В сентябре текущего года на юго-востоке США случилась сильная засуха. По данным местных регуляторов, ситуация может только усугубиться. Это нахудшая ситуация с водными ресурсами за всю зарегистрированную в регионе историю. На этом фоне гигантские расходы воды дата-центрами является одним из тревожных факторов — хотя бы потому, что никто точно не знает, сколько воды они используют на самом деле.

По словам профессора Армана Шехаби (Arman Shehabi) из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (США), которые приводит Datacenter Dynamics, достоверные сведения о потреблении дата-центрами воды централизованно никем не собираются, а сами компании, если и ведут статистику, не горят желанием показывать её даже властям, ссылаясь на коммерческую тайну. Отрывочные сведения поступают из юридических документов, публикуемых в ходе разбирательств.

И хотя дата-центры, как и заводы, потребляют много электричества и воды, от них — в отличие от предприятий, например, текстильной или химической промышленности — власти обычно не требуют регулярных отчётов. По данным Uptime Institute, операторы только половины ЦОД собирают хоть какую-то статистику о расходе воды. Вместе с тем, по экспертным оценкам, ЦОД входят в десятку крупнейших коммерческих потребителей воды в США. И, что важно, зачастую это питьевая вода.

Профессор, в своё время сумевший подсчитать энергопотребление всех ЦОД США (205 ТВт·ч в 2018 году), пытается сделать схожие вычисления расхода воды. При этом важно учесть не только прямое потребление воды кампусами ЦОД, но и ту воду, которая используется ГЭС, воду, израсходованную очистительными предприятиями, а также другие факторы. Как считает профессор, дата-центры потребляют воду из 90% бассейнов США. Предположительно суммарно на дата-центры в 2018 году ушло 513 млн м³. В среднем на один потраченный МВт·ч приходится 7,1 м³ воды, но разница между регионами просто огромная.

Оценить меры по восстановлению водного баланса тоже крайне сложно. Многие из подобных проектов не «восстанавливают» воду — вместо этого минимизируются её потери, высаживаются растения, ремонтируются водопроводы, устанавливаются очистные сооружения. Хотя такие действия безусловно полезны, расход воды не компенсируется напрямую. Кроме того, в каждом конкретном регионе возможно конечное число водосберегающих мероприятий, которые можно провести, поэтому дата-центрам помельче не остаётся поля деятельности в соответствующей сфере.

Среди крупных игроков Facebook✴ и Microsoft планируют достичь положительного водного баланса к 2030 году, а Google обещает к концу десятилетия возвращать по 120% от объёма использованной воды. Во всех случаях речь идёт прямом потреблении воды и не уточняется, как именно будет восстанавливаться баланс. Возможна та же ситуация, что и с «зелёной» энергетикой, когда крупные компании потребляют электроэнергию из обычных сетей, используя для компенсации углеродного следа т.н. «зелёный камуфляж».

По мнению Шехаби, бизнесу стоит делиться подобными данными хотя бы на анонимной основе. В случае отказа усиливающиеся засухи и рост осведомлённости общества о деятельности дата-центров приведут к тому, что будут приняты законы, обязывающие собирать и раскрывать сведения о потреблении воды в принудительном порядке (и с возможной последующей регуляцией рынка). Профессор считает, что водные ресурсы имеют даже более критическое значение, чем энергетические.

Концепция развития центров обработки данных (ЦОД) впервые оформилась в Норвегии в 2018 г., когда правительство задалось целью повысить привлекательность своей страны для представителей отрасли. C 2019 г. власти инвестировали в новые ЦОД порядка €255 млн, а также отменили налоги на имущество для производственного оборудования и установок на предприятиях и в других сферах, стимулировали создание оптоволоконных каналов связи и вели работу по информированию партнёров по всем необходимым для начала работы вопросам.

