Компании Iceotope и Meta✴ продемонстрировали возможность иммерсионного (погружного) охлаждения систем хранения данных (СХД) на основе HDD. В ходе эксперимента было показано, что такой подход обеспечивает ряд преимуществ перед традиционным воздушным охлаждением.

В тесте использовалась стандартная коммерческая СХД высокой плотности формата 4OU, содержащая 72 жёстких диска, два односокетных серверных узла, две платы расширения SAS, сетевую карту, модуль распределения питания и другие компоненты. При этом система охлаждения была модифицирована путём добавления специального диэлектрического контура, теплообменника и насоса. Накопители были погружены в непроводящую жидкость.

✴/Iceotope/ASME " height="441" width="709" />

Источник изображения: Meta✴/Iceotope/ASME

Говорится, что применение иммерсионного охлаждения для HDD возможно благодаря тому, что современные диски с заполнением гелием имеют герметичную конструкцию. Результаты эксперимента показали, что в случае погружного охлаждения разница температур между всеми 72 накопителями составила всего 3 °C — независимо от расположения HDD в шасси. Накопители способны надёжно функционировать при температуре жидкости на входе в стойку до +40 °C.

Нажмите для увеличения / Источник изображения: Iceotope

Другим преимуществом иммерсионного подхода является то, что он позволяет сократить уровень вибрации, которая может приводить к некорректной работе накопителей или даже провоцировать их выход из строя. В целом, для работы системы погружного охлаждения требуется менее 5 % мощности, потребляемой самой СХД.

На мероприятии 7×24 Exchange Fall Conference Meta✴ поделилась секретами сбережения воды при эксплуатации дата-центров. Компания повысила температуру в серверных до +32,2 °C, а влажность, наоборот, снизила — до 13 %. Ожидается, что это позволит сэкономить миллиарды литров воды ежегодно. Попутно компания также внедряет передовую систему обработки и фильтрации воды, а в перспективе Meta✴ намерена «восстанавливать» больше воды для окружающей среды, чем потребляет.

Для оптимизации работы собственных площадок Meta✴ прибегла к эксперименту — на половине территории некоторых ЦОД задавались различные значения температуры и влажности, после чего оценивались и сравнивались различные показатели, включая, например, процент отказов оборудования. Делается это всё ради уменьшение затрат энергии и воды на охлаждение. Поскольку у Meta✴ площадь ЦОД составляет более 3,7 млн м², даже небольшие улучшения ведут к большой экономии.

Источник изображения: Erda Estremera/unsplash.com

Это не первое повышение температуры и понижение влажности в дата-центрах компании. Ранее Meta✴ увеличила температуру до +29,4 °C, а влажность вообще планировалось поддерживать на уровне 20–30 %. Однако практические испытания показали, что оборудованию достаточно комфортно в новых условиях, и нет проблем, например, со статическими разрядами. Изначально все эти меры были предприняты для снижения энергопотребления, но они заодно помогают экономить и воду.

Также в компании обновили процессы промышленной обработки воды, используемой в ЦОД — от фильтрации до «смягчения». Одним из важных изменений стал процесс оптимизации т.н. «обратной промывки» загрязнённых фильтров — в Meta✴ смогли организовать его таким образом, что фильтрационные системы стали использовать намного меньше воды. Помогла и оптимизация процесса смягчения воды в некоторых ЦОД.

Источник изображения: Stephen Dawson/unsplash.com

Всего компания использовала 2,57 млрд литров воды в 2021 году, но водные затраты на электроэнергию составили ещё 3,31 млрд литров. Проекты по восстановлению воды позволили «компенсировать» 2,33 млрд литров, а новые технологии, как ожидается, в перспективе обеспечат «возврат» более 3,2 млрд литров воды ежегодно, так что в Meta✴ рассчитывают стать «водно-положительной» к 2030 году — заявление сделали после критики нового ЦОД в одном из засушливых штатов США.

