un UPS de Eaton que nos llamó la atención recientemente. Para centros de datos pequeños: Eaton compacto 9SX / 9PX para 5/6/8/11 kVA (la serie 9PX está equipada con un puerto DB15 para organizar el funcionamiento en paralelo de dos UPS). Estos SAI tienen una eficiencia de hasta un 98% en funcionamiento de "alta eficiencia" y hasta un 95% de eficiencia en doble conversión. Cada módulo es completamente autónomo y se puede instalar verticalmente o en un bastidor de 19 pulgadas. Para reducir los costos de mantenimiento de la batería, el 9SX / 9PX utiliza la tecnología Eaton ABM Charge Management Technology, que extiende la vida útil de la batería en un 50%.En lugar de la carga lenta, ABM monitorea el nivel de carga y recarga las baterías solo cuando es necesario.
Pero para los grandes centros de datos modernos, cuyos propietarios están más interesados en el funcionamiento ininterrumpido de los equipos que en ahorrar cada rublo, es mejor prestar atención al UPS en torre Power Xpert 9395P. Son 99% eficientes en el modo de conservación de energía ESS. El modelo superior de la serie 9395P está diseñado para 1200 kVA.
Actualizamos distribuidores de energía
Algo tan aparentemente común como las unidades de distribución de energía (PDU o unidades de distribución de energía) también puede causar un mayor consumo de energía. El propósito y la funcionalidad de la PDU es simple: monitorear el voltaje y suministrarlo al equipo. Si bien es tentador en la etapa de planificación de un centro de datos optar por bloques de tomacorrientes baratos y no controlados de forma remota, las posibles sobrecargas de fase pueden provocar cortes de energía, e incluso los UPS no ayudarán aquí.
Además, las PDU baratas tienen baja eficiencia. Los modernos y costosos modelos inteligentes se suministran con un transformador de alta calidad que cumple con los altos requisitos del estándar de eficiencia energética TP-1. La certificación TP1 implica un aumento de la eficiencia de la PDU en aproximadamente un 2-3% en comparación con los modelos convencionales, que parece ser un poco, pero cuando se convierte a costos anuales, se traduce en un ahorro agradable. Además, las PDU modernas simplifican la gestión de cables, ayudan a reducir el cableado y, por lo tanto, mejoran el flujo de componentes. Sí, las PDU con certificación TP-1 son naturalmente caras, pero los costos se recuperan en aproximadamente 6 años, mientras que la vida útil de dichas PDU es de al menos 20 años.
Reemplazo de iluminación con LED
En comparación con el consumo de energía de los servidores o los sistemas de refrigeración, la iluminación del centro de datos representa aproximadamente el 1% de toda la electricidad que necesita un centro de datos. Modestamente, pero cuando se actualice la iluminación, los ahorros se verán reflejados no solo en las facturas de la luz, sino también en las estimaciones de reemplazo de lámparas.
Muchos centros de datos heredados continúan iluminados con lámparas de mercurio de bajo consumo, que son inferiores a los LED en todo excepto, quizás, en el precio. Pero el recurso de las lámparas de mercurio es aproximadamente 5 veces menor que el de las lámparas LED. El brillo de la luminaria LED disminuirá a un 70% crítico del original en 50.000 horas, después de lo cual habrá que cambiarlo. Una lámpara de ahorro de energía se degrada al mismo nivel en solo 10,000 horas, un poco más de un año. Por lo tanto, un reemplazo de fuentes LED requerirá hasta cinco reemplazos de lámparas de mercurio.
Además, el brillo de los LED se puede cambiar fácilmente, reduciendo el consumo de energía según la hora del día. Y para obtener el mismo nivel de iluminación cuando se utilizan lámparas LED, se requiere un tercio menos que las lámparas de bajo consumo.
Usando enfriamiento gratuito
El mejor recurso es gratuito y renovable. El aire exterior y el agua subterránea son un recurso de este tipo para refrigerar servidores. En lugar de gastar grandes cantidades de dinero en el funcionamiento de enfriadoras, será mucho más económico enfriar el equipo con frío "fuera de borda". El enfoque de enfriamiento gratuito, en el que el aire frío o el agua filtrados ingresan al sistema de enfriamiento, se considera merecidamente como una de las mejores formas de reducir el costo de mantenimiento de un centro de datos. Al abandonar los acondicionadores de aire en favor del enfriamiento gratuito, se puede garantizar que el PUE disminuya de 1.8 a 1.1.
En el tema del enfriamiento gratuito, los países escandinavos están fuera de competencia. Apasionado por el respeto al medio ambiente de todo y de toda Suecia, el calor en los centros de datos se utiliza para calentar agua en un sistema de calefacción doméstico. Los irlandeses pusieron los vientos isleños, que penetraban en el país incluso en verano, al servicio del enfriamiento gratuito, y los daneses dejaron entrar agua subterránea helada en el sistema de enfriamiento, que tiene la misma baja temperatura tanto en invierno como en verano.