Обновлённая стратегия развития ЦОД была представлена министром Линдой Хофстад Хеллеланд (Linda Hofstad Helleland). Она позиционирует Норвегию как оптимальную страну для строительства ЦОД и иностранных инвестиций. В число ключевых преимуществ входят понятные и стабильные правила игры, доступность возобновляемых источников энергии, широкополосной связи, квалифицированной рабочей силы и подключений с высокой безопасностью. Экологический аспект норвежской стратегии усилен требованием к объектам ЦОД о повторном использовании отработанного тепла.

Дата-центр DC1-Stavanger

«Ожидается сильный рост экономики, основанной на данных, и здесь Норвегия может внести свой вклад, предлагая устойчивые решения в норвежских дата-центрах для служб социального обеспечения, индустрии аквакультуры и многого другого», — сказала Хеллеланд в предисловии к документу — «Мы должны работать над тем, чтобы в Норвегии стало больше центров обработки данных».

Норвегия имеет сильную индустрию возобновляемых источников энергии, стабильность которой поддержана развитой гидроэнергетикой. Хотя страна всё ещё экспортирует нефть, Хеллеланд прогнозирует, что использование искусственного интеллекта и больших данных поможет удвоить темпы роста ВВП Норвегии к 2030 г. и важнейшим условием для этого является увеличение числа дата-центров.

Regjeringa.no

Сейчас в секторе ЦОД Норвегии занято всего 2400 человек, но Хеллеланд уверена, что в будущем их число значительно вырастет, поскольку в стране уже несколько лет наблюдается тенденция к росту использования компаниями облачных сервисов. По данным Статистического управления Норвегии, 64% компаний с числом сотрудников больше 10 покупали облачные услуги в 2020 г., что на 51% выше по сравнению с 2018 г. В 2021 г. одну или несколько услуг, предоставляемых из облака, использовали 92% государственных учреждений.

Европейская комиссия ожидает рост объёма цифровой экономики в ЕС-27 с €301 млрд. в 2018г до €829 млрд. к 2025г. Ежегодный прирост этого сектора в Норвегии к 2030 г. может достигнуть €29 млрд., что представляет большие экономические возможности для норвежского бизнеса и промышленности, в том числе для игроков из сектора ЦОД.

Дата-центр DC2-Telemark

«У нас в Норвегии фантастическая стартовая площадка с хорошим и надежным доступом к возобновляемым источникам энергии, прочной цифровой инфраструктурой, высокой компетентностью и стабильными рамочными условиями. Но конкуренция глобальна, и мы всегда должны становиться лучше. Важно также активно работать на благо местных жителей. Именно поэтому мы сейчас обновляем национальную стратегию создания центров обработки данных — всего через три года после первой инициативы», — добавила Хеллеланд.

С тех пор, как норвежская компания Green Mountain придумала направлять отработанное тепло своего ЦОД DC1-Stavenger на ферму по разведению омаров, концепция утилизации «мусорного» тепла получила дальнейшее развитие. Теперь оператор дата-центров хочет обогреть и крупнейшую в мире наземную форелевую ферму Hima Seafood. Ожидается, что предприятие сможет производить до 9000 т форели в год, а выбросы углекислого газа от его работы будут минимальными.

Форелевое хозяйство разместится в 800 м от дата-центра DC2-Telemark в Рьюкане (Норвегия) и будет подключено системой трубопроводов к его контурам охлаждения. С помощью теплообменников Hima использует тепло ЦОД для получения нужной температуры в системе RAS и вернёт обратно остывшую воду, создав таким образом технологию замкнутого цикла.

Источник изображений: Green Mountain

По словам генерального директора компании Hima, Джо МакЭлви (Joe McElwee), обеспечение постоянной и стабильной температуры воды является ключом ко всему производству рыбной продукции мирового уровня и возможность её получения от ЦОД является беспроигрышным решением для обеих сторон. Строительство начнётся в этом году, а ввод в эксплуатацию намечен на 2023 году.