Компания Meta✴ в ходе саммита OCP (Open Compute Project) рассказала о планах по внедрению жидкостного охлаждения в своих ЦОД. Речь идёт об использовании гибридной системы AALC (Air-Assisted Liquid Cooling), предусматривающей совмещение компонентов воздушного охлаждения и жидкостного контура.

Отмечается, что по мере развития машинного обучения и метавселенных всё острее встаёт проблема эффективного отвода тепла от оборудования. Дело в том, что внедряемые алгоритмы требуют больших вычислительных мощностей, что приводит к увеличению энергозатрат. Система AALC предназначена для охлаждения серверов в ЦОД, которые изначально могли быть и не спроектированы под использование СЖО. Отметим, что QCT уже представила аналогичное, полностью интегрированное решение.

Источник изображений: Meta✴

AALC совместима со стойкой Open Rack v3 (ORV3), которая, впрочем, может интегрироваться и с другими вариантами СЖО. Система AALC в исполнении Meta✴ использует водоблоки для самых горячих компонентов, которые подключаются к отдельной стойке с помпами и прочим оборудованием. На задней панели или двери стойки располагается теплообменник, позволяющий охлаждать жидкость за счёт воздуха, циркулирующего в ЦОД. Прототипы решения справляются с охлаждением оборудования мощностью до 40 кВт на стойку.

ORV3 также предлагает общую архитектуру стойки и подсистемы питания для устранения разрыва между нынешними и будущими ЦОД. Обеспечивается широкий спектр вариантов использования, включая поддержку Grand Teton. Модуль питания для общей на всю стойку шины 48 В DC не имеет жёстко определённого расположения и может устанавливается в любом месте стойки, что обеспечивает гибкость конфигурации. При этом он может быть не один, так что пиковая мощность может достигать 30 кВт на стойку.

Усовершенствованный ИБП обеспечивает работу в течение 4 мин. при мощности 15 кВт (против 1,5 мин. у решения предыдущего поколения). Этот блок также может монтироваться в любом месте стойки, а дополнительно возможно применение второго резервного блока. Всё это позволит Meta✴ уже сейчас развёртывать в ЦОД высокоплотную инфраструктуру для ИИ и иных требовательных к питанию и охлаждению решений.

Исполнительный содиректор южнокорейской интернет-компании Kakao Намкун Вон (Namkoong Whon) принял решение подать в отставку после массового сбоя в работе сервисов, спровоцированного пожаром в кампусе ЦОД SK C&C Data Center неподалёку от Сеула, принадлежащем SK Group. Возникшие проблемы вызвали недовольство как со стороны многочисленных пользователей, так и со стороны представителей бизнеса и власти.

Пожар начался 15 октября 2022 года с возгорания в аккумуляторной в одном из зданий ЦОД. В результате была нарушена работа мессенджера KakaoTalk, аудитория которого составляет 43–47 млн пользователей в Южной Корее (при населении всей страны в почти 52 млн человек). Кроме того, возникли сбои в работе платёжной системы KakaoPay, почтовой службы, такси и других сервисов компании. Не был затронут только сервис Kakao Bank, который размещался в другом дата-центре. По состоянию на 17 октября работоспособность большинства функций KakaoTalk была восстановлена, однако доступность ряда служб всё же оставалась ограниченной.

Источник изображения: Yonhap

Инцидентом лично заинтересовался президент страны, а стоимость акций Kakao при этом рухнула на 9,5 % — до минимального значения с мая 2020 года. Нарушение работы KakaoTalk негативно сказалось на работе сотен предприятий малого бизнеса, использующих названный мессенджер. Kakao уже сообщила о намерении выплатить компенсации и выяснить причины медленного восстановления работы своих служб. Кроме того, Kakao намерена вложить $325 млн в открытие в 2023 году собственного ЦОД, а в 2024-м будет запущен второй дата-центр.