Google se enorgullece especialmente de que al utilizar la refrigeración gratuita en sus centros de datos europeos, la empresa está ahorrando agua que podría destinarse a las centrales eléctricas para generar electricidad para enfriadoras (si las hubiera). Fuente: Google.
El clima de la parte central habitada de Rusia, sin mencionar la región noroeste, agrada a los partidarios del enfriamiento gratuito (y no agrada a todos los demás) con una cantidad excepcionalmente pequeña de días calurosos. Según las estadísticas del Centro Hidrometeorológico Ruso, en la zona media del país solo el 3.8% del tiempo al año hay una temperatura superior a + 22 ° C, y la temperatura promedio anual en San Petersburgo es de solo + 5.6 ° C . A modo de comparación, en el estado estadounidense de Arizona, donde se construye un enorme centro de datos de Apple, que también utiliza refrigeración gratuita, incluso en enero la temperatura rara vez desciende por debajo de +6 ° C, su nivel anual promedio está por encima de +16 ° C. Por lo tanto, al menos una cuarta parte del año Apple se ve obligada a utilizar enfriadoras voraces para enfriar 120 mil metros cuadrados. m del área de su centro de datos.
Esto no significa que haya llegado el momento de dominar las tierras vírgenes de Siberia. Si bien el clima de Rusia es propicio para el uso más efectivo del free cooling, aquí terminan las ventajas del norte del país para la construcción de centros de datos. Pero hay bastantes deficiencias: baja accesibilidad al transporte, escasez de personal altamente calificado, mal estado de las redes de telecomunicaciones y energía.
Sin embargo, ya se han dado los primeros pasos para crear nuevos centros de datos en el norte: la Universidad Estatal de Petrozavodsk ha comenzado a implementar un centro de datos muy serio, que reclama el 20% del mercado ruso de almacenamiento en la nube. Al mismo tiempo, el clima de Carelia debería reducir el costo operativo en aproximadamente un 40%. El personal universitario y los graduados, así como la proximidad a San Petersburgo, resuelven a la perfección tanto el problema del personal como el tema de la conexión a un punto de intercambio de tráfico.
Uno de los centros de datos de Yandex se encuentra en la fría Finlandia. Debido al enfriamiento gratuito, su relación PUE se redujo a 1,1
Llamar a la IA en busca de ayuda
Monitorear y administrar la refrigeración de un gran centro de datos es muy laborioso y, al mismo tiempo, existe un gran riesgo de que algo se enfríe demasiado y se pase por alto en algún lugar. El hecho es que la eficiencia de enfriamiento está influenciada por muchos factores cambiantes: el clima fuera de la ventana, la presencia de ventanas abiertas en las instalaciones, la humedad del aire, el estado de las torres de enfriamiento, la carga en el equipo. No es posible que las personas monitoreen cientos y miles de parámetros en tiempo real las 24 horas del día, por lo que recientemente se ha incorporado inteligencia artificial al servicio de gestión de refrigeración.
En 2014, Google adquirió DeepMind, conocido por su producto AlphaGo, que venció a un jugador profesional de go por primera vez. Con base en los desarrollos de DeepMind, se creó un paquete de software para el centro de datos de Google, que no solo puede monitorear las lecturas de los sensores y la carga, sino también sacar conclusiones basadas en el historial acumulado de observaciones y pronósticos meteorológicos recibidos. Con la introducción de la inteligencia artificial, los costos de energía para enfriar los centros de datos de Google han disminuido en un impresionante 40%, mientras que todos los equipos siguen siendo los mismos.
El resultado del trabajo de AI DeepMind en el centro de datos de Google: cuando se habilitó el aprendizaje automático, el sistema redujo el consumo de energía para la refrigeración. Fuente: DeepMind
Las soluciones individuales basadas en IA han encontrado su lugar en el centro de datos de Sberbank en Skolkovo. Dado que el centro de datos utiliza refrigeración gratuita 330 días al año, el sistema monitoriza la temperatura exterior y la previsión meteorológica y, en base a esto, optimiza el consumo de energía para refrigeración e incluso decide el suministro de aire frío en caso de calentamiento.
La empresa estadounidense LitBit fue aún más allá, ofreciendo a su empleado de IA para centros de datos, quien diagnostica el estado del centro de datos en base a datos visuales y acústicos. La IA evalúa el sonido y la vibración emitidos por el equipo y los compara con modelos de referencia para ayudar a detectar componentes degradantes.
Usamos centros de datos modulares
La construcción o ampliación de un centro de datos no solo es un proceso caro, sino también largo, en gran parte debido a la necesidad de diseñar una estructura de capital y llevar a cabo un proyecto a lo largo de toda la cadena de aprobaciones necesarias. Desde la celebración del contrato hasta la puesta en servicio de un centro de datos compacto con un área de 200-300 sq. m Pasan de 9 a 12 meses, y esto siempre que los documentos no se atasquen en ninguna de las autoridades que expiden sus permisos de construcción.