Hima Seafood

«Хотя наши дата-центры и работают на 100% возобновляемой гидроэнергии, мы не хотим, чтобы какая-либо её часть расходовалась впустую. Этот проект является примером циркулярной экономики, когда продукция одной компании может приносить не только экономическую, но и экологическую выгоду для другой. Мы стремимся к новым экологическим стандартам и надеемся, что наше совместное предприятие будет этому способствовать" — добавил генеральный директор Green Mountain Тор Кристиан Гюланд (Tor Kristian Gyland).

Норвежский оператор дата-центров Green Mountain подписал договор с первой в мире наземной омаровой фермой Norwegian Lobster Farm на поставку отработанного тепла из ЦОД DC1-Stavanger. «С практической точки зрения это означает, что мы сможем увеличить масштабы производства, снизить технические риски и сэкономить как на капитальных, так и на эксплуатационных расходах, в дополнение к экологическим преимуществам, конечно» — отметил директор фермы Асбьерн Дренгстинг (Asbjørn Drengstig).

Наземное разведение омаров является сложной задачей, но рыночные перспективы очень велики огромны. Особенно с учётом того, что популяция омаров в Европе сокращается. Поэтому технология наземного выращивания омаров разрабатывалась Norwegian Lobster Farm в течении нескольких лет при финансовой поддержке Европейского Союза по программе «Горизонт 2020».

Источник изображений: Green Mountain

В итоге на её предприятиях используется технология рециркуляции аквакультуры (RAS), а также передовая робототехника, системы компьютерного зрения и автоматический непрерывный мониторинг каждого отдельного омара. Благодаря такой заботе омары вырастают размером с тарелку. Для оптимального роста омару необходима температура морской воды 20 °С, и как раз такая температура получается после охлаждения IT-оборудования ЦОД. Поэтому сточные воды СЖО можно направить непосредственно на ферму.

Система мониторинга омаров

Наибольшая эффективность может быть достигнута, если ферма будет построена в непосредственной близости от центра обработки данных. Отметим, что совместный прокет Green Mountain и Norwegian Lobster Farm весьма удачно вписывается в инициативу норвежских властей, которые планируют обязать дата-центры и другие промышленные предприятия отдавать «мусорное» тепло на общественные нужды.

Дата-центр DC1-Stavanger

DC1-Stavanger использует для охлаждения морскую воду из фьорда с температурой 8 °С. После прохождения контуров охлаждения ЦОД нагретая вода сбрасывается обратно во фьорд. По словам генерального директора Green Mountain, Кристиана Гиланда ( Kristian Gyland), компания долгое время изучала различные способы повторного использования отработанного тепла, но большая часть из них не подходили из-за особенностей расположения дата-центра.

Например, если дата-центры построены в городских жилых районах, вырабатываемое ими тепло можно использовать для обогрева домов. Однако расположение DC1-Stavanger в малонаселённом месте делает централизованное отопление бессмысленной затеей. С другой стороны, проект наземных омаровых ферм в этом случае подходит как нельзя лучше. «Мы надеемся, что сможем распространить эту и подобные концепции и на наши будущие объекты», — прокомментировал Гиланд.

В рамках проекта «Устойчивый тропический дата-центр» (STDC) будут протестированы новые методы охлаждения оборудования ЦОД с целью снижения нагрузки на сингапурскую электросеть. Необходимость в этом назрела, поскольку на Сингапур приходится около 60% центров обработки данных Юго-Восточной Азии и они потребляют уже 7% всей доступной стране электроэнергии. Несмотря на растущий спрос, властям пришлось наложить мораторий на строительство новых объектов.

