Utopená datacentra by mohla ušetřit za elektřinu

16.6.2017

ELEKTŘINA - Microsoft zkoumá, zda nepřesunout datacentra pod hladinu moře. Kvůli chlazení i stavebnímu řízení.

schema_pod_vodou.jpgJestli uživatelům a kupcům IT systémů velké firmy v posledních letech vtloukají do hlavy nějaký módní termín, tak je to „cloud“. Tedy koncept, ve kterém se údaje z počítače neukládají lokálně, ale do nějakého vzdáleného úložiště, o které se uživatelé nemusí nijak starat, a ze kterého na svá data mohou dosáhnout z různých zařízení. Navíc s jistotou, že by je měla mít mnohonásobně zálohovaná.

Byť na to nemáme žádné relevantní průzkumy, troufáme si odhadnout, že velká část uživatelů už má řečí o „cloudu“ plné zuby. Na druhou stranu má své výhody, a cloudových služeb využíváme stále více. A i když se cloud prodává uživatelům jako v podstatě virtuální prostředí, ve skutečnosti samozřejmě musí fyzicky existovat. Jeho skutečným domovem jsou velká datacentra, která od přelomu 20. století rostou po celém světě. (Datacentra se nestavějí samozřejmě jen kvůli cloudovým službám, to zjednodušujeme, ale je to jeden z velkých trendů, který k jejich rozmachu vedl.)

Nenápadné a často doslova „šedivé“ budovy datových center jsou sice pro laiky v podstatě neviditelné, ale na účtech za elektřinu nejde o zanedbatelné položky. Ve Spojených státech spotřebovávají podle loňské studie Kalifornské univerzity zhruba dvě procenta veškeré spotřebované elektřiny. V absolutních číslech to bylo zhruba 68 terawatthodin (TWh) – tedy o několik terawatthodin více, než kolik činí spotřeba celé České republiky.

Kde uspořit

První generace velkých datacenter spotřebovávala i 40 % energie na chlazení počítačového vybavení – to znamená, že chlazení vlastně spotřebovávalo téměř stejně energie jako provoz samotných počítačů. Všechny velké společnosti ovšem postupně začaly zavádět různá opatření, která měla spotřebu snížit.

Zoom galleryPřistupovalo se k opatřením až bizarním: Google například změnil svůj dress-code a dovolil technikům chodit do práce v krátkých rukávech a šortkách – a i díky tomu si mohl dovolit zvýšit teplotu v centrech o několik stupňů, a ušetřit několik procent na elektřině. (foto: pohled do nitra datového centra firmy Google. Pestré barvy od sebe odlišují jednotlivé systémy)

Důležitější byly ovšem technologické změny. Začalo se například používat tzv. volné chlazení (i v češtině se často používá anglický výraz free-air cooling), při kterém se k chlazení využívá nižší teploty vnějšího vzduchu.

Energetická úspora je daná tím, že se v takovém systému nepoužívají kompresory, ale vzduch volně proudí přes výměník s od počítačů ohřátou chladicí kapalinou a odvádí přebytečné teplo pryč. Tento postup samozřejmě je podstatně úspornější, a podle zkušeností Microsoftu umožňuje snížit náklady na chlazení na 10 až 30 procent z celkových provozních nákladů – rozptyl je daný z velké části tím, v jakém podnebí provoz stojí.

V tom také může být kámen úrazu. Datová centra by v řadě případů měla stát blízko uživatelům, aby se zrychlila jejich odezva. Ne vždy je to samozřejmě nutné, v některých případech je to uživateli vlastně jedno, za kolik milisekund dokáže jeho počítač navázat spojení s „cloudem“, ale přibývá aplikací, u kterých to roli může hrát (jednou z nich mohou být i různé „umělé inteligence“ typu virtuálních asistentek). A stejně tak je stále více náročných uživatelů, kteří prostě pomalou odezvu nevidí rádi. Pokud ale máte postavit provoz s volným chlazením v horkém podnebí, může to být velký technický problém.

