Дата-центры и засуха
Середина лета — обычно самое жаркое время года для Юго-Запада США. Это делает ещё более возможным побить рекордно высокие месячные температуры. С жарой усиливается засуха и усиливаются лесные пожары. Уровень воды в ключевых водохранилищах, таких как озеро Мид, который уже находится на рекордно низком уровне, будет продолжать падать. Порывистый ветер и низкая влажность разожгут существующие крупные лесные пожары в Калифорнии, Аризоне, Юте и Нью-Мексико. В данный момент системы электроснабжения в Калифорнии и Техасе на грани коллапса. Поставщики электричества обратились к населению с просьбой экономно расходовать энергию и реже включать кондиционеры.
А сообщества, страдающие от засухи, сопротивляются центрам обработки данных. В то время как города, испытывающие нехватку средств, приветствуют Big Tech для строительства сотен дата-центров за миллионы долларов на своих «задних дворах», критики ставят под сомнение экологические издержки. Несмотря на то, что многие отрасли сделали большие шаги в сокращении потребления электроэнергии и выбросов углекислого газа, они отстают в эффективности использования воды. Хотя ЦОД не используют столько воды, как другие отрасли, они по-прежнему истощают воду в засушливых районах, и это вызывает беспокойство.
Рабочие места vs вода
Городской совет городаМеса, штат Аризона, одобрил строительство огромного центра обработки данных (принадлежащей Facebook) стоимостью 800 миллионов долларов. В предлагаемом дата-центре будут работать 150 человек в трёх зданиях и будут платить городу миллионы долларов налога. Но для защиты от перегрева рядов мощных компьютеров в центре обработки данных (ЦОД) потребуется до 1,25 миллиона галлонов (1 галлон равен примерно 4 литрам) воды каждый день, что, по мнению вице-мэра Месы, является слишком высокой ценой: «Последние 12 месяцев были самыми засушливыми за 126 лет. У нас красная тревога, и я считаю, что центры обработки данных безответственно используют нашу воду».
Как правило, расположение ЦОД зависит от близости к клиентам и инфраструктуре, стоимости земли, налоговых льгот, предлагаемых местными органами власти, и доступа к недорогой электроэнергии.
Остается только догадываться, в какой степени экологические соображения учитываются при принятии решений.
Согласно Data Center Map, в США имеются не менее 1800 колокационных ЦОД, складов, заполненных серверным оборудованием различных небольших компаний. Как правило, они меньше «гипермасштабируемых» дата-центров, но, как показали исследования, более ресурсозатратны, поскольку поддерживают различные компьютерные системы, работающие с разным уровнем эффективности.
Рост отрасли не показывает признаков замедления. Исследовательская компания Gartner прогнозирует, что в этом году расходы на глобальную инфраструктуру ЦОД достигнут 200 миллиардов долларов, что на 6% больше, чем в 2020 году, а затем на 3–4% ежегодно в течение следующих трёх лет. Этот рост происходит в период рекордных температур и засухи в Соединенных Штатах, особенно на Западе.
Всем ЦОД требуется технология охлаждения: либо системы кондиционирования воздуха в компьютерных залах — большие блоки, охлаждающие воздух с помощью воды или хладагента — либо испарительное охлаждение. Испарительное охлаждение требует намного меньше электроэнергии, но больше воды. Поскольку вода дешевле электричества, выбирают более водоемкий подход.
Типичный ЦОД использует около 1–2 миллиона галлонов воды в день — столько же воды, сколько потребляет город на 50 000 жителей.
Система охлаждения ЦОД Aplle в Аризоне
В последние годы напряженность по поводу использования воды центрами обработки данных обострилась в сообществах по всей территории Соединенных Штатов. В 2017 году природоохранные организации в Южной Каролине раскритиковали Google за его запрос на использование 1,5 миллиона галлонов воды в день из истощенного водоема для охлаждения его расширяющегося ЦОД в Гус-Крик. Этому предприятию уже требовалось 4 миллиона галлонов водопроводной воды каждый день, и жители и природоохранные организации были обеспокоены влиянием компании на истощение запасов грунтовых вод. После двухлетней борьбы с Лигой охраны прибрежных районов Южной Каролины за эти планы Google достигла соглашения об использовании только грунтовых вод в ограниченных условиях, например, во время ремонтных работ или в качестве резервного источника в более засушливые месяцы, и вместо этого платить за альтернативный источник поверхностных вод из системы водоснабжения Чарльстона.