Тестовая площадка STDC, которая разместится на территории кампуса Kent Ridge Национального университета Сингапура (NUS). Она позволит испытать конструкцию теплообменника с влагопоглощающим покрытием и систему StatePoint, которую Facebook✴ и Nortek разработали для тропических районов. Также будет рассмотрен вариант гибридного охлаждения на уровне чипов и система динамического управления охлаждением на основе цифровых двойников и алгоритмов искусственного интеллекта (ИИ).

newswise.com

Исследователи планируют выяснить, может ли теплообменник, покрытый адсорбентом, улучшить непрямое испарительное охлаждение в условиях тропического климата. Тестирование такой системы в реальных условиях эксплуатации необходимо для последующего безопасного внедрения на коммерческих объектах. А гибридное охлаждение чипов должно повысить надёжность, поскольку систему воздушного охлаждения можно использовать во время обслуживания водяного контура.

ntu.edu.sg

Также будут исследованы возможности «Тропического ЦОД с воздушным охлаждением 2.0» — обновлённой версии системы, проектирование которой было начато в 2017 году. Она способна эффективно работать при повышенных температуре воздуха и влажности, что позволяет снизить энергопотребление оборудования воздухоподготовки.

На уровне государства создание стенда для испытаний инновационных систем охлаждения поддержали национальный исследовательский фонд (NRF) и Агентство развития информационных технологий (IMDA). На реализацию проекта суммарно выделено $17 млн.

ntu.edu.sg

Крупнейшим частным инвестором стала Facebook✴, которая ещё в 2018 году выбрала Сингапур для размещения крупного 11-этажного ЦОД мощностью 150 МВт. Энергию для него предоставят солнечные электростанции местной компании Sunseap, расположенные на крышах домов и воде. Энергоэффективность (PUE) объекта планируется на уровне 1,19. Для этого и нужна будет система жидкостного охлаждения StatePoint.

Участники проекта надеются, что все эти технологии в совокупности помогут снизить энергопотребление в индустрии центров обработки данных на 40%, если они будут внедрены во всём тропическом регионе. Учитывая высокую долю ископаемого топлива в местной электроэнергетике, это позволит сократить выбросы парниковых газов на 25%.

Компания Nautilus Data Technologies, специализирующаяся на плавучих центрах обработки данных, объявила о том, что построит новый ЦОД на территории бывшей бумажной фабрики в Миллинокете (США, штат Мэн). Его энергетические потребности в 60 МВт полностью будут обеспечены местной гидроэлектростанцией. А система водяного охлаждения, питаемая из резервуара ГЭС, позволит сократить до 70% потребление энергии на охлаждение и до 30% выбросы CO₂ в атмосферу.

Запатентованная компанией двухконтурная система охлаждения позволит рециркулировать воду без загрязнения водоёма. А для достижения ещё более низкого показателя PUE, ЦОД разместится ниже водохранилища ГЭС, чтобы поток воды для охлаждения поступал под действием силы тяжести, а не требовал дополнительных насосов.

Wikimedia: The Great Northern Paper Mill in the early 20th century

Предприятие получит федеральные налоговые льготы, так как Миллинокет — один из экономически неблагополучных населённых пунктов. Для их преобразования в зоны «благоприятных возможностей» власти применяют финансовые стимулы, вплоть до освобождения от уплаты налогов компаний, инвестирующих в развитие общества. ЦОД Nautilus — первый, который будет построен в подобной зоне. Его клиентами станут местные предприятия: лаборатория Джексона и Торговая палата штата Мэн.

Возможность создания большого кампуса ЦОД вкупе с недорогой электроэнергией, вероятно, привлечет также гиперскейлеров и облачных провайдеров. Местная оптоволоконная сеть Three-Ring Binder, построенная в 2012 году, сможет обеспечить с транзитом через Бостон подключение с низкой задержкой к другим крупным узлам, включая Нью-Йорк, Чикаго и Лондон.

Компания Nautilus приобрела комплекс площадью 13 акров, расположенный на месте бывшей фабрики, в 99-летнюю аренду у местной некоммерческой организации Our Katahdin. Первый этап проекта стоимостью $300 млн, как ожидается, будет завершён к концу 2022 года.

Строительство нового дата-центра Microsoft в Холландс-Крон (Hollands Kroon), общине в нидерландской провинции Северная Голландия, вызвало противодействие местных жителей, узнавших о том, что такие объекты могут вызвать нехватку питьевой воды. В связи с этим Организация сельского хозяйства и садоводства (LTO), представляющая интересы более 35 000 сельскохозяйственных предпринимателей, обжаловала выдачу разрешение Microsoft.

