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.

Microsoft сообщила, что успешно протестировала использование водородных топливных элементов для резервного питания своих серверов в центрах обработки данных. Это первый шаг к внедрению новых технологий, исключающих использование дизельного топлива в системах аварийного питания.

Водород хранился в резервуарах на трейлерах, припаркованных возле лаборатории в Солт-Лейк-Сити, штат Юта. Такой вариант хранения водорода был продемонстрирован в ходе эксперимента, но в дальнейшем планируется использовать стационарные резервуары. Microsoft намерена прекратить использование дизельного топлива к 2030 году в рамках своих инициатив по снижению вредных выбросов.

В эксперименте использовалась нагрузка в виде 10 стоек облачных серверов Microsoft Azure: в течение 48 часов использовалась 250-КВт система на топливных элементах. Такое время работы от топливных элементов выбрано не случайно, поскольку большинство перебоев в подаче электроэнергии длятся менее 48 часов.

Ранее для подобной задачи использовались шесть дизель-генераторов. Следующим шагом Microsoft планирует испытать систему резервного питания на топливных элементах мощностью 3 МВт, чтобы продемонстрировать как масштабируется система для больших дата-центров.

Дизельные генераторы на данный момент являются оптимальным выбором для большинства ЦОД, однако Microsoft стремится к сокращению выбросов углекислого газа и хочет полностью отказаться от дизельного топлива к 2030 году. Цель амбициозная, но достижимая. Пока основным препятствием к ее осуществлению является цена. Водород сам по себе до сих пор остается дорогим топливом, а его транспортировка и хранения обходятся еще дороже.

Следует также учесть, что водород более взрывоопасен, чем дизельное топливо, поэтому его хранение может стать большой проблемой для дата-центров, расположенных в крупных городах. Кроме радикальных мер по переводу аварийного питания дата-центров на водород, Microsoft рассматривает и более реальные альтернативы в виде питания генераторов от природного газа, который дает намного меньше выбросов, по сравнению с дизельным топливом, также рассматривается синтетическое дизельное топливо, которое при сгорании выделяет меньше углерода.

Проектами по созданию более экологичных источников питания занимаются и другие компании: Rolls-Royce и Daimler Truck AG разработают топливные элементы для ЦОД, а Keppel и Mitsubishi намереваются создать водородную электростанцию. Ещё одной альтернативой могут стать ёмкие аккумуляторы — оператор Switch для своего дата-центра в Неваде построит комплекс из солнечной электростанции мощностью 127 МВт и модулей Tesla MegaPack суммарной ёмкостью 240 МВт∙ч