Ключевой проблемой является несоответствие между планами экономического развития городов и их усилиями по сохранению ресурсов. Часто обещание привлечь известную технологическую компанию для строительства ЦОД стоимостью в миллиард долларов, который принесёт рабочие места и инвестиции в регион, перевешивает опасения по поводу водоснабжения.
Города не хотят сообщать технологическим компаниям, что те не могут приехать в их город из-за нехватки воды. Они хотят сохранить имидж, что являются отличным местом для инвестиций и открытия бизнеса. А проблем с водой стараются умалчивать.
По данным Бюро мелиорации, Федерального агентства по управлению водными ресурсами, запасы поверхностных вод, которые Аризона использует из озера Мид, крупнейшего водохранилища Америки, и реки Колорадо, которая его питает, уже сократились до самого низкого уровня за всю историю. Уровень воды настолько низок, что федеральные ограничения, вероятно, будут введены в действие в Аризоне за водораспределение из водохранилища, что может произойти в начале 2022 года. Шесть других штатов на Западе также могут столкнуться с такими ограничениями.
«Облака» без воды
Технологические компании Кремниевой долины, доминирующие на рынке гипермасштабируемых ЦОД — Amazon, Google и Microsoft — осознают риски для бизнеса и репутации, связанные с «жаждой» этих самых ЦОД. Все они добились определенного прогресса в сокращении водного следа за счёт инновационных стратегий охлаждения. К ним относятся естественное воздушное охлаждение, при котором для охлаждения помещения используется свежий наружный воздух, и иммерсионное охлаждение, при котором серверы погружаются в диэлектрическую теплопроводную жидкостью. В качестве жидкости в основном используется непроводящее минеральное масло, так как оно не выводит из строя электронику. Однако естественное охлаждение работает только в более прохладном климате, а иммерсионное охлаждение впервые было использовано Microsoft в коммерческих целях в апреле.
Некоторые компании, в том числе Microsoft, разработали подводные или частично погруженные в воду ЦОД.
Переход на новые технологии может быть чрезвычайно дорогостоящим, и операторы ЦОД с большей вероятностью будут ждать окончания жизненного цикла существующего оборудования, чем модернизировать системы охлаждения.
Всплеск использования облачных сервисов с интенсивным использованием данных (видеоконференцсвязи, сайты потокового видео, онлайн-игры), особенно когда люди помещены в карантин во время пандемии, увеличил спрос на вычислительные мощности, предлагаемые центрами обработки данных во всем мире. А это означает, что каждый день крупнейшие технологические компании Америки, включая Amazon, Microsoft и Google, строят всё больше центров обработки данных. По данным Synergy Research Group, к концу 2020 года во всём мире насчитывалось около 600 крупных центров обработки данных. Это вдвое больше, чем в 2015 году. Почти 40% из них находятся в Соединенных Штатах, а Amazon, Google и Microsoft составляют более половины от общего числа. Следующими по популярности являются Китай, Япония, Германия, Великобритания и Австралия, на которые в совокупности приходится еще 29% от общего числа. За последние четыре квартала новые ЦОД были открыты в 17 различных странах, при этом наибольшее количество добавлений было в США, Южной Корее, Китае, Канаде, ОАЭ, Индонезии, Италии и Южной Африке.
Исследование основано на анализе площади центров обработки данных 20 крупнейших мировых компаний, предоставляющих облачные и интернет-услуги, включая крупнейших операторов SaaS, IaaS, PaaS, поиска, социальных сетей, электронной коммерции и игр. Компании с самым широким охватом центров обработки данных — это ведущие облачные провайдеры — Amazon, Microsoft, Google, IBM, Oracle и Alibaba. У каждого из них 60 или более центров обработки данных, по крайней мере, по три в Северной Америке, Азиатско-Тихоокеанском регионе, Европе и Ближнем Востоке, Африке/Латинской Америке. У остальных компаний центры обработки данных, как правило, сосредоточены в основном либо в США (Apple, Facebook, Twitter, eBay), либо в Китае (Tencent, Baidu, JD.com).
За последние восемь кварталов заработали 111 новых гипермасштабируемых ЦОД. Это свидетельство продолжающегося устойчивого роста цифровых услуг, которые стимулируют эти инвестиции, особенно облачных вычислений, SaaS, электронной коммерции, игр и видеоуслуг. Помимо 600 действующих центров обработки данных, есть еще 219, которые находятся на различных этапах планирования или строительства, что действительно является хорошей новостью для поставщиков оборудования для ЦОД.
ЦОД в пустные Невада
В 2018 году глобальная потребность центров обработки данных в электроэнергии составила 205 ТВтч, что составляет 1% от общего мирового спроса на электроэнергию. В 2014 году 1,8% потребления электроэнергии в США приходилось на ЦОД, что эквивалентно потреблению электроэнергии в Нью-Джерси. Предыдущие исследования показали, что удельная мощность традиционных ЦОД на площадь этажа почти в 15–100 раз выше, чем у типичных коммерческих зданий, а плотность мощности ЦОД увеличилась с распространением рабочих нагрузок, требующих большого объёма вычислений. Хотя объём вычислительных рабочих нагрузок ЦОД увеличился почти на 550% в период с 2010 по 2018 год, потребление электроэнергии ЦОД выросло только на 6% из-за значительного повышения энергоэффективности и плотности накопителей во всей отрасли. Однако неясно, могут ли повышения энергоэффективности по-прежнему компенсировать потребность ЦОД в энергии, поскольку ожидается, что отрасль продолжит быстрое расширение в течение следующего десятилетия. Ожидается, что к 2025 году объём данных, создаваемых и хранимых во всём мире, достигнет 175 зеттабайт, что в шесть раз больше, чем в 2018 году.
В ближайшие годы спрос, скорее всего, вырастет с внедрением новых технологий, таких как искусственный интеллект, интеллектуальное управление энергопотреблением и производство, а также беспилотные автомобили.
Пути решения
Индустрия ЦОД может инвестировать в солнечную и ветровую энергию. Приобретение сертификатов на возобновляемые источники энергии у поставщиков электроэнергии не обязательно снизит водный или углеродный след ЦОД. Однако эти инвестиции постепенно переведут электросеть в сторону возобновляемых источников энергии, тем самым снижая общее воздействие на окружающую среду для всех потребителей энергии.
Стратегическое размещение новых ЦОД может значительно снизить их воздействие на окружающую среду. Климатические факторы могут сделать некоторые районы более благоприятными из-за более низких температур окружающей среды, тем самым снижая требования к охлаждению. Более низкие требования к охлаждению сокращают как прямое, так и косвенное потребление воды, а также выбросы парниковых газов, связанные с работой ЦОД. Поскольку большинство ЦОД удовлетворяют свои потребности в электроэнергии из сети, состав электростанций, поставляющих электроэнергию играет значительную роль в воздействии на окружающую среду.
Например, Google охлаждает свои ЦОД, используя морскую воду в Финляндии, воду из промышленных каналов в Бельгии и переработанные сточные воды в Соединенных Штатах на своем предприятии в округе Дуглас, штат Джорджия.
Система охлаждения ЦОД Google в Финляндии
А к югу от Месы, город Чандлер, штат Аризона, придерживается другого подхода. В 2015 году город принял постановление, ограничивающее развитие новых водоемких предприятий, если они не соответствуют плану экономического развития города. Это эффективно сдерживает предприятия, которые используют много воды, но не создают много рабочих мест, в том числе центры обработки данных, в пользу тех, которые создают тысячи рабочих мест, например, полупроводниковые заводы.
Хотя воды на Земле много — она покрывает 70% поверхности Земли, — 97% этой воды является соленой, находится в наших океанах и не пригодна для питья или использования для сельскохозяйственных культур. Пресная вода в мире неравномерно распределена или доступна, и её непропорционально много в местах, где люди не живут. Человечество ежегодно истощает доступные запасы пресной воды в размере 4,3 триллиона кубометров, большая часть из которых идет на сельскохозяйственные и промышленные нужды.
Сегодня, по данным United Nations Water, более двух миллиардов человек не имеют доступа к безопасной питьевой воде. А изменение климата только усиливает нехватку воды. По оценкам ООН, к 2050 году каждый четвертый человек может проживать в стране, страдающей от хронической нехватки пресной воды.
Большая часть мировых запасов пресной воды разделена на 16 396 бассейнов, каждому из которых была присвоена оценка «базового водного стресса» Институтом мировых ресурсов (WRI), ведущей некоммерческой глобальной исследовательской организацией, занимающейся природными ресурсами. Бассейн считается «сильно нагруженным», если количество забираемой воды превышает 40%. В мире 4717 бассейнов попадают в эту категорию.
На правах рекламы
Воплощайте любые идеи и проекты с помощью наших VDS с мгновенной активацией на Linux или Windows. Сервер готов к работе через минуту после оплаты!
Подписывайтесь на наш чат в Telegram.