Любопытно, что в том же кампусе находился и дата-центр Naver, ещё одного южнокорейского IT-гиганта, на работу которого инцидент оказал намного меньшее влияние. Основная претензия к Kakao заключается в том, что у компании не были разработаны планы поведения в экстренных ситуациях. В частности, компания оказалась не готова к тому, что ЦОД будет быстро обесточен после начала пожара. При этом, вероятно, это самый крупный инцидент в ЦОД в мире, поскольку речь идёт об остановке сразу 32 тыс. серверов.

Нужно отметить, что в течение последнего времени пожары охватили сразу несколько крупных ЦОД. В частности, в марте прошлого года пожар уничтожил дата-центр французской компании OVHcloud в Страсбурге. В результате этого ЧП оказались недоступны в общей сложности 3,6 млн веб-сайтов, в том числе ресурсы ряда правительственных организаций, банков, интернет-магазинов и пр. А пожар, случившийся в ЦОД иранской Telecommunication Infrastructure Company (TIC), практически оставил без доступа в интернет всю страну.

По оценкам аналитиков Synergy Research Group, к концу II квартала 2022 года число дата-центров гиперскейлеров превысило 800 шт., а к концу 2026 года их станет в полтора раза больше. Причём расти будет не только количество таких ЦОД, но и их мощность. При этом 53 % ёмкости ЦОД гиперскейлеров приходится на США, а оставшаяся доля практически поровну поделена между Европой, Китаем и остальным миром.

Наиболее крупные игроки на этом рынке — «большая тройка» облачных провайдеров (Amazon, Google, Microsoft). У каждой из этих компаний имеется более 130 дата-центров, причем не менее 25 в каждом из трёх основных регионов, Североамериканском, Азиатско-Тихоокеанском и Европейском. По мощности дата-центров лидируют компании Amazon, Google, Microsoft, Facebook✴, Alibaba и Tencent. Всего же в исследовании Synergy Research Group учитывались дата-центры 19 крупнейших компаний, оказывающих облачные и иные интернет-услуги.

Источник: Synergy Research Group

По мощности дата-центров лидируют компании Amazon, Google, Microsoft, Facebook✴, Alibaba и Tencent. При этом, как и прежде, более трети мощностей в США приходится на один-единственный штат — Вирджинию, которая обгоняет по этому показателю Европу и Китай. Здесь находится так называемая Аллея дата-центров, охватывающая округи Лаудон (Loudoun), Принс-Уильям (Prince William) и Фэрфакс (Fairfax). ЦОД в основном концентрируются вокруг городов Эшберн (Ashburn), Стерлинг (Sterling), Манассас (Manassas) и Шантийи (Chantilly).

Источник: Cushman & Wakefield Research

Суммарная ёмкость ЦОД в штате достигла 1,7 ГВт. В частности, Amazon именно здесь размещает значительную часть своих ЦОД. Другими крупными игроками на локальном рынке являются Microsoft, Meta✴, Google, ByteDance. Столь привлекательной для операторов ЦОД Вирджиния стала в силу доступности площадей и энергии, развитой инфраструктуры, а также особенностей местного законодательства, в том числе налоговых послаблений. Правда, теперь местные жители жалуются на «катастрофический шум» от дата-центров, а возможностей энергосети стало не хватать.

Что касается других регионов, то в Европе ведущими рынками для гиперскейлеров остаются Ирландия и Нидерланды, где в последнее время также наметился кризис — обе страны больше не рады крупным игрокам, которые один за другим отменяют или приостанавливают проекты по созданию и развитию ЦОД. Китайский рынок остаётся относительно изолированным, поскольку он включает по большей части дата-центры местных IT-гигантов: Alibaba, Tencent и Baidu. В целом же аналитики прогнозируют, что в течение следующих пяти лет важность ключевых на текущий момент рынков ЦОД несколько снизится.

Как выяснили СМИ Нидерландов, в 2021 году местный кластер дата-центров Microsoft потребовал намного больше воды, чем обещали до его строительства власти и сам техногигант. Как сообщает Data Center Dynamics, ранее говорилось, что ежегодный расход составит 12–20 тыс. м3, однако оказалось, что только в 2021 году объекты компании потребляли 84 тыс. м3.