Pokud se postaví datacentrum v horkém podnebí, jeho provoz pak může často vyžadovat poměrně hodně vody, která se používá k ochlazení venkovního vzduchu na vstupu. Voda ovšem obvykle něco stojí, v některých místech pak úřady či místní obyvatelé na podobné využití koukají vysloveně nelibě. To je třeba případ samotného Silicon Valley, protože Kalifornie má dlouhodobě problém najít pro všechny uživatele tolik vody, kolik by si přáli. (Nemluvě o tom, že provozovatelé se ochlazeného vzduchu, který má vyšší vlhkost, dosti obávají kvůli zvýšenému riziku koroze.)

Zoom galleryVzhůru pod vodu

Skupina výzkumníků z Microsoftu dospěla k závěru, že velké části těchto potíží (a pár dalším, o kterých ještě bude řeč) by se dalo vyhnout ponořením datacenter pod hladinu moře. Šéfům se jejich nápad natolik líbil, že jim poskytli čas a prostředky, a vznikl tak „Projekt Natick“. (foto: tým projektu a prototyp Leona Philpot před spuštěšním na dno ocelánu) Jeho základem je systém standardizovaných hermetických buněk uložených na dno moře. Měly by obsahovat v podstatě standardní vybavení, ale měly by se chladit v podstatě téměř výhradně pasivně díky okolní vodě.

Nápad má hned několik pozitiv. Za prvé mohou být velmi blízko spotřebitelům, protože necelá polovina světové populace žije méně než sto kilometrů od pobřeží některého z moří nebo oceánů. Samozřejmě, pro Čechy to není to nejlepší řešení, ale polovina světa, to už je zajímavý trh.

Navíc teplota vody je od určité hloubky velmi podobná, ať jste kdekoliv na světě. Mluvíme samozřejmě o hloubkách řádově stovek metrů, ne těsně pod hladinou. Prakticky všechna voda pod tisíc metrů (a tedy 90 procent veškeré mořské vody) má teplotu mezi 0–3 °Celsia. Dataservery připravované v rámci projektu Natick mají být blíže hladině (Microsoft uvádí hloubky kolem 200 metrů), ale i v tropických oceánech jde o vrstvy, které mají z tohoto hlediska zajímavé teploty, třeba kolem 15 °C. A ne, zatím si nelze věrohodně představit, že by ji provoz podobných systémů měřitelně ohřál.

Méně papírování

Další výhodou je, že oceán nemá stavební vyhlášky. Pozemské stavby se musí řídit celou řadou předpisů, které se místo od místa liší. A byť velké firmy používají v provozech na různých místech světa v podstatě identické vybavení, stejně musí každý projekt připravovat zvlášť. Microsoft také tvrdí, že různé požadavky a předpisy vedou k tomu, že v podstatě identický hardware pracuje na různých místech světa s různou mírou spolehlivosti. Podmořské „serverovny“ by ovšem měly být úplně identické, a tak by se daly nejen vyrábět jako pověstné housky na krámě, ale také by měly mít v podstatě identické výkony a provozní vlastnosti.

Nemluvě samozřejmě o tom, že v některých částech světa, například v Evropě, může být problematické (nebo prostě příliš drahé) sehnat vhodné místo a také vyřídit úřední proces před zahájením stavby. Samozřejmě, ani stavba pod mořem nemusí být nic jednoduchého, ale Microsoft podle všeho tak trochu tiše doufá, že „co oči nevidí, to srdce nebolí“, a ubude minimálně opozice těch, kdo nechtějí velké datacentrum za plotem.

Zjednodušené řízení a výhody masové výroby umožní dodat výpočetní kapacity místo za 6 měsíců

Zjednodušené „stavební řízení“ by spolu s výhodami masové výroby mělo společnosti umožnit, aby dokázala dodat nutné výpočetní kapacity na dané místo během šesti měsíců – takový je alespoň plán. Asi je zbytečné dodávat, že je to podstatně rychlejší než běžná stavba.