El concepto de centros de datos modulares, tales como ladrillos, a partir de los cuales, como a partir de un constructor, se podían ensamblar rápidamente centros de datos, nació a mediados de la década de 2000. Se considera que Sun es un pionero en esto con su Sun Modular Datacenter, un centro de datos modular dentro de un contenedor de envío estándar, que se adapta a ocho racks de 40 unidades, servidores y equipos de red y un sistema de refrigeración. La implementación de un centro de datos modular Sun modular costó aproximadamente el 1% de la construcción de un centro de datos tradicional, podría transportarse fácilmente de un sitio a otro y la conectividad se limitó a la electricidad, el agua y la red.
2009 archive.org Sun Modular Datacenter. , — archive.org 3 50 . : NapoliRoma / Wikimedia Commons
Ahora el mercado ofrece centros de datos modulares en una amplia variedad de diseños, y no solo en forma de contenedores. Los módulos se consideran la forma más eficiente de construir o expandir rápidamente un centro de datos sin costos innecesarios y aprobaciones prolongadas. Los módulos ocupan menos espacio y usan el espacio de manera más eficiente debido a los diseños planificados previamente, tienen menos consumo de energía y, a menudo, una mejor refrigeración, y se pueden mover fácilmente más cerca de lugares con electricidad barata (cerca de grandes centrales eléctricas). Entonces, antes de pensar en construir o expandir un centro de datos, debe prestar atención a los módulos listos para usar.
Alimentar el centro de datos a partir de fuentes de energía renovables
En comparación con Europa, Rusia tiene una ventaja económica importante que hace que la ubicación de los centros de datos en su territorio sea muy atractiva: el costo extremadamente bajo de la electricidad. En algunas regiones del país, alcanza los 3 rublos. por kWh, mientras que en Alemania unos 23 rublos. por kWh, y en los EE. UU. en promedio 9 rublos. por kWh. Además, en Rusia, las autoridades aún no tratan el medio ambiente tan escrupulosamente como en los países escandinavos. Por tanto, todavía no tenemos el problema de trasladar un centro de datos a un suministro eléctrico autónomo a partir de fuentes de energía renovables.
Sin embargo, en Occidente, los propietarios de los centros de datos se ven obligados a al menos declarar la minimización de su huella de carbono, compensando las emisiones de la operación del centro de datos mediante la financiación de iniciativas medioambientales. Esto, además del alto precio de la electricidad, está obligando a las grandes empresas a transferir grandes centros de datos a fuentes de alimentación autónomas. Los elevados costes iniciales en el extranjero se amortizan rápidamente y benefician la imagen.
Así que Apple, uno de los pioneros en el uso de tecnologías "verdes", fue el primero en transferir sus centros de datos a la electricidad de sus propios parques solares y eólicos. Llegó al punto que en 2016 la compañía solicitó el deseo de comenzar a vender la generación excedente de sus plantas de energía solar estadounidenses con una capacidad de 90 y 130 MW.
El suministro de energía autónomo será útil en áreas alejadas de las poderosas redes eléctricas. Por ejemplo, el centro de datos Verne Global de Islandia está construido por varias plantas de energía geotérmica. Aunque no son propiedad de la empresa, son fuentes de energía respetuosas con el medio ambiente, renovables y muy sostenibles.
En Alemania, la energía verde ya representa más de la mitad de toda la generación. Desafortunadamente, la proporción de energía renovable en Rusia ronda el 4%, dos tercios de los cuales son energía hidroeléctrica. Pero para los nuevos centros de datos, como base para el futuro, no estará de más pensar en el suministro de energía autónoma desde una planta de energía solar o eólica.
Ahorrar nunca es superfluo
El centro de datos más grande y caro del mundo pertenece al gigante de las telecomunicaciones China Telecom. Cubre un área de 994 mil metros cuadrados. m, y la construcción costó $ 3 mil millones. El centro de datos más grande de Rusia fue construido por Sberbank en Skolkovo. Es 30 veces más pequeño que el gigante chino: solo 33 mil metros cuadrados. m. Pero gracias a la implementación competente de enfriamiento gratuito, inteligencia artificial y calefacción de locales con equipos de calefacción, fue posible lograr ahorros en el mantenimiento de aproximadamente 100 millones de rublos por año. Dado el tamaño del centro de datos de China Telecom, puede estar seguro de que allí también se han aplicado todas las formas posibles de reducir los costos. No importa cuán absurda e insignificante pueda parecer una medida para reducir el costo de mantenimiento del centro de datos, en términos anuales puede traer ahorros muy notables, proporcionales al tamaño del centro de datos.