По данным газеты De Telegraaf, принадлежащие Microsoft и Google дата-центы на территории бизнес-парка Agriport A7 используют 525 м³ питьевой воды в час, что составляет 4,6 млн м³ в год, а для реализации планов по строительству пяти новых объектов потребуется ещё 10 млн м3 воды в год. Как сообщает De Telegraaf, внутренние документы муниципалитета предупреждают, что при экстремальных погодных условиях может возникнуть нехватка пресной воды.

Согласно ресурсу Hortidaily, в ответ на критику Microsoft сообщила телеканалу EenVandaag, что она будет охлаждать свои ЦОД дождевой водой, а излишки отдавать местным теплицам. Microsoft обратилась за помощью к компании ECW Energy, которая уже пятнадцать лет занимается вопросами использования дождевой воды. По словам Роберта Кильстра (Robert Kielstra) из ECW Energy, Microsoft требуется лишь около 30 % всего объёма воды, который она могла бы собрать на своих объектах в Agriport для охлаждения, а оставшуюся часть можно было бы поставлять в теплицы.

Фото: Microsoft

Вода в Нидерландах очень дешёвая, и сбор и поставки дождевой воды обойдётся Microsoft гораздо дороже её потребления, но компания предпочла выбрать этот путь, чтобы избавиться от давления со стороны властей и жителей региона — в связи с жалобой фермеров Microsoft потенциально может столкнуться с судебным разбирательством. В настоящее время компания строит свой второй центр обработки данных в Холландс-Крон.

Когда речь заходит об экологичности дата-центров, то чаще всего говорят об их энергопотреблении и о переходе на «зелёные» источники энергии. Однако потребление чистой и отвод или очистка отработанной воды ЦОД — не менее острый вопрос. В США Microsoft профинансировала создание установки для очистки и повторного использования воды в её дата-центрах в Массачусетсе, а в Аризоне корпорация строит новый, дружественный к экологии облачный регион. Здесь, согласно планам, к 2030 году Microsoft будет отдавать большей чистой воды, чем потребляет сама.

В соответствии с принятой Google стратегией по углеродно-нейтральному статусу своих дата-центров, компания планирует к 2030 году полностью перейти на возобновляемые источники электроэнергии. Сложность перехода заключается в том, что многие такие источники работают не постоянно и зависят от погодных условий и времени суток. Google решает эту проблему, перемещая «подвижные» задачи между ЦОД в разных регионах в зависимости от текущего уровня доступности в них «зелёной» энергии.

К «подвижным» Google относит такие задачи, которые не критичны к задержкам или к требованиям национальных законодательств о суверенитете данных. Это, в первую очередь, кодирование, анализ и обработка мультимедийных файлов, загружаемых в YouTube, Google Photos и Gоogle Drive. А вот нагрузки клиентов Google Cloud остаются в том ЦОД, в котором они были запущены.

Фото: Google

Перемещение данных между дата-центрами в режиме реального времени требует сложного ПО и большого запаса пропускной способности. Распределение нагрузки между регионами происходит с помощью интеллектуальной платформы Google, которая составляет прогнозы на день вперёд: насколько сильно тот или иной ЦОД будет нуждаться в электроэнергии из традиционных источников, каковы средняя почасовая «углеродоемкость» местной электросети и ее изменения в течение дня.

На основе этих данных система перераспределяет нагрузку на ЦОД, расположенных в регионах с временным избытком «зелёной» энергии. При этом такие перемещения остаются прозрачными и незаметными для конечных пользователей — они могут продолжать выполнять необходимые им задачи (смотреть потоковое видео, загружать фотографии, пользоваться картами и т.д.) в обычном режиме.

