قوى الطبيعة
تتبع الجذور
تُعد مطالبة أحد الأشخاص بتقديم وصف مرئي لمفهوم مصطلح “السحابة” أو خدمات الحوسبة السحابية مشابهة تمامًا لمطالبة هذا الشخص بتقديم وصف مرئي للهواء من حولنا. أصبح من غير الممكن أداء المهام اليومية مثل إرسال وتلقي الطلبات من خلال الإنترنت واستخدام تطبيقات المراسلة ووسائل التواصل الاجتماعي بدون السحابة والخدمات التي تقدمها، ولكن من الصعب وصفها ببعض الكلمات.
ومع ذلك، توجد أوجه تشابه بين السحابة والهواء يسهل فهمها. نحن نعلم أن السحابة موجودة دائمًا من حولنا تمامًا مثل الهواء. كما نعلم أنه بدونها، ستكون الحياة صعبة للغاية، ونعلم أنه على الرغم من أن كلاهما غير مرئي لنا، إلا أنهما يحملان عناصر لا تقدر بثمن. بالنسبة للهواء، هذه المكونات هي في الغالب جزيئات النيتروجين والأكسجين، أما بالنسبة للسحابة فهي بياناتنا.
لكن هذا الفهم المبسط لا يؤدي إلا إلى المزيد من الحيرة والتساؤلات.
كيف وصلت بياناتنا إلى السحابة في المقام الأول؟ وإلى أين تذهب البيانات من السحابة؟ وأين يتم تخزينها، وكيف تكون متاحة على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع؟
الإجابة على هذه الأسئلة المجردة هي في الواقع إجابة ملموسة وواقعية للغاية تتمثل في مراكز البيانات.
تمثل مراكز البيانات العمود الفقري لعمل سحابة Microsoft Cloud وخدماتها. فهي البنية التحتية الفعلية التي تضم وتحتفظ بآلاف الخوادم التي تخزن وتنقل بياناتنا عبر السحابة. كما توفر مصدرًا ثابتًا للإمداد بالطاقة بالإضافة إلى البيئة النظيفة والباردة اللازمة للحفاظ على تشغيل الخوادم.
تقول Noelle Walsh، نائبة رئيس شركة Microsoft للعمليات السحابية والابتكار: “نشغّل حاليًا أكثر من 300 مركز بيانات في أكثر من 34 دولة. تبلغ مراكز البيانات لدينا مساحة تعادل حوالي 700 ملعب كرة قدم”.
يتزايد الطلب على الخدمات السحابية بشكل كبير عامًا بعد عام، ويرجع ذلك بشكل جزئي إلى الطفرة الأخيرة التي شهدها استخدام الذكاء الاصطناعي على مستوى العالم، مما يعني أن البنية التحتية لمراكز البيانات التابعة لشركة Microsoft كان عليها أيضًا أن تنمو بوتيرة سريعة.
أحد الاعتبارات الرئيسية الواجب مراعاتها لهذا النمو الهائل هو كيف يمكن لمراكز البيانات أن تلبي الطلب العالمي المتزايد على الحوسبة السحابية بطريقة مستدامة مع التأكد من إحداث أقل تأثير ممكن على البيئة والمجتمع.
تستخدم مراكز البيانات الطاقة الواردة من نفس الشبكة الكهربائية التي تزود المنازل والمكاتب وإشارات المرور بالطاقة. ونظرًا لأنها يجب أن تعمل باستمرار، فقد كانت المولدات الاحتياطية التي تعمل بالديزل ومصادر الطاقة غير المنقطعة التي تعمل ببطاريات الرصاص الحمضية هي الدعامة الأساسية لعمليات التشغيل في حالات انقطاع التيار الكهربائي.
بالإضافة إلى ذلك، ونظرًا لأن الحجم الفعلي لمراكز البيانات يمكن أن يكون كبيرًا للغاية، فإنها تترك أثرًا بيئيًا يمكن التغلب عليه في المناطق التي تُنشئ فيها.