Podmořské prostředí se může zdát pro počítače dokonale nevhodné, ve skutečnosti by mělo být podle konstruktérů možné v ochranném obalu připravit elektronice snad lepší podmínky než na povrchu. Na místě například nebude žádná obsluha, a tak nemusí atmosféra jednotlivých „buněk“ obsahovat kyslík – což znamená, že se minimalizují problémy s oxidací, tedy i korozí. Stejně tak se dá z umělé atmosféry odstranit prakticky veškerý prach a vodní pára.

První ponor

Microsoft za sebou zatím má podle dostupných informací jednu jedinou praktickou zkoušku, která nabídla poměrně zajímavé výsledky. Vývojáři z Microsoftu tehdy potopili jednu pokusnou jednotku na 105 dní zhruba deset metrů pod hladinu Pacifiku, kousek od kalifornského San Luis Obispo. Ponořená jednotka pojmenovaná Leona Philpot podle postavy z počítačové hry (koneckonců projekt si vymysleli „ajťáci“) během této doby spotřebovala na chlazení jen zhruba 3 procenta z celkové spotřeby elektřiny.

spe22017_s2_datacentrum_dublin2.jpg(foto: velké datové centrum Microsoftu u irského Dublinu) Je samozřejmě otázkou, zda úspora bude stát za to. Spotřebu datacenter se daří poměrně úspěšně omezovat (třeba pomocí zmiňovaného volného chlazení) a jejich relativní podíl na spotřebě elektřiny stoupá mnohem pomaleji, než se odhadovalo třeba před deseti lety. Predikce tehdy uváděly, že by v současné době jejich spotřeba mohla činit přes tři procenta z celkové spotřeby elektřiny na světě, zatím se toto číslo daří ovšem držet pod dvěma procenty – i přes to, že „virtuálního prostoru“ přitom mnohonásobně přibylo. Problém kupodivu prý není udržet počítač v suchu – s tím mají konstruktéři bohaté zkušenosti. Podstatně větším problémem může být údržba, která by pro podmořské systémy byla zcela neprakticky drahá. Problém není ani tak v samotné elektronice, která může být robustní a naddimenzovaná tak, aby vydržela v provozu bez doteku lidské ruky.

Potíže mohou být spíše mechanického rázu, odhadují autoři. Například se obávají, aby tepelné výměníky jednotky nezarostly řasami, škeblemi či dalšími mořskými tvory. Během zmiňované krátkodobé zkoušky to problém nebyl, ale ten trval jen zhruba tři měsíce (pravda, ve velmi mělké vodě, kde by teoreticky problém zarůstání měl být nejpalčivější). Pokud by měla být konstrukce ponořená roky, může to být jiné. Autoři zkoušeli vše možné, od různých typů povrchů po aktivní systémy typu vysílačů ultrazvukových vln, ale podle svých vlastních slov si stále nejsou jisti, jak problém vyřešit.

(spe)

Svět plný energie > Témata > Utopená datacentra by mohla ušetřit za elektřinu

Aktuality
7.11.2019 Lomonosov na místě

AKTUALITY - První ruská plovoucí jaderná elektrárna Akademik Lomonosov dorazila na svou trvalou základnu blízko izolovaného ruského města Pevek na Čukotce, a stala se tak nejseverněji položenou jadernou elektrárnou. Rosatom má za cíl uvést elektrárnu do provozu do konce letošního roku. Společnost chce své malé plovoucí elektrárny s reaktory odvozenými od pohonných jednotek jaderných ledoborců nabízet do odlehlých oblastí, zatím ale žádné zahraniční zákazníky nemá. Mohou fungovat bez přestávky a potřeby doplnit palivo tři až pět let, elektrický výkon reaktorů je 70 MW.  celý článek

15.10.2019 Stát elektromobilů ve tmě

AKTUALITY - Zhruba milion domácností, firem, veřejných institucí a dalších odběratelů v americkém státě Kalifornie se v týdnu od 7. října ocitlo bez dodávky elektřiny. Tamní energetická společnost Pacific Gas and Electric Company (PG&E) je v několika postupných vlnách odstavovala kvůli snížení rizika vzniku lesních požárů.  celý článek