Фото: Google

Google заявила, что поделится своей методологией и результатами работы с отраслью в ближайших научных публикациях. «Мы надеемся, что наши результаты вдохновят другие организации на развертывание собственных версий платформы, учитывающей углеродные выбросы, и вместе мы сможем стимулировать переход к экологически чистой энергетике во всем мире», — заявили в компании.

В прошлом году компания Microsoft также объявила о планах по снижению выбросов углекислого газа к 2030 году и начала отслеживать влияние на климат своих поставщиков, а Amazon и Apple закупили значительное количество возобновляемой энергии для своих центров обработки данных. Сама же Google пытается освоить новые источники «зелёные» энергии — геотермальные.

Производитель OCP-систем ITRenew объединил усилия с голландским облачным хостинг-провайдером Blockheating, чтобы предложить контейнеризированные дата-центры «всё-в-одном», которые поставляют ненужное тепло в теплицы.

Blockheating производит микро-ЦОД с жидкостным охлаждением, благодаря чему «мусорное» тепло может передаваться с водой (t°=65 °C) в близлежащие теплицы. В рамках партнёрства контейнеры будут укомплектованы стоечными серверами и системами хранения Sesame от ITRenew. Согласно совместному заявлению компаний, в Нидерландах имеется более 3700 га коммерческих теплиц.

Один микро-ЦОД может обогревать два гектара теплиц летом и полгектара зимой. Этого, по словам Blockheating, достаточно для выращивания тонны помидоров в год. Что более важно, тепло, выделяемое в виде отходов ЦОД, обходится намного дешевле природного газа, сжигаемого фермерами для обогрева теплиц.

Blockheating заявила о разработке «нового способа водяного охлаждения серверов», который делает его рентабельным. В 2019 году компания провела испытания тестового ЦОД мощностью 60 кВт в Венло, недалеко от границы с Германией (на фото выше). Сейчас решения Blockheating имеют мощность 200 уже кВт. Поскольку они охлаждаются жидкостью, это устраняет потребность в установке оборудования для кондиционирования воздуха и повышает энергоэффективность.

Blockheating

В свою очередь системы ITRenew Sesame, устанавливаемые в микро-ЦОД, используют б/у-оборудование гиперскейлеров вроде Facebook✴ и Microsoft. Таким образом, снижается стоимость покупки и владения, почти на четверть сокращаются выбросы CO₂ и объёмы электронного мусора, связанные с ИТ-индустрией.

Администрация Куинси (Массачусетс) планирует запустить летом следующего года установку по очистке сточных вод ЦОД при финансовой поддержке Microsoft. Основным пользователем установки будет корпорация, так как департамент экологии города сообщил, что именно её ЦОД способствуют слишком высокой концентрации минералов на существующих станциях очистки сточных вод.

Очищенная вода будет возвращаться в ЦОД для повторного использования. Microsoft управляет ЦОД мощностью в сотни мегаватт в своем кампусе площадью 270 акров (109 га) в западном Куинси.

Глава администрации города Пэт Хейли (Pat Haley) отметил, что финансирование строительства установки возложено полностью на Microsoft, так как уровень примесей в сточных водах её ЦОД превышает установленные нормы. По его словам, стоимость проекта исчисляется миллионами долларов.

В результате будет построено совершенно новое «Центральное сооружение для повторного использования сточных вод», «предназначенное специально для очистки воды, поступающей в результате обратной промывки системы охлаждения ЦОД, которую вы не можете отправить в другую систему очистки, потому что это нарушит процесс очистки», — сообщил Хейли.

Хотя Microsoft будет основным арендатором установки, мэрия будет поощрять подключение к системе очистки ЦОД других провайдеров, которым придётся оплачивать прокладку трубопроводов и нести другие стандартные операционные расходы. В числе владельцев дата-центров в этом районе Хейли назвал Intuit, Vantage и Yahoo, отметив при этом, что не все компании используют для систем охлаждения воду. Другие же используют воду для охлаждения четыре или пять раз, прежде чем слить её обратно в городские магистрали для очистки.