Будущее серверных: баланс между растущим спросом и энергоэффективностью

Несмотря на впечатляющий прогресс в области энергоэффективности, серверные комнаты по-прежнему остаются одними из самых энергоемких элементов современной цифровой инфраструктуры.

Текущее положение дел: растущий спрос и проблемы энергоэффективности

По данным исследования Science, опубликованного в 2022 году, мировые центры обработки данных потребляли порядка 200-400 тераватт-часов электроэнергии в год, что составляет 1-2% от общемирового потребления. Энергопотребление одного серверного стоечного шкафа может достигать 40 кВт.

К примеру, центр обработки данных компании Microsoft в штате Вашингтон занимает площадь в 500 000 квадратных метров и потребляет энергии больше, чем целый город с населением в 200 000 человек.

Основные факторы роста спроса на энергию:

• Увеличение числа и мощности серверов. По прогнозам Cisco, к 2024 году в мире будет насчитываться 20 миллиардов подключенных устройств, генерирующих огромные объемы данных.
• Рост потребностей в вычислительных мощностях и объемах хранения данных для облачных сервисов, больших данных, ИИ и машинного обучения.
• Неэффективность инфраструктуры - устаревшее оборудование, недогруженные серверы, избыточные системы резервного копирования. По оценкам Uptime Institute, в среднем серверы загружены лишь на 6-12% от своей производительности.
• Затраты на охлаждение - до 45% всего энергопотребления ЦОД уходит на системы вентиляции и кондиционирования. При повышении плотности энергопотребление на охлаждение растет.

Таким образом, несмотря на повышение энергоэффективности оборудования, общий спрос продолжает стремительно расти. Это создает сложную задачу для отрасли.

Прогнозы: факторы роста спроса

Прогнозируется, что к 2030 году потребление энергии центрами обработки данных вырастет до 2800 ТВт·ч, что в 4 раза выше уровня 2016 года. Основные тенденции, которые будут определять спрос на энергию в ближайшие 5-10 лет:

• Массовое внедрение 5G сетей, интернета вещей, технологий виртуальной и дополненной реальности.
• Рост популярности ресурсоемких приложений для ИИ и облачного гейминга.
• Развитие технологий блокчейн и криптовалют, требующих значительных вычислительных мощностей.

К примеру, ожидается, что в США спрос на электроэнергию центров обработки данных вырастет на 80% с 2023 по 2030 год, во многом благодаря новым применениям ИИ.

Пути повышения эффективности

Чтобы справиться с растущим спросом, компании внедряют различные технологии и подходы для повышения энергоэффективности центров обработки данных:

• Виртуализация - позволяет запускать множество виртуальных серверов на одном физическом, сокращая количество оборудования.
• Применение наиболее эффективных с точки зрения энергопотребления процессоров (ARM, Graviton2) и компонентов.
• Системы жидкостного охлаждения вместо кондиционирования воздуха для отвода большего количества тепла.
• Оптимизация работы ЦОД с помощью ИИ - автоматическое масштабирование мощностей и балансировка нагрузки между серверами.
• Строительство энергоэффективных ЦОД - использование естественной вентиляции вместо кондиционеров, регулируемое освещение.

"Зеленые" и возобновляемые источники энергии

Все больше компаний переходят на использование возобновляемых источников энергии для питания центров обработки данных - солнечной, ветровой, гидроэнергии.

К примеру, ЦОД компании Apple в штате Невада на 100% обеспечивается за счет возобновляемых источников. ЦОД Amazon Web Services в штате Вирджиния на 86% использует возобновляемую энергию.

По прогнозам, к 2030 году доля "зеленой" энергии в потреблении ЦОД вырастет до 50-70% по сравнению с 33% в 2021 году. Это позволит добиться большей устойчивости и снизить углеродный след отрасли.

Роль регулирования и стандартизации

Ряд регуляторных инициатив стимулируют внедрение энергоэффективных решений в отрасли центров обработки данных:

• Стандарт EU Code of Conduct определяет наилучшие практики энергоменеджмента для европейских ЦОД.
• Дата-центры, соответствующие стандарту Energy Star, могут претендовать на налоговые льготы в США.
• Закон штата Нью-Йорк обязывает ЦОД мощностью более 300 кВт использовать решения для повторного использования отработанного тепла.

Такого рода нормативные акты стимулируют компании к внедрению инновационных решений для снижения экологического ущерба от растущих объемов потребления электроэнергии ЦОД.

Вызовы на пути к устойчивому развитию отрасли

Несмотря на определенные успехи, перед отраслью центров обработки данных стоят серьезные вызовы в плане достижения устойчивого развития:

• Темпы роста производительности серверного оборудования не успевают за ростом спроса на вычислительные мощности
• Высокие первоначальные инвестиции в энергоэффективные решения и инфраструктуру
• Сложности с масштабированием использования возобновляемых источников энергии
• Нехватка стимулов и "зеленых" инициатив со стороны государств во многих странах и регионах

Заключение

Таким образом, несмотря на многочисленные сложности в достижении баланса между производительностью и экологичностью серверных помещений, отрасль движется в правильном направлении. Комбинация технологических, экономических и регуляторных факторов будет стимулировать дальнейшее повышение эффективности и сокращение экологического следа этих критически важных элементов цифровой инфраструктуры.