16.7.2019 Emisních povolenek znovu ubude

AKTUALITY - Přebytek emisních povolenek na trhu je podle dat Evropské komise pro 2019 stejný jako v loňském roce. celý článek

12.6.2019 177 GW obnovitelných zdrojů do provozu v roce 2018

AKTUALITY Podle Mezinárodní agentury pro energii (IEA) celkový instalovaný výkon obnovitelných zdrojů uvedených v roce 2018 do provozu činil 177 GW. celý článek

13.5.2019 Uranová kostka z válečného Německa

AKTUALITY - Fyziky z univerzity v Marylandu překvapila nečekaná anonymní zásilka, ze které se vyklubala palivová kostka z nacistického jaderného reaktoru. celý článek

  

Chcete dostávat své osobní vydání tištěného magazínu Svět plný energie?

Ano, chci

Podporujeme:

SVĚT PLNÝ ENERGIE

Webový magazín a tištěný
čtvrtletník přináší témata,
zajímavosti, rozhovory
a důležité informace nejen
ze světa plného energie.

Pro Lumius, spol. s r.o.
vydává Business Media CZ a BARIDA Agency

Redakce:
Josef Janků, Jan Gregor a další ...

Grafické zpracování:
Michael Ehrlich

Texty:
neoznačené materiály jsou redakční

Foto:
archiv firem a autorů, redakce,
Thinkstock

Kontakt:

Aktuality
7.11.2019 Lomonosov na místě

AKTUALITY - První ruská plovoucí jaderná elektrárna Akademik Lomonosov dorazila na svou trvalou základnu blízko izolovaného ruského města Pevek na Čukotce, a stala se tak nejseverněji položenou jadernou elektrárnou. Rosatom má za cíl uvést elektrárnu do provozu do konce letošního roku. Společnost chce své malé plovoucí elektrárny s reaktory odvozenými od pohonných jednotek jaderných ledoborců nabízet do odlehlých oblastí, zatím ale žádné zahraniční zákazníky nemá. Mohou fungovat bez přestávky a potřeby doplnit palivo tři až pět let, elektrický výkon reaktorů je 70 MW.  celý článek

15.10.2019 Stát elektromobilů ve tmě

AKTUALITY - Zhruba milion domácností, firem, veřejných institucí a dalších odběratelů v americkém státě Kalifornie se v týdnu od 7. října ocitlo bez dodávky elektřiny. Tamní energetická společnost Pacific Gas and Electric Company (PG&E) je v několika postupných vlnách odstavovala kvůli snížení rizika vzniku lesních požárů.  celý článek

16.7.2019 Emisních povolenek znovu ubude

AKTUALITY - Přebytek emisních povolenek na trhu je podle dat Evropské komise pro 2019 stejný jako v loňském roce. celý článek

12.6.2019 177 GW obnovitelných zdrojů do provozu v roce 2018

AKTUALITY Podle Mezinárodní agentury pro energii (IEA) celkový instalovaný výkon obnovitelných zdrojů uvedených v roce 2018 do provozu činil 177 GW. celý článek

13.5.2019 Uranová kostka z válečného Německa

AKTUALITY - Fyziky z univerzity v Marylandu překvapila nečekaná anonymní zásilka, ze které se vyklubala palivová kostka z nacistického jaderného reaktoru. celý článek

  

Chcete dostávat své osobní vydání tištěného magazínu Svět plný energie?

Ano, chci

Podporujeme:

SVĚT PLNÝ ENERGIE

Webový magazín a tištěný
čtvrtletník přináší témata,
zajímavosti, rozhovory
a důležité informace nejen
ze světa plného energie.

Pro Lumius, spol. s r.o.
vydává Business Media CZ a BARIDA Agency

Redakce:
Josef Janků, Jan Gregor a další ...

Grafické zpracování:
Michael Ehrlich

Texty:
neoznačené materiály jsou redakční

Foto:
archiv firem a autorů, redakce,
Thinkstock

Kontakt: