數(shù)據(jù)中心的可持續(xù)性發(fā)展趨勢(shì)

盡管數(shù)據(jù)中心在過去十年中變得更加可持續(xù)，但對(duì)數(shù)據(jù)的需求呈指數(shù)級(jí)增長，以至于數(shù)據(jù)中心成為世界上最大的電力消費(fèi)者之一。

數(shù)據(jù)中心占全球能源消耗的 1-1.5%——相當(dāng)于航空業(yè)——如果不采取任何措施，預(yù)計(jì)到2030 年這一比例將上升到 8% 。例如，歐盟的數(shù)據(jù)中心能源消耗占據(jù)該地區(qū) 2.7% 的需求。

用于 IT 和冷卻系統(tǒng)的電力約占數(shù)據(jù)中心總能耗的 86%。僅冷卻一項(xiàng)就占數(shù)據(jù)中心總能耗的 40%。

雖然新數(shù)據(jù)中心在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面從一開始就考慮了可持續(xù)性，但傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心繼續(xù)消耗大量能源。

在監(jiān)管機(jī)構(gòu)、投資者和客戶的壓力下，數(shù)據(jù)中心行業(yè)已采取行動(dòng)發(fā)展和采用可持續(xù)性，以試圖限制其對(duì)氣候變化的影響。

為了應(yīng)對(duì)全球?qū)@些數(shù)據(jù)中心在能源消耗方面的喧囂程度的擔(dān)憂，以谷歌和微軟等大公司為首的該行業(yè)已承諾到 2025 年四分之三的數(shù)據(jù)中心能源消耗是可再生能源或無碳的。

到 2030 年完全實(shí)現(xiàn)氣候中和。

Virtus 數(shù)據(jù)中心解決方案總監(jiān) David Watkins 表示，除了整個(gè)數(shù)據(jù)中心行業(yè)都有自己到 2030 年實(shí)現(xiàn)凈零排放的承諾外，實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的壓力來自客戶。

Watkins 說：“與我們合作的大多數(shù)組織都有自己非常嚴(yán)格的可持續(xù)性標(biāo)準(zhǔn)。我們還被要求將來自我們數(shù)據(jù)中心的性能信息直接提供給我們的客戶可持續(xù)發(fā)展報(bào)告。這是一個(gè)真正的重點(diǎn)領(lǐng)域，對(duì)我們這個(gè)行業(yè)和我們的客戶來說都是如此?！?/p>

然而，推動(dòng)數(shù)據(jù)中心的可持續(xù)性也可能是一項(xiàng)大生意。綠色數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)預(yù)計(jì)將以 7.5% 的復(fù)合年增長率增長，從 2021 年的 360 億美元增長到 2027 年的 550 億美元。

電源使用效率

數(shù)據(jù)中心通過稱為電源使用效率 (PUE) 的測(cè)量來衡量其能源使用效率?；旧?，實(shí)際運(yùn)行服務(wù)器所消耗的能量被測(cè)量為“一個(gè)”；除此之外的任何東西——例如冷卻基礎(chǔ)設(shè)施、建筑系統(tǒng)安全、一般供暖等——都被添加到最上面。

就在幾年前，PUE 高達(dá) 2，這意味著對(duì)于每千瓦的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)，企業(yè)將使用另一千瓦的能源來支持?jǐn)?shù)據(jù)中心運(yùn)營。

今天的 PUE 平均值為 1.5，但較新的安裝可實(shí)現(xiàn)更好的性能。你的建筑效率越高，你消耗的能源就越少。

數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商Kao Data表示其在哈洛園區(qū)的 PUE 為 1.25。

當(dāng)涉及到成本時(shí)，這些細(xì)微的差異很重要。Kao Data 的首席運(yùn)營官 Paul Finch 指出，將 PUE 從 1.2 降低 0.05 至 1.15 每年可為設(shè)施節(jié)省 300 萬英鎊的運(yùn)行成本——這還是在俄烏沖突之前。到目前為止，這個(gè)數(shù)字可能已經(jīng)翻了三倍，達(dá)到每年 900 萬英鎊。

數(shù)據(jù)中心可持續(xù)性發(fā)展趨勢(shì)

Finch 對(duì)數(shù)據(jù)中心可持續(xù)性的突然關(guān)注感到困惑，因?yàn)樗恢鼻度朐?Kao Data 的 DNA 中，該公司在倫敦外圍運(yùn)營著三個(gè)站點(diǎn)。

Finch說：“我們一直努力以可持續(xù)的方式做事。就好像每個(gè)人都剛剛醒來并聞到了咖啡的味道。可持續(xù)性一直是 Kao Data 的核心基礎(chǔ)?！?/p>

他表示，可持續(xù)性與可靠性息息相關(guān)。如果你使用可再生能源，你就不會(huì)被能源價(jià)格所綁架。此外，可持續(xù)性減少了短期資本支出和長期運(yùn)營支出。

Finch說：“真的，你最終會(huì)勾選所有選項(xiàng)，以可持續(xù)的方式做事具有完全的經(jīng)濟(jì)意義?！?/p>

擺脫柴油燃料

數(shù)據(jù)中心需要配備備用柴油發(fā)電機(jī)，以防網(wǎng)絡(luò)中斷。許多數(shù)據(jù)中心處理關(guān)鍵的政府基礎(chǔ)設(shè)施，例如 NHS。一個(gè)數(shù)據(jù)中心處理政府與核潛艇艦隊(duì)的通信——沒有比這更重要的基礎(chǔ)設(shè)施了。

然而，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商正在嘗試放棄柴油，轉(zhuǎn)而使用加氫植物油 (HVO)——由廢植物油和動(dòng)物脂肪合成——可將 CO2 溫室氣體凈排放量減少多達(dá) 90%。

Kao Data 已經(jīng)改用 HVO 來運(yùn)行其發(fā)電機(jī)。

氫燃料電池

數(shù)據(jù)中心也在探索以氫為動(dòng)力的燃料電池作為備用發(fā)電機(jī)的替代方案，但目前的技術(shù)還無法提供可靠的柴油發(fā)電機(jī)所提供的電量。

氫燃料電池可以很容易地重新加注燃料，為數(shù)據(jù)中心提供電力，這些數(shù)據(jù)中心預(yù)計(jì)會(huì)有長達(dá) 48 小時(shí)的備用電源系統(tǒng)。更重要的是，燃料電池產(chǎn)生零排放，其唯一的副產(chǎn)品是水。

今年2月，荷蘭數(shù)據(jù)中心公司NorthC成為歐洲第一家安裝氫燃料電池作為應(yīng)急電源的數(shù)據(jù)中心。

多達(dá) 37% 的數(shù)據(jù)中心經(jīng)理正在考慮在來年實(shí)施這項(xiàng)技術(shù)。

美國加州數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商 Equinix 還與其他六家公司合作開發(fā)低碳燃料電池。這些燃料電池可以消耗綠色氫，去年 12 月，該集團(tuán)獲得了歐盟委員會(huì) 250 萬歐元的資助，以繼續(xù)其研究。

Equinix 表示，用燃料電池代替柴油發(fā)電機(jī)不僅可以減少碳排放，還可以節(jié)省基礎(chǔ)設(shè)施成本、縮小尺寸并使它們更易于維護(hù)。

在英國，F(xiàn)inch 認(rèn)為政府需要投資開發(fā)氫燃料電池技術(shù)，同時(shí)幫助發(fā)現(xiàn)氫供應(yīng)鏈更廣泛的問題。

他說，后 Covid 之后，政府對(duì)數(shù)據(jù)中心的看法發(fā)生了變化，一旦官員們意識(shí)到它們對(duì)國家的日常運(yùn)行有多么重要，以及它們對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施有多么重要。

可再生能源

英國數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商Virtus僅在其數(shù)據(jù)中心使用太陽能、風(fēng)能和水力發(fā)電產(chǎn)生的可再生能源——這增加了對(duì)可再生能源的需求并鼓勵(lì)對(duì)該行業(yè)的投資以滿足該需求。例如，Virtus 正在探索與其能源供應(yīng)商簽署購電協(xié)議 (PPA)，保證從該公司購買能源 10-15 年。能源供應(yīng)商可以將該 PPA 帶到銀行并以此為抵押借款。

Virtus 指出，通過僅使用可再生能源，它已免受俄烏沖突引發(fā)的全球能源價(jià)格沖擊。

Equinix 再次成為第一個(gè)承諾到 2030 年實(shí)現(xiàn)氣候中和的數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商。早在 2014 年，綠色和平組織就批評(píng)該公司對(duì)可再生能源和減少碳足跡的承諾不夠。數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商希望其站點(diǎn)到那時(shí)僅由可再生能源供電。2021 年，Equinix 95% 的能源消耗來自可再生能源。

氣流管理

氣流管理意味著盡量避免在供應(yīng)通道中混合冷空氣（用于保持這些服務(wù)器涼爽和高效運(yùn)行）和排氣通道中的熱空氣（以盡快從數(shù)據(jù)中心移除廢熱）。避免冷空氣和熱空氣之間的接觸可以最大限度地減少專用于冷卻的功率。

服務(wù)器機(jī)架的冷熱通道交替布置可管理氣流并節(jié)約能源。這涉及調(diào)整機(jī)架配置，以確保冷空氣進(jìn)氣口和熱空氣排氣口朝向相反的方向。通過防止冷熱空氣混合，數(shù)據(jù)中心可以更好地管理供暖、通風(fēng)和空調(diào) (HVAC) 系統(tǒng)。

Virtus 試圖確保從熱服務(wù)器電路產(chǎn)生的熱空氣不會(huì)吹回到流過它的冷空氣中。相反，這些熱空氣被捕獲并送入建筑物的空調(diào)系統(tǒng)并進(jìn)行再循環(huán)，進(jìn)一步降低溫度。因此，氣流管理成為良性循環(huán)。

數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的另一個(gè)趨勢(shì)是通過風(fēng)扇墻引入空氣，這與舊數(shù)據(jù)中心不同，舊數(shù)據(jù)中心使用活動(dòng)地板來提供通風(fēng)路徑。

高密度計(jì)算

老式、耗能的空調(diào)過去足以讓這些服務(wù)器保持涼爽。隨著耗電 AI 的出現(xiàn)，情況不再如此。芯片開發(fā)商正在開發(fā)更好的 CPU 以滿足 AI 的密集計(jì)算需求。但這意味著需要越來越多的高密度熱密集型機(jī)架來滿足 AI 的需求。

一種解決方案是在高密度計(jì)算機(jī)架上進(jìn)行液體冷卻。據(jù)全球咨詢公司 Gartner 稱，液體冷卻比使用風(fēng)扇循環(huán)空氣的效率高 3,000 倍，因?yàn)樗苯永鋮s熱源（服務(wù)器）而不是整個(gè)空間。

液體冷卻所需的空間也較小，因此可以將這種方法部署在更小、更密集的設(shè)施中。

然而，該技術(shù)價(jià)格昂貴且在一定程度上未經(jīng)證實(shí)，這使得客戶對(duì)采用它猶豫不決。硬件制造商在更便宜的服務(wù)器中采用這種液體冷卻的速度很慢。

AI輔助自動(dòng)冷卻控制

使用傳感器識(shí)別能源浪費(fèi)并部署軟件管理平臺(tái)以最大限度地提高效率，這比手動(dòng)監(jiān)控電力要有效得多。Equinix 估計(jì)自動(dòng)電源監(jiān)控可以將數(shù)據(jù)中心的能源效率提高 30-50%。

例如，在澳大利亞，IT 服務(wù)公司富士通通過安裝無線傳感器收集環(huán)境數(shù)據(jù)并優(yōu)化其數(shù)據(jù)中心的條件，每年節(jié)省 230,000 美元的能源成本。

另一家成功實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心自動(dòng)化監(jiān)控的公司是科技巨頭 Alphabet，它是谷歌的母公司。其基于云的人工智能推薦引擎使用來自傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)未來的消費(fèi)模式并確定如何節(jié)約能源。結(jié)果，Google 成功地將數(shù)據(jù)能耗降低了 40%。

國際設(shè)計(jì)公司Scott Brownrigg的設(shè)計(jì)包括計(jì)劃中的東倫敦 Belvedere 數(shù)據(jù)中心，該公司正在與機(jī)場(chǎng)和醫(yī)院討論使用 AI 提供極其詳細(xì)的實(shí)時(shí) 3D 模型——它稱之為數(shù)字孿生。這是一種下一代計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD)，建筑師已經(jīng)使用了數(shù)十年。

Scott Brownrigg 高級(jí)技術(shù)總監(jiān)兼負(fù)責(zé)人 Sam Stevens 表示：“我們的想法是，建筑物的數(shù)字復(fù)制品成為協(xié)助設(shè)施管理和運(yùn)行的工具，例如，屏幕上可能會(huì)閃爍警報(bào)當(dāng)一件設(shè)備需要測(cè)試或更換時(shí)通知您的設(shè)施經(jīng)理。它幾乎就像一個(gè)實(shí)時(shí)運(yùn)行的活體 3D 模型?！?/p>

熱回收

更強(qiáng)大、更密集的計(jì)算機(jī)意味著更多的熱量?！澳銦o法擊敗物理學(xué)，”Virtus 的解決方案總監(jiān)大衛(wèi)沃特金斯說?！盁o論你如何通電，它總是會(huì)轉(zhuǎn)化為熱量，然后你必須擺脫這些熱量?！?/p>

正如我們所見，最新一代的高密度計(jì)算機(jī)使用冷水而不是空調(diào)來保持涼爽——該行業(yè)正在探索如何將現(xiàn)在變熱的水連接起來，為當(dāng)?shù)氐挠斡境毓┡驗(yàn)閷W(xué)校供暖，等等這在斯堪的納維亞很常見。

Equinix 在法國巴黎規(guī)劃的PA10 數(shù)據(jù)中心希望將客戶設(shè)備的廢熱轉(zhuǎn)移到社區(qū)供熱網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行再利用。

此外，這個(gè)新的數(shù)據(jù)中心將包括一個(gè)帶水回收系統(tǒng)的屋頂溫室，這將有助于保留雨水并減少排入下水道的廢水量。

Stevens以挪威的Lefdal Mine 數(shù)據(jù)中心為例，該數(shù)據(jù)中心將熱水回收用于當(dāng)?shù)仞B(yǎng)魚，并將產(chǎn)生的廢物用于農(nóng)業(yè)肥料，作為循環(huán)經(jīng)濟(jì)的一個(gè)例子。

他認(rèn)為建筑師的作用在一定程度上是讓利益相關(guān)者在可持續(xù)性方面相互交談，這樣房地產(chǎn)開發(fā)商就可以在一個(gè)地點(diǎn)建立一個(gè)數(shù)據(jù)中心，為家庭或垂直農(nóng)業(yè)或休閑設(shè)施（如游泳池）提供廢熱游泳池，都需要熱水。

Stevens說：“我們希望看到開發(fā)商和數(shù)據(jù)中心供應(yīng)商之間有更多的聯(lián)合思考，因?yàn)橛袡C(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)互惠互利?！?/p>

當(dāng)然，數(shù)據(jù)中心最近受到了負(fù)面報(bào)道，因?yàn)橛袌?bào)道稱數(shù)據(jù)中心在地球升溫的同時(shí)努力開采比特幣。

然而，一旦人們意識(shí)到擁有一個(gè)小型本地?cái)?shù)據(jù)中心可以為本地游泳池供電，這種態(tài)度可能會(huì)改變。

Stevens說：“人們可能沒有意識(shí)到，每次他們使用手機(jī)訪問 WhatsApp 或在社交媒體上發(fā)帖時(shí)，這些東西都必須存儲(chǔ)在某個(gè)地方。我們感興趣的是進(jìn)入這些存儲(chǔ)位置的能源如何至少再利用一次，例如，使用廢熱并與鄰居分享可能會(huì)減少人們的能源費(fèi)用。這能否將我們與數(shù)據(jù)中心的關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁┗セ莼ダ年P(guān)系，并且對(duì)話會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)椋?為什么我們不能在我們附近擁有一個(gè)數(shù)據(jù)中心？'”

到 2030 年實(shí)現(xiàn)凈零排放？

Finch 和 Watkins 都相信該行業(yè)將履行其到 2030 年實(shí)現(xiàn)凈零排放的承諾。

Finch 說：“只要看看這個(gè)行業(yè)在過去十年中取得的進(jìn)步，就會(huì)感到震驚。這些改進(jìn)是顯著的?！?/p>

本文作者：Tim Adler

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