На накопители приходится значительная доля углеродных выбросов и энергозатрат IT-индустрии. Как сообщает портал IEEE Spectrum, эксперты уверены — в обозримом будущем обеспечить экологическую безопасность и экономическую эффективность хранения можно с помощью технологии хранения информации на магнитных лентах.

По данным экспертов, в 2019 году 60 % всех данных были «холодными», т.е. редко востребованными, но всё ещё очень важными. Полный переход на ленточные накопители (LTO) для таких данных позволит снизить не только выбросы CO₂, но и улучшить экономические показатели. По некоторым оценкам, при переходе на LTO мировые выбросы углекислого газа, связанные с накопителями, снизятся на 58 % или на 79 млн т.

Источник изображения: Brad Johns Consulting

Потребность в накопителях только растёт, и уже в 2025 году, по данным IDC, придётся хранить 17 Збайт данных. Как выяснили IDC совместно с Seagate, в 2021 году 62 % данных хранились на HDD, 9 % на SSD и 15 % — на LTO. Хотя HDD объективно удобнее и значительно быстрее LTO, средний срок эксплуатации жёстких дисков составляет всего 5 лет, в течение которых генерируется эквивалент 2,55 кг CO₂ на 1 Тбайт ежегодно. Для ленточных хранилищ этот показатель составляет всего 0,07 кг/год.

При переходе на LTO снизятся и объёмы электронных отходов. Если HDD в среднем работают 5 лет, то ленточные накопители — 10; поэтому их придётся менять вдвое реже. Например, если ЦОД хранит 100 Пбайт данных в течение 10 лет, то использование HDD приведёт к появлению 7,4 т электронных отходов. Если 60 % информации перенести на ленты, отходов станет меньше на 51 % — 3,6 т. Таким образом, по ряду параметров ленточные накопители будут предпочтительнее HDD ещё минимум десятилетие.

Источник изображения: Brad Johns Consulting

Финансовая выгода такого подхода тоже очевидна. По оценкам Fujifilm, хранение 100 Пбайт обойдётся в $17 707 468, тогда как при переносе 60 % данных на ленты стоимость хранения снизится до $9 476 339. И если крупные операторы активно закупают LTO, то для многих других верная оценка того, какие именно данные являются «холодными», является непростой и дорогой задачей — это одна из причин медленного отказа от HDD в пользу ленточных решений в малых ЦОД.

Тем не менее, будущее ленточных накопителей остаётся под вопросом. Хотя у них пока имеется конкурентное преимущество перед жёсткими дисками, уже ведутся разработки накопителей нового типа. Впрочем, технологии LTO тоже не стоят на месте. Так, в начале года Western Digital предложила новый тип накопителей — высокоинтегрированный LTO-картридж в корпусе HDD.

Комиссия по коммунальным службам штата Мэриленд заблокировала использование дизель-генераторов для резервного питания дата-центров компанией Aligned. Как сообщает DataCenter Dynamics, штат предложил щедрые налоговые льготы для того, чтобы переманить операторов ЦОД, стремящихся обосноваться в «долине дата-центров» в соседней Вирджинии.

Первой компанией, выразившей готовность приобрести место в новом 2-ГВт кампусе Quantum Loophole, стала Aligned. При этом она подала заявку на установку 168 резервных дизельных генераторов мощностью 3 МВт каждый. Хотя заявка противоречит местным законам о защите окружающей среды, представители властей штата предложили сделать исключение для компании из соображений «общественного удобства и необходимости». Впрочем, комиссия не сочли подобные доводы убедительными — использование дизель-генераторов в 2023 году посчитали неприемлемым и посоветовали компании предложить вариант получше.

В самой Aligned рассчитывали получить исключения для каждого генератора по отдельности, но представители регулятора уверены, что фактически речь идёт об использовании одной 504-МВт дизельной электростанции, поскольку в случае чрезвычайной ситуации всё равно придётся включать все резервные генераторы одновременно. При этом в коммиссии задались вопросом, почему в Техасе Aligned несколько лет назад сумела установить альтернативную систему резервного питания, похваставшись тем, что она обеспечивает всего ⅒ от выброса традиционных генераторов, а в Мэриленде — не может.

Источник изображения: Aligned

Многие компании уже используют альтернативные решения, например, на водородном топливе, которые уже протестировала Microsoft. Впрочем, в Ирландии копрпорации разрешили построить полноценную ТЭС на природном газе. В Aligned утверждают, что для столь масштабного проекта такие системы не подходят, поскольку топливные ячейки или газовые турбины не могут заработать так же быстро, как дизельные генераторы — на то, чтобы переключиться с питания от ИБП на генератор, обычно имеется меньше минуты.

Дизельные источники электропитания в штате должны получать сертификат CPCN, который легко дают владельцами небольших индивидуальных генераторов. Aligned рассчитывала на исключение, но в комиссии предписали последовательно пройти весь процесс сертификации для каждого из 168 генераторов. Формально отказа властей нет, но одна только подача заявки стоит $10 тыс., а на её рассмотрение уходит 9–12 месяцев без гарантии одобрения. Как заявил один из членов комиссии, в новой реальности уже нельзя просто прийти за разрешением на использование 504-МВт генератора и тут же получить одобрение.

Сингапурское подразделение оператора Digital Realty применило электролиз для очистки воды в дата-центре SIN10. Как сообщает DataCenter Dynamics, специальные DCI-модули сингапурской компании Innovative Polymers позволяют ЦОД экономить более 1 тыс. м³ ежемесячно. Системы DCI (DeCaIon) используют ток для генерации ионов, что ведёт к выпадению в осадок соединений кальция и магния. Считается, что такая система значительно экономичнее, чем очистка с помощью химикатов.

DCI-модули уже довольно широко используются, например, в системах кондиционирования медучреждений. Что касается ЦОД, в них подобная система применяется впервые. DCI-модуль, позволяющий трижды прогнать воду по контурам до её сброса в канализацию, стоит около $25 тыс., потребляет порядка 700 кВт·ч в год и способен обслуживать охлаждающую инфраструктуру ЦОД мощностью примерно 1–1,3 МВт. Важным преимуществом системы является и то, что она избавляет контуры охлаждения от появления в них отложений солей — в результате улучшается теплообмен и энергосбережение.

Фото: Innovative Polymers

Для SIN10 требуется примерно 20–25 модулей, так что внедрение технологии только в этом дата-центре стоит порядка $500 тыс. Впрочем, проект частично финансируется из фондов правительства Сингапура. В Digital Realty заявляют, что DCI-система позволяет экономить до 1,24 млн л ежемесячно. А в целом компании удалось снизить потребление воды с 2020 года на 7 %. Впрочем, теперь перед ней стоит сложная задача сохранения водного баланса, поскольку она готовит площадки для инфраструктуры генеративного ИИ, которая намного более требовательна и к электропитанию, и к охлаждению.

Источник изображения: Innovative Polymers

Проблема водопотребления ЦОД имеет критическое значение. Ещё в 2021 году сообщалось, что они потребляют сотни миллионов кубометров питьевой воды, но сколько именно — никто достоверно не знает. Операторы активно работают над сокращением потребления этого ценного ресурса. Например, в том же году сообщалось, что Microsoft объявила о намерении использовать дождевую воду в Нидерландах из-за протестов местных жителей, а буквально в прошлом месяце лондонская Thames Water потребовала от местных ЦОД сократить расход воды.

Но проблемам с водоснабжением сопутствуют и проблемы водоотведения. Так, Microsoft в одном из последних ЦОД была вынуждена поменять подход к охлаждению из-за того, что местная канализация попросту не справляется с потоками сточных вод от дата-центров. А несколько лет назад компанию почти что вынудили построить выделенную станцию очистки сточных вод её ЦОД. Тогда же Microsoft вместе с рядом других гиперскейлеров пообещала стать «водно-положительной» к 2030 году.

Компания Princeton Digital Group (PDG) последовательно расширяет снабжение своих ЦОД энергией из экобезопасных возобновляемых источников. Как сообщает DataCenter Dynamics, на этот раз она намерена использовать для 30-МВт дата-центра в индонезийском Сибитунге электричество, вырабатываемое за счёт переработки биотоплива энергоблоками PT Cikarang Listrindo Tbk (CL). Новый «зелёный» источник покроет 20 % потребностей дата-центра в энергии. Правда, есть несколько нюансов.

