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(guò)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(zhǎng)，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(kāi)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(hù)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)�這些數(shù)據(jù)中心在能源消耗方面的喧囂程度的擔(dān)憂(yōu)，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(wú)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(lái)自客戶(hù)。

　　Watkins 說(shuō)：“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(lái)自我們數(shù)據(jù)中心的性能信息直接提供給我們的客戶(hù)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(hù)來(lái)說(shuō)都是如此。”

　　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(zhǎng)率增長(zhǎng)，從 2021 年的 360 億美元增長(zhǎng)到 2027 年的 550 億美元。 電源使用效率

　　數(shù)據(jù)中心通過(guò)稱(chēng)為電源使用效率 (PUE) 的測(cè)量來(lái)衡量其能源使用效率�；�本上，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(lái)支持?jǐn)?shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)。

　　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(yíng)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(yíng)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(wàn)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(wàn)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�一直嵌入�?Kao Data 的 DNA 中，該公司在倫敦外圍運(yùn)營(yíng)著三個(gè)站點(diǎn)。

　　Finch說(shuō)：“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(lái)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)。”

　　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(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)支出。

　　Finch說(shuō)：“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。” 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(méi)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(yíng)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(lái)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(wú)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(zhǎng)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(lái)年實(shí)施這項(xiàng)技術(shù)。

　　美國(guó)加州數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商 Equinix 還與其他六家公司合作開(kāi)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(wàn)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(guó)，F(xiàn)inch 認(rèn)為政府需要投資開(kāi)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(wèn)題。

　　他說(shuō)，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(guó)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(guó)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商Virtus僅在其數(shù)據(jù)中心使用太陽(yáng)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(mǎn)足該需求。例如，Virtus 正在探索與其能源供應(yīng)商簽署購(gòu)電協(xié)議 (PPA)，保證從該公司購(gòu)買(mǎi)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(guò)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(yíng)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(yíng)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(lái)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(zhuān)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)提供通風(fēng)路徑。 高密度計(jì)算

　　老式、耗能的空調(diào)過(guò)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(kāi)發(fā)商正在開(kāi)發(fā)更好的 CPU 以滿(mǎn)足 AI 的密集計(jì)算需求。但這意味著需要越來(lái)越多的高密度熱密集型機(jī)架來(lái)滿(mǎn)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(xún)公司 Gartner 稱(chēng)，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�直接冷卻熱源(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(hù)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(guò)安裝無(wú)線(xiàn)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(lái)自傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)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(guó)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(chēng)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。” 熱回收

　　更強(qiáng)大、更密集的計(jì)算機(jī)意味著更多的熱量。“你無(wú)法擊敗物理學(xué)，”Virtus 的解決方案總監(jiān)大衛(wèi)沃特金斯說(shuō)。“無(wú)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。”

　　正如我們所見(jiàn)，最新一代的高密度計(jì)算機(jī)使用冷水而不是空調(diào)來(lái)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(lái)，為當(dāng)?shù)氐挠斡境毓┡�或�(yàn)閷W(xué)校供暖，等等這在斯堪的納維亞很常見(jiàn)。

　　Equinix 在法國(guó)巴黎規(guī)劃的PA10 數(shù)據(jù)中心希望將客戶(hù)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(yú)，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(kāi)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(shuō)：“我們希望看到開(kāi)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。”

　　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(chēng)數(shù)據(jù)中心在地球升溫的同時(shí)努力開(kāi)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(shuō)：“人們可能沒(méi)有意識(shí)到，每次他們使用手機(jī)訪(fǎng)問(wèn) 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�的關(guān)系，并且對(duì)話(huà)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(shuō)：“只要看看這個(gè)行業(yè)在過(guò)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。”

　　本文作者：Tim Adler