Предполагается, что в текущем году объект Microsoft в Холландс-Крон (Hollands Kroon) истратит ещё больше воды из-за засухи. Хотя проект в своё время встретил противодействие со стороны местных фермеров, строительство новых ЦОД было всё же одобрено в 2021 году рядом с уже существующим объектом. Здесь же расположены и мощности Google, тоже потребляющие огромные объёмы воды.

Обычно ЦОД Microsoft довольствуются для охлаждения забортным воздухом, но когда температура превышает +25 °C, вынуждены использовать воду. В 2021 году такое случалось лишь несколько раз, однако расход воды всё равно оказался в разы выше заявленного: 75 тыс. м³ ушло на охлаждение и ещё 9 тыс. м³ — на «другие нужды». Всего расположенные в окрестностях 28 ЦОД Microsoft, Google и других компаний суммарно потребили 550 тыс. м³, т.е. 0,5 % от общего объёма поставок питьевой воды. В этом году ситуация, как ожидается, будет значительно хуже.

Источник изображения: E Mens/unsplash.com

В июне совет Холландс-Крон объявил о приостановке строительства новых ЦОД в районе. Хотя девятимесячный мораторий на строительство ЦОД пока действует по всей стране, Холландс-Крон попал в число двух исключений из общего правила для гиперскейлеров, поэтому ограничения пришлось вносить самому совету. Второй «исключительный» проект планировала реализовать Meta✴ в Зееволде, но в прошлом месяце компания окончательно отказалась от его реализации, в том числе из-за активных протестов местного населения.

Ранее Microsoft под давлением местных фермеров пообещала, что будет собирать дождевую воду для использования в системах охлаждения. Однако идея пока не пошла дальше проекта и пока неизвестно приблизительно, когда начнётся хотя бы тестовый период. Кроме того, в США компания собиралась построить установку для очистки сточных вод своих дата-центров. Microsoft обещала стать «водно-положительной» к 2030 году, схожее обещание сделано и Google.

Рынок ЦОД Северной Вирджинии продолжают преследовать неприятности. Помимо того, что местные жители активно выступают против старых и новых дата-центров, в местной округе наметилась масштабная нехватка электроэнергии. Как сообщает The Register, в регионе буквально не хватает линий электропередач для снабжения всех ЦОД энергией.

По данным Digital Realty, владеющей и обслуживающей более 290 ЦОД, местная энергоснабжающая компания Dominion Energy разослала оповещение ключевым местным потребителям, сообщив, что проблемы с электроснабжением в регионе закончатся не раньше 2026 года. При этом проблема заключается не в нехватке генерирующих мощностей, а именно в дефиците линий электропередач для достаточного энергообеспечения ЦОД. Текущая ёмкость дата-центров в штате составляет порядка 1,7 ГВт.

Источник изображения: Matthew Henry/unsplash.com

Округ Лаудон (Loudoun County) фактически является крупнейшим в мире хабом для дата-центров с общей полезной площадью ЦОД в миллионы квадратных метров. Округ нередко называют «ключевым игроком» в мировой цифровой экономике. Одни только налоги на недвижимость от сектора ЦОД должны составить в фискальном 2023 году почти $600 млн — этого достаточно, чтобы покрыть все расходы властей округа.

Проблемы с энергоснабжением могут означать, что многие планируемые проекты переедут в соседние округа Принс-Уильям (Prince William) и Фокир (Fauquier), а то и вовсе в соседний штат Мэриленд. Dominion Energy как минимум частично обслуживает и Принс-Улильям, а вот округ Фредерик в Мэриленде подключен к другой энергосети.

Источник изображения: Álvaro Serrano/unsplash.com

Известно, что беспрецедентный рост нагрузки на сеть Dominion начался в 2018 году на фоне стремительного развития дата-центров и всё ещё не остановился, поэтому в существующие планы развития энергосетей придётся вносить корректировки. На днях Dominion Energy признала, что не сможет обслуживать потребности города Эшберна (Ashburn) в округе Лаудон, где расположена т.н. «Аллея дата-центров». Это будет означать не только остановку уже стартовавших многомиллиардных проектов строительства ЦОД, но и снижение налоговых поступлений.

Как сообщает портал DataCenter Dynamics, по прогнозам Wells Fargo, компания может остановить поставки энергии новым ЦОД до 2025 или 2026 года — если проектам, до завершения строительства которых осталось не более полугода, энергии может хватить, то совсем новые объекты, возможно, электричества не получат, несмотря на ранее полученные от Dominion гарантии. А строительство ЦОД, запланированных на 2023-2024 годы, может быть значительно отложено. Впрочем, в Wells Fargo считают, что с нехваткой электричества могут в скором времени столкнуться и уже существующие в регионе кампусы ЦОД.

Дизель-генератор — неотъемлемая часть подсистемы резервного питания любого серьёзного ЦОД, но по природе своей он не может похвастаться нейтральностью выхлопа. Многие ищут традиционным генераторам замену, и в их числе Microsoft. На днях компания сообщила, что ей удалось достичь важной вехи в освоении водородных топливных элементов, которые, по замыслу Microsoft, и должны заменить традиционные дизель-генераторы в принадлежащих ей центрах обработки данных.

Компания начала тестирование новой генераторной станции мощностью 3 МВт, построенной на базе топливных ячеек с протонообменной мембраной (PEM). Она способна обеспечивать питание 10 тыс. серверов. С топливными элементами компания экспериментирует давно, ещё с 2013 года, но более ранние разработки использовали природный газ и не по факту не являлись такими уж экологичными.

Тестовая станция мощностью 3 мВт. Источник: Microsoft/John Brecher

Разработать водородные PEM-ячейки компании удалось в сотрудничестве с Plug Power. В течение нескольких недель июня компании совместно протестировали прототип генератора нового поколения. Новая система, выбрасывающая в атмосферу лишь нагретый водяной пар, сработала успешно, так что Plug Power уже работает над созданием коммерческой версии системы.

Протонообменная мембрана: конструкция и принцип действия. Источник: Encyclopedia Britannica

Первый же экземпляр будет установлен научно-исследовательском центре Microsoft, но пока конкретных сроков пока озвучено не было. У IT-гиганта большие надежды на подобные технологии: к 2030 году компания планирует обновить системы резервного питания во всех своих ЦОД.

В работе система выделяет только горячий водяной пар. Источник: Microsoft/John Brecher

Правда, в полной экологичности водородных топливных элементов есть сомнения: работают они без вредных выбросов, но само их производство может оказаться далеко не таким чистым, как эксплуатация. Тем не менее, администрация США одобрила план стоимостью $8 млрд по развитию производства водорода в рамках программы альтернатив ископаемому топливу. В Европе есть аналогичные инициативы — как совсем скромные (€2,5 млн), так и весьма крупные (€1 млрд).

Группа Climate Neutral Data Centre Pact (CNDCP), объединяющая 90 % европейских операторов ЦОД, предложила добровольно снизить потребление воды до 400 мл на 1 кВт·ч к 2040 году и добиться углеродной нейтральности намного раньше 2050 года. Соответствующая цель уже поставлена ЕС, но операторы намерены добиваться её без законодательного принуждения и с опережением графика, — сообщает Data Center Dynamics.

Хотя использование воды способно оказать значительное влияние на экологию, этот фактор часто недооценивают, учитывая только расход энергии. При этом многие ЦОД активно используют воду для охлаждения оборудования, благодаря чему снижается расход всё той же энергии, но растут затраты самой жидкости, что имеет критическое значение для некоторых регионов.

Группу CNDCP сформировали в 2021 году с намерением достичь углеродной нейтральности европейских ЦОД к 2030 году, а также обеспечить достойный ответ прочим экологическим вызовам, в том числе снизить расход воды. Для оценки эффективности использования воды используется коэффициент WUE, который отражает расход воды на каждый затраченный киловатт·час электричества. Например, исследование 2016 года показало, что на тот момент WUE для ЦОД в США составлял в среднем 1,8 л/кВт·ч.

Источник изображения: Christian Lue/unsplash.com

Цели поставлены с учётом жизненного цикла уже действующих систем охлаждения, поскольку их немедленная массовая замена может принести больше вреда, чем пользы из-за ущерба экологии в процессе производства самих систем. Поэтому в CNDCP заявили, что все 74 оператора ЦОД, участвовавшие в заключении пакта, добьются потребления не более 400 мл/кВт·ч только к 2040 году. Такой показатель вывели с учётом разницы технологий, климатических и иных условий, характерных для тех или иных ЦОД.

Источник изображения: Google

Отдельные участники рынка уже заявили о намерении добиться положительного водного баланса для своих дата-центров — ЦОД будут отдавать больше чистой воды, чем потреблять. Так, Meta✴ и Microsoft планируют добиться этой цели к 2030 году. Последняя также начала устанавливать станции для очистки сточных вод ЦОД. А вот Google отметилась тем, что пыталась всеми возможными способами скрыть расход воды своими дата-центрами даже от властей.

Помимо ограничения расхода воды, подписанты CNDCP предложили ввести и другие цели для дата-центров. Например, уже сформированы две рабочие группы для подготовки к переходу на «циркулярную экономику» со вторичным использованием материалов и переработкой различных ресурсов. В частном порядке аналогичную инициативу уже несколько лет развивает Microsoft в рамках проекта Circular Center.

Жители Северной Вирджинии всё более и более недовольны распространению дата-центров гиперскейл-класса и готовы активно противостоять их строительству. По данным DataCenter Dynamics, вслед за жителями округа Принс-Уильям (Prince William), жалующихся на невыносимый уровень шума ЦОД Amazon, обитатели округа Фокир (Fauquier) потребовали от властей запретить строительство дата-центра той же компании, которая за последний десяток лет вложила в местные ЦОД более $35 млрд.

Примечательно, что Северная Вирджиния десятилетиями является едва ли не крупнейшим хабом для строительства дата-центров в мире, последовательно привлекающим новые компании, объекты и инвестиции. Изначально ЦОД концентрировались преимущественно в округе Лаудон, а теперь распространяются на территорию округов Калпепер (Culpeper), Фокир и Принс-Уильям, жители которых начали вести организованную борьбу с инициативами IT-гигантов и местных властей.

Фото: Taylor Vick / Unsplash.com

В наиболее «пострадавшем» округе Лаудон предложили новые правила зонирования для дата-центров, определяющих, где будущие ЦОД можно строить так, чтобы не побеспокоить местных жителей. Кроме того, предложено пересмотреть экологические стандарты строительства и допустимого уровня шума. Ожидается, что в определённых местах будет прекращено и одобрение строительства ЦОД в ускоренном порядке.

Жители округа Калпепер подали в суд, требуя аннулировать разрешение на перезонирование и развитие ЦОД Amazon. В округе Фокир Amazon уже купила более 16 га земли, подала заявку на строительство нового дата-центра и договорилась с местной энергосбытовой компанией Dominion Energy. Изначально местные жители протестовали против строительства 230-кВ линий электропередач над их домами, но потом поняли, что они вообще не понадобятся, если дата-центра не будет.

Местных жителей беспокоит не только экология и комфортность окружающей среды, но и экономика — скупка земли для ЦОД поднимает её цены. Кроме того, всё чаще задаётся вопрос, почему налоги для жителей не падают по мере развития дата-центров. О полном отказе от ЦОД речь не идёт, поскольку они обеспечивают около трети местных налоговых поступлений.