Pusat data Google Belgia sepenuhnya diberdayakan oleh pembangkit listrik tenaga surya, dan peralatan didinginkan oleh air dari kanal terdekat - penghematan energi dan efisiensi energi di ketinggian. Sumber: Google
Sejak awal pembangunan massal pusat data, 25 tahun telah berlalu, dan pasar sangat jauh dari kejenuhan - setiap tahun investasi dunia dalam pembangunan pusat data tumbuh sebesar 15%. Pada saat yang sama, pusat data menjadi lebih canggih dan mahal. Biaya konstruksi dan pengoperasian secara langsung memengaruhi harga layanan digital, seperti hosting, penyimpanan cloud, dan komputasi, sehingga semua orang tertarik untuk meningkatkan efisiensi dan ekonomi pusat data di seluruh dunia. Tindakan apa yang dapat diambil untuk mengurangi biaya layanan pusat data?
Teknologi tinggi dengan konsumsi energi tinggi
Menurut majalah Nature , dibutuhkan sekitar 200 TWh untuk memasok pusat data di seluruh dunia, dengan 140 TWh berasal dari pusat data AS. Enam tahun lalu, pusat data hanya mengonsumsi 91 TWh, artinya, pertumbuhannya mengesankan 220%. Sekarang pusat data mengonsumsi lebih dari seluruh Ukraina (122 TWh), Argentina (129 TWh), Swedia (134 TWh) atau Polandia (150 TWj).
Terlepas dari kenyataan bahwa pusat data tidak merokok pipa dan limbah berbahaya, tetapi komputasi awan, mereka juga meninggalkan jejak karbon yang serius dalam ekologi global - tentang0,3% dari emisi global, itu sangat banyak. Ini karena pangsa energi "hijau" di negara-negara utama yang memiliki pusat data sangat kecil (11% di AS, 26% di China, semuanya termasuk pembangkit listrik tenaga air), sehingga pembangkit listrik tenaga gas dan batu bara digunakan untuk memberdayakan pusat data. Akibatnya, pemerhati lingkungan dan pemerintah Eropa tidak senang dengan pertumbuhan emisi gas rumah kaca, operator jaringan tidak senang dengan beban yang meningkat dan kebutuhan untuk memodernisasi jaringan, pemilik pusat data tidak senang dengan biaya pemeliharaan.
Setelah biaya operasional, item utama pemeliharaan pusat data adalah listrik, yang dapat mencapai setengah dari biaya. Untuk menilai efisiensi energi pusat data, digunakan koefisien PUE (Efektivitas penggunaan daya), yang menyatakan rasio semua listrik yang dikonsumsi dengan konsumsi peralatan TI. PUE sama dengan 1.0 sangat ideal dan tidak dapat dicapai, Anda hanya dapat memperjuangkannya, karena server pasti dilengkapi dengan sistem pendingin dan pemantauan yang juga membutuhkan catu daya. Pendinginan dapat menyumbang 50-80% dari konsumsi peralatan TI, atau bahkan lebih, sehingga rata-rata PUE di dunia sekarang 1,67 (1 unit energi masuk ke server dan 0,67 unit - ke peralatan lain). Berkat pendekatan terintegrasi, dalam kasus terbaik, PUE dapat dikurangi menjadi 1.05-1.10,dan ini berarti penghematan kolosal dalam pasokan listrik.
Tetapi untuk mencapai penghematan seperti itu, Anda harus mengikuti hampir semua rekomendasi dari daftar periksa kami. Mari kita mulai dari yang sederhana hingga yang rumit: pertama, kami akan menjelaskan langkah-langkah untuk meningkatkan peralatan saat ini, kemudian kami akan beralih pada reorganisasi pusat data, dan kemudian kami akan bermimpi untuk mentransfer atau membangun pusat data baru, dengan mempertimbangkan yang terbaru tren dan teknologi paling modern.
Menurut survei pemilik pusat data, banyak yang ingin meningkatkan efisiensi energi, pendinginan, tata letak, atau lokasi pusat data. Sumber: Majalah Solar Thermal
Upgrade UPS untuk meminimalkan kerugian
Untuk menyediakan redundansi daya, serta untuk melindungi peralatan pusat data yang mahal dari lonjakan listrik dan masalah jaringan listrik lainnya, UPS online dengan waktu transfer nol ke baterai digunakan. Untuk pengoperasian server yang tidak terganggu, Anda harus membayar dengan konsumsi daya yang meningkat - dengan konversi tegangan ganda untuk meningkatkan karakteristiknya, kerugian tidak dapat dihindari, yang juga harus dibayar. Efisiensi UPS secara langsung bergantung pada beban - semakin tinggi (dalam karakteristik UPS), semakin besar efisiensinya. Efisiensi UPS konversi ganda online saat ini di bawah beban tinggi dapat mencapai 85-95%, sementara model yang sangat usang dapat menjadi 40-50% yang menakutkan. Artinya, dari 15% hingga 50% listrik menghilang selama transformasi, tetapi tidak hilang dari biaya.Untuk UPS lama, masalah efisiensi rendah pada beban rendah sangat akut.
Sistem UPS online khusus yang paling canggih dapat mencapai tingkat efisiensi hingga 99% selama pengoperasian normal. Itulah mengapa memperbarui armada UPS dapat secara dramatis mengurangi biaya pemeliharaan pusat data dan meningkatkan PUE secara signifikan. Contohnya adalah UPS dari Eaton baru-baru ini menarik perhatian kami. Untuk pusat data kecil - Eaton 9SX / 9PX kompak untuk 5/6/8/11 kVA (seri 9PX dilengkapi dengan port DB15 untuk mengatur operasi paralel dua UPS). UPS ini efisien hingga 98% dalam operasi "efisiensi tinggi" dan hingga 95% efisien pada konversi ganda. Setiap modul benar-benar mandiri dan dapat dipasang baik secara vertikal atau di rak 19 inci. Untuk mengurangi biaya perawatan baterai, 9SX / 9PX menggunakan Teknologi Manajemen Pengisian Daya Eaton ABM, yang memperpanjang masa pakai baterai hingga 50%.Alih-alih mengisi daya tetesan, ABM memantau tingkat pengisian daya dan mengisi ulang baterai hanya jika diperlukan.
Tetapi untuk pusat data besar modern, yang pemiliknya lebih tertarik pada pengoperasian peralatan tanpa gangguan daripada menyimpan setiap rubel, lebih baik memperhatikan UPS tower Power Xpert 9395P. Mereka 99% efisien dalam mode konservasi energi ESS. Model teratas dari seri 9395P dirancang untuk 1200 kVA.
Kami memperbarui distributor daya
Hal yang tampaknya lumrah seperti unit distribusi daya (PDU, atau unit distribusi daya) juga dapat menyebabkan peningkatan konsumsi daya. Tujuan dan fungsionalitas PDU sederhana - memantau voltase dan memasoknya ke peralatan. Meskipun tergoda pada tahap perencanaan pusat data untuk memilih blok outlet yang murah dan tidak dikendalikan dari jarak jauh, kelebihan fase yang mungkin dapat menyebabkan pemadaman listrik, dan bahkan UPS tidak akan membantu di sini.
Selain itu, PDU yang murah memiliki efisiensi yang rendah. Model pintar mahal modern dilengkapi dengan trafo berkualitas tinggi yang memenuhi persyaratan tinggi dari standar efisiensi energi TP-1. Sertifikasi TP1 menyiratkan peningkatan efisiensi PDU sekitar 2-3% dibandingkan dengan model konvensional, yang tampaknya sedikit, tetapi bila diubah menjadi biaya tahunan, hal itu berarti penghematan yang menyenangkan. Selain itu, PDU modern menyederhanakan manajemen kabel, membantu mengurangi pemasangan kabel, dan dengan demikian meningkatkan aliran komponen. Ya, PDU dengan sertifikasi TP-1 secara alami mahal, tetapi biayanya akan pulih dalam waktu sekitar 6 tahun, sedangkan masa pakai PDU tersebut setidaknya 20 tahun.
Mengganti pencahayaan dengan LED
Dibandingkan dengan konsumsi energi server atau sistem pendingin, pencahayaan pusat data menyumbang sekitar 1% dari semua listrik yang dibutuhkan oleh pusat data. Secara sederhana, tetapi ketika pencahayaan diperbarui, penghematan tidak hanya tercermin dalam tagihan listrik, tetapi juga dalam perkiraan untuk mengganti lampu.
Banyak pusat data warisan terus diterangi dengan lampu merkuri hemat energi, yang lebih rendah dari LED dalam segala hal kecuali, mungkin, harga. Namun sumber daya lampu merkuri sekitar 5 kali lebih rendah dibandingkan dengan lampu LED. Kecerahan luminer LED akan berkurang hingga 70% kritis dari aslinya dalam 50.000 jam, setelah itu harus diganti. Lampu hemat energi menurun ke tingkat yang sama hanya dalam 10.000 jam, kurang lebih setahun. Jadi, satu penggantian sumber LED akan membutuhkan hingga lima penggantian lampu merkuri!
Selain itu, kecerahan LED dapat dengan mudah diubah, mengurangi konsumsi daya tergantung pada waktu hari. Dan untuk mendapatkan tingkat iluminasi yang sama saat menggunakan lampu LED, dibutuhkan sepertiga lebih sedikit daripada lampu hemat energi.
Menggunakan pendinginan gratis
Sumber daya terbaik gratis dan dapat diperbarui. Udara luar ruangan dan air tanah merupakan sumber daya untuk mendinginkan server. Daripada menghabiskan banyak uang untuk pengoperasian pendingin, akan jauh lebih ekonomis untuk mendinginkan peralatan dengan dingin "tempel". Pendekatan pendinginan bebas, di mana udara atau air yang difilter dingin memasuki sistem pendingin, sepatutnya dianggap sebagai salah satu cara terbaik untuk mengurangi biaya pemeliharaan pusat data. Dengan mengabaikan AC dan mendukung pendinginan gratis, PUE dapat dijamin turun dari 1,8 menjadi 1,1.
Dalam masalah free cooling, negara-negara Skandinavia keluar dari persaingan. Bergairah tentang keramahan lingkungan dari segala hal dan semua hal di Swedia, panas di pusat data digunakan untuk memanaskan air dalam sistem pemanas rumah. Irlandia menempatkan angin pulau, menembus negara itu bahkan di musim panas, ke dalam layanan pendinginan gratis, dan Denmark membiarkan air tanah yang sedingin es masuk ke dalam sistem pendingin, yang memiliki suhu rendah yang sama baik di musim dingin maupun di musim panas.
Google sangat bangga bahwa dengan menggunakan pendingin gratis di pusat data Eropa, perusahaan tersebut menghemat air yang dapat dialirkan ke pembangkit listrik untuk menghasilkan listrik untuk pendingin (jika ada). Sumber: Google
Iklim di bagian tengah Rusia yang dihuni, belum lagi wilayah barat laut, menyenangkan para pendukung pendinginan gratis (dan tidak menyenangkan semua orang) dengan hari-hari panas yang sangat sedikit. Menurut statistik Pusat Hidrometeorologi Rusia, di zona tengah negara hanya 3,8% dari waktu setahun ada suhu di atas + 22 ° C, dan suhu tahunan rata-rata di St.Petersburg hanya + 5,6 ° C . Sebagai perbandingan, di negara bagian Arizona Amerika, tempat pusat data Apple yang besar dibangun, yang juga menggunakan pendinginan gratis, bahkan di bulan Januari suhu jarang turun di bawah +6 ° C, tingkat tahunan rata-rata di atas +16 ° C. Karena itu, setidaknya seperempat tahun Apple terpaksa menggunakan pendingin rakus untuk mendinginkan 120 ribu meter persegi. m dari area pusat data Anda.
Ini tidak berarti bahwa sudah waktunya untuk menguasai tanah perawan Siberia. Meskipun iklim Rusia kondusif untuk penggunaan pendinginan gratis yang paling efektif, di sinilah keuntungan dari utara negara itu untuk pembangunan pusat data berakhir. Tetapi ada cukup banyak kekurangan: aksesibilitas transportasi yang rendah, kurangnya personel yang berkualifikasi tinggi, kondisi telekomunikasi dan jaringan energi yang buruk.
Namun demikian, langkah pertama untuk membuat pusat data baru di utara telah diambil: Universitas Negeri Petrozavodsk telah mulai menggunakan pusat data yang sangat serius, yang mengklaim 20% dari pasar penyimpanan awan Rusia. Pada saat yang sama, cuaca Karelia akan mengurangi biaya operasional sekitar 40%. Staf dan lulusan universitas, serta kedekatannya dengan St. Petersburg, dengan sempurna memecahkan masalah personel dan masalah sambungan ke titik pertukaran lalu lintas.
Salah satu pusat data Yandex terletak di Finlandia yang dingin. Karena pendinginan gratis, rasio PUE-nya berkurang menjadi 1,1
Memanggil AI untuk meminta bantuan
Memantau dan mengelola pendinginan pusat data yang besar sangat melelahkan, dan pada saat yang sama ada risiko besar pendinginan berlebihan, dan suatu tempat terlewatkan. Faktanya adalah bahwa efisiensi pendinginan dipengaruhi oleh banyak faktor yang berubah: cuaca di luar jendela, keberadaan jendela terbuka di dalam gedung, kelembaban udara, kondisi menara pendingin, beban peralatan. Tidaklah mungkin bagi orang untuk memantau ratusan dan ribuan parameter secara real time sepanjang waktu, jadi baru-baru ini kecerdasan buatan telah dimasukkan ke dalam layanan manajemen pendinginan.
Pada tahun 2014, Google mengakuisisi DeepMind, yang dikenal dengan produk AlphaGo-nya, yang mengalahkan pemain go profesional untuk pertama kalinya. Berdasarkan perkembangan DeepMind, paket perangkat lunak untuk pusat data Google dibuat, yang tidak hanya dapat memantau pembacaan sensor dan beban, tetapi juga menarik kesimpulan berdasarkan akumulasi riwayat pengamatan dan prakiraan cuaca yang diterima. Dengan diperkenalkannya AI, biaya energi untuk mendinginkan pusat data Google telah turun sebesar 40%, sementara semua peralatan tetap sama.
Hasil kerja AI DeepMind di pusat data Google - saat pembelajaran mesin diaktifkan, sistem mengurangi konsumsi energi untuk pendinginan. Sumber: DeepMind
Solusi individu berdasarkan AI telah menemukan tempatnya di pusat data Sberbank di Skolkovo. Karena pusat data menggunakan pendinginan gratis 330 hari dalam setahun, sistem memantau suhu eksternal dan prakiraan cuaca dan, atas dasar ini, mengoptimalkan konsumsi energi untuk pendinginan dan bahkan memutuskan pasokan udara dingin jika terjadi pemanasan.
Perusahaan Amerika LitBit melangkah lebih jauh, menawarkan karyawan AI untuk pusat data, yang mendiagnosis kondisi pusat data berdasarkan data visual dan akustik. AI mengevaluasi suara dan getaran yang dipancarkan oleh peralatan dan membandingkannya dengan cast referensi untuk membantu mendeteksi komponen yang merendahkan.
Kami menggunakan pusat data modular
Pembangunan atau perluasan pusat data bukan hanya proses yang mahal, tetapi juga proses yang panjang, sebagian besar karena kebutuhan untuk merancang struktur modal dan melaksanakan proyek di sepanjang rantai persetujuan yang diperlukan. Dari kesimpulan kontrak hingga commissioning pusat data kompak dengan luas 200-300 sq. m 9-12 bulan berlalu, dan ini dengan ketentuan bahwa dokumen tidak terjebak di otoritas mana pun yang mengeluarkan izin bangunan.
Konsep pusat data modular, seperti batu bata, yang darinya, sebagai dari konstruktor, seseorang dapat dengan cepat merakit pusat data, lahir pada pertengahan tahun 2000-an. Sun dianggap sebagai pelopor dalam hal ini dengan Sun Modular Datacenter - pusat data modular di dalam kontainer pengiriman standar, yang dapat menampung delapan rak 40 unit, server dan peralatan jaringan serta sistem pendingin. Menerapkan Sun Modular Datacenter menghabiskan biaya sekitar 1% dari pembangunan pusat data tradisional, pusat data ini dapat dengan mudah diangkut dari situs ke situs, dan konektivitas terbatas pada listrik, air, dan jaringan.
2009 archive.org Sun Modular Datacenter. , — archive.org 3 50 . : NapoliRoma / Wikimedia Commons
Sekarang pasar menawarkan pusat data modular dalam berbagai desain, dan tidak hanya dalam bentuk wadah. Modul dianggap sebagai cara paling efisien untuk membangun atau memperluas pusat data dengan cepat tanpa biaya yang tidak perlu dan persetujuan yang lama. Modul ini mengambil lebih sedikit ruang dan menggunakan ruang lebih efisien karena tata letak yang telah direncanakan sebelumnya, memiliki konsumsi daya yang lebih sedikit dan seringkali pendinginan yang lebih baik, dan dapat dengan mudah dipindahkan lebih dekat ke tempat-tempat dengan listrik murah (dekat pembangkit listrik besar). Jadi sebelum berpikir untuk membangun atau memperluas pusat data, Anda harus memperhatikan modul yang sudah jadi.
Memberdayakan pusat data dari sumber energi terbarukan
Dibandingkan dengan Eropa, Rusia memiliki keunggulan ekonomi penting yang menjadikan lokasi pusat data di wilayahnya sangat menarik - biaya listrik yang sangat rendah. Di beberapa wilayah negara itu, mencapai 3 rubel. per kWh, sedangkan di Jerman sekitar 23 rubel. per kWh, dan di AS rata-rata 9 rubel. per kWh. Ditambah lagi, di Rusia, pihak berwenang belum memperlakukan lingkungan dengan hati-hati seperti di negara-negara Skandinavia. Oleh karena itu, kami belum memiliki masalah pengalihan pusat data ke catu daya otonom dari sumber energi terbarukan.
Namun, di Barat, pemilik pusat data dipaksa untuk setidaknya menyatakan minimalisasi jejak karbon mereka, mengimbangi emisi dari pengoperasian pusat data dengan mendanai inisiatif lingkungan. Hal ini, serta tingginya harga listrik, memaksa perusahaan besar untuk mentransfer pusat data besar ke catu daya otonom. Biaya awal yang tinggi di luar negeri dengan cepat terbayar dan menguntungkan citra.
Jadi Apple, salah satu pelopor dalam penggunaan teknologi "hijau", adalah yang pertama mentransfer pusat datanya ke listrik dari pembangkit tenaga surya dan anginnya sendiri. Sampai-sampai pada 2016 perusahaan mengajukan keinginan untuk mulai menjual pembangkit surplus dari pembangkit listrik tenaga surya Amerika dengan kapasitas 90 dan 130 MW.
Catu daya otonom akan berguna di daerah yang jauh dari jaringan listrik yang kuat. Misalnya, pusat data Verne Global Islandia dibangun oleh sejumlah pembangkit listrik tenaga panas bumi. Meskipun tidak dimiliki oleh perusahaan, namun merupakan sumber energi yang ramah lingkungan, terbarukan, dan sangat berkelanjutan.
Di Jerman, energi hijau sudah menyumbang lebih dari setengah dari semua generasi. Sayangnya, pangsa energi terbarukan di Rusia berkisar sekitar 4%, dua pertiganya adalah tenaga air. Namun untuk pusat data baru, sebagai landasan untuk masa depan, tidak ada salahnya untuk memikirkan pasokan listrik otonom dari pembangkit listrik tenaga surya atau angin.
Menabung tidak pernah berlebihan
Pusat data terbesar dan termahal di dunia dimiliki oleh raksasa telekomunikasi China Telecom. Ini mencakup area seluas 994 ribu meter persegi. m, dan pembangunannya menelan biaya $ 3 miliar. Pusat data terbesar Rusia dibangun oleh Sberbank di Skolkovo. Ukurannya 30 kali lebih kecil dari raksasa Cina - hanya 33 ribu meter persegi. m. Namun berkat penerapan yang kompeten dari pendinginan gratis, AI, dan pemanasan tempat dengan peralatan panas, penghematan pemeliharaan sekitar 100 juta rubel per tahun dapat dicapai. Mengingat ukuran pusat data China Telecom, Anda dapat yakin bahwa semua cara yang mungkin untuk mengurangi biaya telah diterapkan di sana juga. Tidak peduli seberapa absurd dan tidak signifikannya ukuran untuk mengurangi biaya pemeliharaan pusat data, secara tahunan hal ini dapat menghasilkan penghematan yang sangat nyata, sebanding dengan ukuran pusat data.