Годовое энергопотребление китайских центров обработки данных превысило мощность плотины «Три ущелья»
В компьютерной индустрии распространена поговорка: если есть компьютер, будут и убытки! Соответствующие расчетные данные показывают, что, когда вы берете телефон и ищете в поисковике ответ на свой вопрос, потребляемая мощность позволила бы 8-ваттной лампочке гореть в течение одного часа.
Для поиска, требующего функционирования десятков тысяч компьютеров для обеспечения вычислительной поддержки, существует организация, которая может обеспечить работу такого количества компьютеров одновременно. Это китайский центр обработки данных (ЦОД).
В Китае сегодня проживают сотни миллионов интернет-пользователей, и это число постоянно увеличивается. Когда они одновременно осуществляют различные сетевые действия, какую же нагрузку приходится выдерживать центру обработки данных и какую мощность он потребляет?
На этот вопрос ответил Лу Тяньтянь, генеральный секретарь Комитета по энергосберегающим технологиям Центров обработки данных Китая, указав в интервью, что годовое энергопотребление китайских дата-центров ещё в 2016 году составляло 120 миллиардов киловатт-часов.
Стоит отметить, что плотина «Три ущелья», как крупнейшая электростанция в КНР, в тот год вырабатывала около 100 миллиардов киловатт электроэнергии. В 2022 году энергопотребление превысило годовую мощность этой плотины по выработке электроэнергии.
Что еще более тревожно, так это то, что с постоянным увеличением числа пользователей интернета и непрерывным увеличением времени работы в онлайн-пространстве энергопотребление центров обработки данных Китая быстро возрастало: к 2018 году ежегодное потребление электроэнергии превысило 160 миллиардов киловатт-часов.
И это энергопотребление даже больше, чем общее потребление энергии Шанхая, города первого уровня в Поднебесной, составляющее 156,7 миллиарда киловатт-часов. За таким энергопотреблением уже не поспевает годовая выработка электроэнергии гидроэлектростанцией «Три ущелья», т. к. это примерно в 2 раза превышает ежегодную выработку электроэнергии этой ГЭС (84,7 миллиарда кВт ч).
Китайские дата-центры демонстрируют быстрый рост потребления электроэнергии. При таких темпах к 2030 году оно превысит 400 миллиардов киловатт-часов.
Система распределения электроэнергии, оборудование и охлаждающее устройство являются крупными потребителями электроэнергии. Основная причина заключается в том, что холодильное оборудование «съедает» слишком много энергии: на его долю приходится более 40% энергопотребления центра обработки данных.
Чтобы судить об уровне энергопотребления дата-центра, вы должны посмотреть на индекс PUE, который представляет собой среднюю эффективность энергопотребления. Это отношение энергопотребления всего оборудования к ИТ-оборудованию. Чем меньше индекс, тем выше уровень энергоэффективности, тем больше оно стремится к 1, что указывает на то, что большая часть потребляемой энергии используется для серверов, хранения данных, сетевого и другого оборудования.
Нетрудно заметить, что если вы хотите снизить энергопотребление центров обработки данных, вам нужно начать с холодильного оборудования. Для ЦОД охлаждение всегда было главным приоритетом.
Вообще говоря, температуру сервера необходимо поддерживать в диапазоне от 18 до 27 ℃. При одновременной работе десятков тысяч чипов, будет выделяться большое количество тепла, поэтому дата-центру необходима гигантская система охлаждения. Горячий воздух должен быстро поглощаться, а холодный так же быстро выпускаться.
Исходя из этого, некоторые эксперты предложили метод охлаждения «энергией сухого воздуха», когда сухой воздух превращают во влажный и достигают охлаждающего эффекта. Этот метод охлаждения был использован в новом китайском энергетическом проекте в 2007 году для испарительного охлаждения тепла, выделяемого кондиционером, и показал хорошие результаты.
Следует отметить, что «энергия сухого воздуха» больше подходит для сухого северо-западного региона Китая. В районах же с относительно высокой влажностью воздуха сложно добиться нужного эффекта.
Существует другой, более популярный, способ охлаждения – технология жидкостного охлаждения. В этом методе в основном используется жидкость в качестве среды для непрямого контакта с источником тепла, тем самым достигается эффект теплообмена. После этого тепло в жидкости передаётся наружу, чтобы достичь охлаждающего эффекта.
Возьмем, к примеру, технологического гиганта Google. Чтобы лучше охлаждать центр обработки данных, в 2011 году в городе Хамине, Финляндия, был построен ЦОД, охлаждаемый морской водой. Специфика операции заключается в том, что холодная вода из моря поступает в теплообменник дата-центра по трубопроводу, поглощает тепло от сервера, а затем отводит его обратно в залив по другой трубе.
При такой системе удалось добиться идеального охлаждающего эффекта. Согласно данным, отображаемым Google, его индекс PUE равен 1,14, и эти показатели ниже, чем индекс PUE дата-центра Ali на озере Цяньдао, равный 1,17.
Так совпало, что другой технологический гигант, компания Microsoft, построившая в 2020 г. свой центр обработки данных на острове Оукс, Шотландия, также использовала воду для отвода тепла. Microsoft погрузила своё оборудование в море на целых 35,6 метра. Данные, приведенные в результатах эксперимента Microsoft, показывают, что индекс PUE стал равен 1,07.
Однако в ИТ-индустрии решение Microsoft утопить оборудование глубоко в море нельзя назвать самым безумным. Чтобы добиться лучшего эффекта охлаждения, компания Facebook даже построила дата-центр в городе Лулео, Швеция, чрезвычайно холодном месте, расположенном всего в 100 километрах от Северного полярного круга. Средняя температура зимой там равна минус 20 °C, и нет необходимости в холодильном оборудовании. Фильтруется только холодный воздух, а индекс PUE составляет всего 1,04.
Для того чтобы найти лучший способ охлаждения ЦОД, мировые технологические гиганты проводят мозговой штурм. Их действия обусловлены не только экономическими выгодами, но и заботой о защите окружающей среды. Снижение энергопотребления дата-центра ведёт к тому, что вычислительная мощность становится дешевле, а значит, более конкурентоспособной на рынке. Уменьшение выбросов и потребления энергии имеет большое значение и для экологии.