تقول Walsh: “ينطوي جزء أساسي من عملنا اليومي على تحسين تصميم وكفاءة تشغيل مراكز البيانات لدينا لتقليل عدد الموارد الطبيعية التي نستخدمها. ونحن نقوم بذلك من خلال جعل الاستدامة أساس عملنا مع سعينا في نفس الوقت للوفاء بالتزاماتنا، ومن خلال التعديل المستمر لعملياتنا اليومية لتقليل تأثيرنا على البيئة”.
النهج الأساسي القادر على تحسين قدرة مراكز البيانات على الوفاء بمتطلبات تحقيق الاستدامة هو الابتكار. تعاونا مع فرق الأبحاث والتطوير الداخلية ومع خبراء من جهات خارجية بغرض وضع ممارسات وسياسات داخلية تعد بمثابة أمثلة واضحة في مجال عملنا على فوائد اختبار وتطبيق نُهج جديدة لإنشاء هذه المواقع وتشغيلها.
السعي للوجود بالجوار دون التأثير سلبًا على البيئة المحيطة
تستند نقطة انطلاق الابتكار في مركز بيانات Microsoft إلى 3.8 مليار سنة من الأبحاث والتطوير في مجال الطبيعة لحل تحديات التصميم الحديثة بشكل مستدام. تعد Kaitlin Chuzi، مديرة قسم مُحاكاة الطبيعة والنظم البيئية المتقدمة، واحدة من الرواد الرئيسيين في هذا المجال.
تقول Chuzi: “عند الانتهاء من إنشاء أي مبنى، يوجد تأثير سلبي على البيئة، لذا، نعمل على التخفيف من حدة هذه التأثيرات. الشيء الأكثر أهمية هو السعي لتصميم الموقع بشكل شامل ومنهجي يراعي النظام البيئي المحيط بالموقع”.
تعمل Kaitlin وفريقها من الخبراء في مجال محاكاة وتقليد الطبيعة على استنباط واستخدام حلول مستمدة من حياة النباتات والحيوانات والعناصر التي ظهرت بشكل طبيعي على مدى ملايين السنين من التطور. يمكن الاستفادة من محاكاة الطبيعة لإعادة تشكيل علاقة مراكز البيانات بالكوكب ونُظمه البيئية. يتعلق الأمر كله بالتوافق مع المجتمعات القائمة التي تعمل فيها المواقع والمساهمة فيها بشكل إيجابي.
على سبيل المثال، نجحت بعض المواقع بتحويل أحواض احتجاز مياه الأمطار التقليدية إلى أراض رطبة من صنع الإنسان تساعد في تصفية المياه وتحسين جودتها، مما يخلق موائل لأنواع الكائنات الحية المحلية تستطيع العيش فيها. ويستكشف آخرون استخدام زجاج مخصص لحجب الأشعة فوق البنفسجية يحاكي خصائص إنزيمات الأشعة فوق البنفسجية الموجودة بشبكات العنكبوت التي حدث تطور للطيور بمرور الوقت وأصبحت قادرة على اكتشافها وتجنبها، مما يقلل من حالات اصطدام الطيور بالمباني.
تطورت الطيور بمرور الوقت لتصبح قادرة على اكتشاف إنزيمات الأشعة فوق البنفسجية الموجودة في بعض شبكات العنكبوت وتجنبها. ولتقليل عدد حوادث اصطدام الطيور بالنوافذ، تعمل Kaitlin وفريقها على استكشاف إمكانية دمج زجاج من نوع خاص للأشعة فوق البنفسجية يحاكي خصائص ذلك الإنزيم.
كانت الطبيعة خير مُعلم لطرق جعل مراكز البيانات أكثر انسجامًا مع البيئة المحيطة بها بدءًا من الجدران الخضراء المزروعة بالنباتات العمودية التي تُزيد من التنوع البيولوجي وحتى الأرصفة المصنوعة من مواد تتمتع بالنفاذية لتسمح لمياه الأمطار بالتسرب إلى الأرض.