Дело в том, что электростанция CL имеет два блока мощностью 140 МВт, которые работают преимущественно на угле и лишь частично получение энергии происходит за счёт переработки биомассы. Более того, сразу три электростанции CL передают энергию на единую распределительную платформу, которая питает несколько индустриальных площадок, так что отделить «зелёное» электричество от «грязного» затруднительно. Для CL это первый ЦОД, с которым сотрудничает компания.

Источник изображения: Afif Ramdhasuma/unsplash.com

По словам PDG Indonesia, новое сотрудничество служит общим национальным целям декарбонизации Индонезии. PDG намерена и далее развивать экобезопасную инфраструктуру в стране. Ранее компания уже заключила несколько соглашений о поставке «зелёной» энергии для своих ЦОД, в том числе получаемой из геотермальных источников Индонезии. Речь шла о покупке у государственной PLN сертификатов возобновляемой энергии (REC).

Швейцарская Energy Vault (EV) сообщила об окончании строительства в китайской провинции Цзянсу гравитационного аккумулятора, который поможет накапливать энергию от ветряных электростанций. По данным DataCenter Dynamics, система, которая способна хранить до 100 МВт·ч и отдавать до 25 МВт электроэнергии, будет ведена в эксплуатацию уже в 2023 году. На очереди ещё одна система, которая будет задействована для питания ЦОД.

В компании утверждают, что речь идёт о первом в мире коммерческом гравитационном энергохранилище, принцип работы которого схож с довольно распространёнными гидроаккумулирующими электростанциями, которые тоже работают за счёт гравитации. Решение Energy Vault работает с использованием 24-тонных бетонных блоков — благодаря их подъёму накапливается кинетическая энергия, а спуску — высвобождается, что особенно удобно для солнечных и ветряных электростанций.

Источник изображения: Energy Vault

Скептики неоднократно выражали сомнения относительно практичности и экологичности таких аккумуляторов, поскольку энергии запасают они немного, а при производстве бетона и стали высок уровень выбросов. Впрочем, в самой Energy Vault заявляют, что многие из проблем компании удалось решить. Например, вместо бетона используется материал на основе переработанного пепла и других отходов.

Загрузка блоков (запасание энергии) у подобных гравитационных аккумуляторов может продолжаться от 2 до 12 часов и более в зависимости от задач и источников. Вводимая в эксплуатацию система в провинции Цзянсу недалеко от Шанхая будет работать в течение 4 часов. По имеющимся данным, система способна вернуть порядка 75–80 % накапливаемой энергии.

Монтировать конструкцию начали ещё в марте 2022 года совместно с Atlas Renewable и China Tianying (CNTY) и теперь, согласно официальным данным, она достигла «первой фазы ввода в эксплуатацию». В планах компании — строительство гравитационных аккумуляторах во всех регионах мира. В частности, уже идёт речь об аккумуляторе ёмкостью 100 МВт·ч в китайской провинции Хэбэй, который будет использован для питания местных ЦОД.

Компания Google опубликовала ежегодный доклад Environmental Report о влиянии своего бизнеса на окружающую среду, а также о том, как ИИ в её облачных сервисах используется для минимизации экологического ущерба. Хотя ИИ помогает решить некоторые задачи, как сообщает The Register, его применение имеет и негативные последствия, да и в целом показатели экоустойчивости Google весьма неоднозначные.

Доклад Google по итогам 2022 года, в частности, рассказывает о том, в какой мере ИИ помогает клиентам компании снизить ущерб окружающей среде, оптимизируя работу облачных сервисов, и о достижениях самой компании, связанных с использованием безуглеродной энергии, отчётность по которой теперь учитывает работу офисов и сторонних дата-центров.

Источник изображения: Marcin Jozwiak/unsplash.com

Например, применяемый в Google Maps ИИ оптимизирует маршрута, снижая уровень потребления топлива или расход заряда тяговых АКБ. Эта функция позволила с момента запуска предотвратить углеродный выброс объёмом 1,2 млн тонн — столько за год генерируют 250 тыс. машин с ДВС. А термостаты Nest за 10 лет избавили от планету от 36 млн тонн выбросов. Впрочем, несмотря на декларируемые цели, доля «безуглеродной» энергии в потреблении компании снизилась в 2022 году с 66 до 64 %, а выбросы парниковых газов уровня Scope 2 выросли на 37 %.

При этом ИИ помог снизить негативный эффект от использования самих ИИ-моделей, оптимизировав нагрузки в ЦОД. В Google утверждают, что сделали свои дата-центры одними из самых эффективных в мире. Заодно Google помогает клиентам принимать решения для снижения выбросов и устранения климатических рисков. Так, функция Active Assist в Google Cloud использует машинное обучение для выявления потенциально бесполезных нагрузок, благодаря чему можно не только сократить углеродный выброс, но и сэкономить деньги.

Есть и значимые недостатки использования ИИ. Рост масштабов использования ИИ сам по себе ведёт к росту энергопотребления, увеличению углеродного выброса, а также объёма задач, которые необходимо выполнять в ЦОД. Впрочем, по данным Google, использование проверенных технологий позволило компании снизить расход энергии на тренировку моделей до 100 раз и выбросы — до 1000 раз. В дальнейшем компания планирует повысить эффективность этих методов.

Источник изображения: Guillaume de Germain/unsplash.com

Речь в докладе идёт и о других темах — в частности, компания сообщает, что к концу 2022 года её проекты помогли «восстановить» чуть больше 1 млн м³ воды. Всего Google потребила 21,2 млн м³. В будущем она намерена компенсировать 120 % от использованной пресной воды. Впрочем, пока результаты не впечатляют, поскольку «безвозвратное» потребление воды выросло в 2022 году на 22 % год к году. Ранее выяснилось, что только на один ЦОД Google в Орегоне приходится четверть объёма потребления питьевой воды американского городка.

Все выбросы Scope 1, 2 и 3 составили более 11 млн тонн в 2021 году и более 10 млн тонн в 2022. Для достижения нулевого выброса Google намерена покупать «углеродные кредиты» и ограничить доступными средствами выбросы Scope 3, за которые отвечают партнёры компании. Впрочем, как отмечает The Register, при расчёте ограничений выбросов Scope 3 компания учитывает далеко не все категории, какие следовало бы.

Согласно докладу компании CBRE, представляющей услуги на рынке коммерческой недвижимости, несмотря на постоянный рост спроса на новые ЦОД, рост рынка значительно ограничен. Как сообщает Network World, это связано с тем, что строительство развивается в ограниченном числе регионов, где уже не хватает электроэнергии для новых объектов.

Традиционным мировым рекордсменом является Северная Вирджиния, где общая мощность ЦОД в регионе составляет 2132 МВт. Рынок вырос именно здесь как из-за относительной близости федеральных властей США, так и из-за того, что неподалёку находятся посадочные станции транслатлантических кабелей, что обеспечивает ЦОД низкую задержку при передаче данных. Кроме того, местные законы и регуляции привлекают операторов ЦОД. Тем не менее, регион постепенно теряет привлекательность, как из-за ограниченных возможностей поставок энергии, так и в связи с активным противодействием местного населения, недовольного появлением многочисленных ЦОД.

Одним из самых популярных в Северной Америке также является регион Даллас/Форт-Уэрт, в котором только на этапе строительства находятся мощности на 323,9 МВт. В прошлом году активность арендаторов здесь выросла на 850 % в сравнении с обычным уровнем, а общий запас мощностей год к году увеличился на 17 %. В результате регион обошёл Кремниевую долину на рынке колокейшн-ЦОД, заняв второе место в национальном рейтинге США после Северной Вирджинии.

Источник изображения: Fré Sonneveld/unsplash.com

Нехватка энергии характерна и для других регионов компактного размещения ЦОД — Сингапура, Франкфурта и Токио. Осложняют ситуацию требования регуляторов по обеспечению экоустойчивости новых проектов и использованию возобновляемой энергии, которая намного менее доступна, чем обычное электричество. При этом новые чипы Intel, AMD и NVIDIA потребляют большое количество энергии, усугубляя кризис.

Недостаток ЦОД ведёт к дефициту мощностей для их клиентов. По данным CBRE, в мире доступны только до 2 % от общей энергоёмкости ЦОД, что, в свою очередь, ведёт и к росту цен. Так, в Сингапуре аренда мощностей на 250–500 кВт стоит от $300 до $400, а в самом «дешёвом» регионе — Чикаго за такую же мощность необходимо будет отдать $115–$125. При этом доступность энергии в Чикаго одна из лучших, на уровне 6,7 % (годом ранее она была на уровне 8,2 %).

В CBRE пришли к выводу, что росту спроса способствует развитие ИИ-технологий. В числе прочего это содействует и внедрению инновационных решений для ЦОД, позволяющих обеспечить необходимую мощность клиентам, нацеленным на выполнение ресурсоёмких задач. Хотя в докладе напрямую это не упоминается, весьма вероятно, что инновации в первую очередь касаются систем жидкостного охлаждения, поскольку нагрузки, связанные с ИИ, требуют чрезвычайно интенсивного охлаждения для сохранения работоспособности оборудования — такого не могут обеспечить воздушные системы.

Компания Thames Water, являющаяся крупнейшей коммунальной службой в Великобритании и занимающаяся водоснабжением и водоотведением для 15 млн человек, выдвинула ультиматум операторам некоторых ЦОД. Как сообщает The Register, им предложено сократить расход воды самостоятельно, или это будет сделано в принудительном порядке. Также не исключается повышение цен в периоды пиковых нагрузок.

В прошлом году Thames Water оценила использование воды дата-центрами в зоне обслуживания компании, включающей как большую часть британской столицы, так и долину Темзы на юге Англии. В дальнейшем планировалось снизить использование воды, координируя действия с ЦОД — страна как раз переживала необычайную жару, из-за которой пострадали и сами дата-центры.

Фото: Kevin Grieve / Unsplash

Теперь, похоже, компания готова прибегнуть и к мерам принуждения, в частности, ограничивать в случае необходимости подачу воды тем, кто расходует её слишком много, или взимать больше в периоды пикового спроса. В июле прошлого года сложилась критическая ситуация — из-за рекордной жары внешние модули систем кондиционирования британских ЦОД буквально приходилось обрызгивать водой из шлангов во избежание перегрева.

По имеющимся данным, рассматривается ограничение подачи воды как минимум одному лондонскому оператору ЦОД в периоды пикового потребления — подобные меры необходимы во время летней жары уже нынешнего года на фоне роста потребностей в воде со стороны бизнесов и граждан. Пока неизвестно, рассматривается ли подобная политика в качестве временной меры или ограничения могут ввести навсегда. Также не сообщается, будут ли ограничения тотальными или станут применяться только в районах компактного размещения кластеров ЦОД.

Фото: Benjamin Davies / Unsplash

Конечно, в Thames Water утверждают, что предпочли бы добровольное ограничение потребления операторами прежде чем вводить репрессивные меры. ЦОД, например, могли бы изучить возможность переработки и использования сточных вод непосредственно по месту потребления. В Thames Water заявили, что компания также поощряет использование дата-центрами альтернативных источников воды. К счастью, не все ЦОД полагаются на пресную воду, но те, что прибегают к ней, часто тратят порядка 4–19 тыс. м³ ежедневно.

Впрочем, это не единственная проблема коммунальных компаний в Англии. В этом году их активно критикуют за сброс неочищенных сточных вод в реки и даже прибрежные морские воды. Кроме того, службы не успевают ремонтировать стареющую инфраструктуру. Из-за этого Thames Water теряет больше любой компании такого профиля в Великобритании — по данным BBC, ежедневно она допускает утечку более 600 тыс. м³, что уже привело к смене её руководства в прошлом месяце.

Занимающаяся майнингом биткоинов компания CryptoBlox Technologies потратила $11 млн на покупку бизнеса Redwater, специализирующегося на системах воздушного охлаждения и тепловой рекуперации. По данным DataCenter Dynamics, новый актив позволит CryptoBlox снизить эксплуатационные расходы при майнинге, увеличив энергоэффективность её площадок. Кроме того, скоро в Канаде будет запущен майнинговый объект, работающий на попутном газе.

Сделка по покупке состоится в два этапа. В обмен на все акции Redwater, компания CryptoBlox выпустит 220 млн собственных ценных бумаг для нынешних акционеров Redwater, по $0,05 каждая. Немедленно после завершения сделки компания распределит 118,2 млн акций, а остальное акционеры получат, когда купленная компания достигнет обещанных перед продажей показателей.

Одновременно CryptoBlox получила право построить в канадской провинции Альберта объект для майнинга криптовалюты на территории, принадлежащей нефте- и газодобывающей компании, управлением активами которой занимается True North Data Systems (TNDS). На первом этапе будет построен объект, включающий как собственно ферму, так и электростанцию, способную генерировать 0,5–1 МВт (в перспективе 3+ МВт) за счёт сжигания «факельного» газа. Договор с TNDS позволит CryptoBlox получать электроэнергию по цене $0,015/кВт·ч, что на 90 % меньше среднерыночной в регионе.

Источник изображения: Kanchanara/unsplash.com

Ранее в этом году CryptoBlox купила за $20 млн компанию CryptoTherm, специализирующуюся на разработке и строительстве контейнерных ЦОД с жидкостным охлаждением. Предполагалось, что ещё на этом этапе были обозначены планы заняться майнингом с питанием от попутного газа всё в той же Альберте, где над аналогичными проектами также работают Hut 8 Mining, Modern Mining и Bitfarms — местные власти создают им для этого благоприятные условия.

Американская компания GoDaddy, занимающаяся регистрацией доменных имён и веб-хостингом, с 2019 года покинула 29 дата-центров в попытке консолидировать мощности на меньшем числе площадок. Как сообщает DataCenter Dynamics, во многом это вызвано стремлением снизить углеродные выбросы уровней Scope 1 и Scope 2.

В сравнении с 2019 годом GoDaddy планирует снизить выбросы парниковых газов (GHG) уровней Scope 1 и 2 на 50 % к 2025 году. При этом в компании признали, что основным источником таких выбросов являются дата-центры, поэтому она приняла меры для снижения энергопотребления и «углеродного следа» от их работы. Одной из мер стало увеличение плотности размещения нагрузок и перенос их на более крупные площадки, а также уход из 29 ЦОД — как тех, где компания выступала самостоятельным оператором, так и тех, где она была колокейшн-клиентом.

Источник изображения: GoDaddy

Как сообщили в GoDaddy, сейчас основные выбросы приходятся на её ЦОД в Финиксе (США) площадью более 29 тыс. м², открытом в 2006 году. Также компания арендует мощности во Франции, Германии и Великобритании. Согласно докладу компании, посвящённому обеспечению экоустойчивости в 2022 году, эксплуатируемые ею ЦОД в Европе используют 100 % возобновляемой энергии с 2019 года, а объект во Франции применяет ещё и охлаждение с помощью грунтовых вод, что существенно снижает энергопотребление.

Впрочем, сведения несколько расходятся с имеющимся докладом, поданным Комиссии по ценным бумагам и биржам (SEC) — в нём сообщается, что GoDaddy пользуется и колокейшн-сервисами в разных штатах США, прежде всего — в Вирджинии, а также в Нидерландах и Сингапуре. Договоры с этими ЦОД истекут только к 2033 году. В том же докладе упоминается, что GoDaddy находится в процессе перевода части нагрузок в облака, в том числе в AWS.

Принимаемые GoDaddy меры позволили снизить с 2019 года вредные выбросы Scope 1 и 2 на 35 % до 33 621 млн т (GHG). При этом чрезвычайно важна роль выбросов Scope 3, лишь косвенно связанных с деятельностью компании и приходящихся на её партнёров. Вместе выбросы Scope 1,2 и 3 составляют 175 846 млн т в эквиваленте CO₂. Из выбросов Scope 3 более 60 % приходятся на косвенные следствия покупок GoDaddy товаров и сервисов.