كما وفرت المواد المستخدمة في بناء مراكز البيانات فرصًا رائعة لتعزيز الوفاء بالتزامات تحقيق الاستدامة من خلال الابتكار.
“وبالتالي، إذا استخدمنا موطنًا مرجعيًا صحيًا وسليمًا كمعيار، فإننا سنضمن أن هذا النظام يتمتع بوظائف النظام البيئي بنسبة 100٪. تُظهر نماذجنا الأولية أنه يمكننا تصميم مراكز بيانات تحافظ على هذه الوظائف بنسبة 75٪.”
Kaitlin Chuzi
تشكل الخرسانة وهي المادة الرئيسية المستخدمة في بناء مراكز البيانات 8٪ من جميع انبعاثات الكربون على مستوى العالم، مما يجعلها واحدة من أكبر المساهمين في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري على الأرض. ولتحقيق تخفيضات أكبر في انبعاثات الكربون، تقوم Microsoft بتجربة مزيج جديد من الخرسانة باستخدام الزجاج المعاد تدويره، مما سيقلل الكربون في هياكل الألواح بمقدار النصف تقريبًا. وهناك مشروع تجريبي آخر على نطاق المختبرات، بالتعاون مع شركة Prometheus Materials، يستخدم مواد هيكلية مصنوعة من الحجر الجيري والخرسانة القائمة على الطحالب، والتي من المحتمل أن تقلل الكربون في المنشآت إلى ما يقرب من الصفر.
لكن ابتكار حلول مستدامة لمعالجة ما يحدث خارج مركز البيانات وحوله لا يمثل سوى نصف الجهد المطلوب. فما يحدث في الداخل لا يقل أهمية، وبشكل أكثر تحديدًا، ما يتعلق بطرق الحفاظ على الإمداد بالطاقة كل يوم، على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، في جميع هذه المواقع. فحتى أي انقطاع للطاقة يدوم لفترة قصية قد يتسبب في آثار مضاعفة هائلة على البنية التحتية السحابية بأكملها.
تتولى Audrey Lee، كبيرة مديري استراتيجية الطاقة في مراكز البيانات، مهمة إيجاد “طرق” لتنفيذ هذه المهمة الضخمة يوميًا. تشرف أودري على التخطيط والاستراتيجية المعقدة المتعلقة بتوفير الطاقة لمراكز البيانات، وتحديد كيفية تأثير هذا الاستخدام على المجتمعات التي تشترك معها في شبكة الكهرباء.
تقول لي: “كانت مراكز بيانات Microsoft تحتاج إلى جزء صغير من طاقة الشبكة في أوقات سابقة. ولكن مع زيادة الطلب عليها، أصبحنا بحاجة إلى حصة أكبر من طاقة الشبكة، لذا من المهم فهم مدى تأثيرنا”.
ولفهم طبيعة هذا الطلب المتزايد على الشبكة بشكل أفضل، سواء في الوقت الحالي أو في المستقبل، يستخدم الفريق الذي تترأسه أودري نهجًا يسمى عمل نماذج لاستخدام الشبكة، والذي يتنبأ باستخدام الشبكة بحيث يمكن التخطيط له بشكل مناسب ومستدام وفي الوقت المناسب.
على الرغم من أن Microsoft ليست شركة متخصصة في مجال الطاقة، إلا أنها، من أوجه عديدة، شركة تتضمن بنية تحتية هائلة، وبالتالي تصبح الطاقة موردًا لا يقدر بثمن لأي بنية تحتية سحابية. ولهذا السبب، تعد ممارسات الطاقة المستدامة وإحداث تأثير إيجابي على المجتمع من المسؤوليات الرئيسية للشركة.
إحدى الطرق التي يتم من خلالها إحداث تأثير إيجابي على المجتمع هي القدرة على استقرار الشبكة الكهربائية والمساهمة فيها.
أوضحت لي أنه مع زيادة استهلاك الكهرباء، قد لا يتطابق دائمًا مقدار العرض والطلب فيما يتعلق بطاقة الشبكة الكهربائية. تمتلك Microsoft أنظمة إمداد تعمل بالبطاريات دون انقطاع كنظام احتياطي في حالة انقطاع التيار الكهربائي عن الشبكة، والتي يمكنها توفير الخدمة مرة أخرى للشبكة عن طريق تحويل بعض الطلب على الكهرباء في مراكز البيانات بشكل مؤقت إلى تلك البطاريات، وهو الأمر الذي يدعم استقرار الشبكة.
وقد ثبت أن تطوير مصادر طاقة بديلة لتلك الأنظمة الاحتياطية، فضلاً عن أنظمة تبريد الخوادم داخل مراكز البيانات، يمثل فرصة رائعة أخرى لدعم الابتكار.
الابتكار من خلال لطبيعة
مُحاكاة الطبيعة
الخلاصة من مُحاكاة الطبيعة هي استنباط الحلول من أقدم معلم في التاريخ وهو الطبيعة. فضمن الطبيعة، توجد حلول بديهية خالدة يمكن محاكاتها وتطبيقها لحل المشكلات المعاصرة التي تواجهنا. وهذه هي الطريقة التي نعزز بها الوظائف البيئية لمراكز البيانات نفسها.
الهيدروجين الأخضر
يتم إنتاج الهيدروجين الأخضر من خلال عملية تسمى التحليل الكهربائي، حيث يتم فصل الهيدروجين عن جزيئات الماء دون انبعاث أي منتجات ثانوية ضارة. وستكون جهود Microsoft الرامية لتوسيع نطاق تشغيل مجموعة مراكز البيانات باستخدام هذا النوع من الطاقة الهيدروجينية هي الأولى من نوعها في قطاع الطاقة على مستوى العالم.
استقرار الشبكة
مع زيادة معدلات استهلاك الكهرباء، قد لا يتطابق العرض والطلب في جميع الأحيان. إن المساعدة على تحقيق هذا التوازن هو جوهر ضمان استقرار الشبكة الكهربائية. تتمتع مراكز البيانات بنظام إمداد طاقة احتياطي غير منقطع يعمل دائمًا في حالة انقطاع التيار الكهربائي. من الممكن تحويل بعض طلبنا على الكهرباء إلى هذه المصادر من الطاقة عندما يكون هناك طلب أكبر على الشبكة، مما يدعم استقرارها.
Sonia Maleky، مديرة تكنولوجيا الهيدروجين
مستقبل قائم على لابتكار
تقول Sonia Maleky، مديرة تكنولوجيا الهيدروجين في Microsoft: “لقد تم الترويج لتكنولوجيا خلايا وقود الهيدروجين على نطاق أصغر، لكن Microsoft هي هي أول شركة تثبت قدرتها على توليد عدة ميجاواتات على نطاق واسع لتشغيل مراكز البيانات، ولتحل محل المولدات الاحتياطية التي تعمل بالديزل والتي تدعم التشغيل المستمر في حالات انقطاع التيار الكهربائي وغيرها من حالات توقف الخدمة”.
يتميز الهيدروجين الأخضر بإمكانية الاعتماد عليه كمصدر للطاقة المستدامة المثالي في مختلف مجالات العمل، ويشمل ذلك مراكز البيانات والمباني التجارية والمستشفيات. تجمع خلايا الوقود PEM بين الهيدروجين والأكسجين في تفاعل كيميائي يؤدي لإنتاج الكهرباء والحرارة والماء، دون احتراق أو إنتاج جسيمات أو انبعاثات كربونية.
يعمل فريق العمل الذي تترأسه Sonia على ابتكار حلول طاقة جديدة من شأنها تغيير قطاع الطاقة كما نعرفه اليوم. إن إثبات فعالية استخدام الهيدروجين الأخضر على نطاق كبير سيؤدي إلى تعزيز الاستدامة داخليًا وسيمثل قدوة قوية للشركات الأخرى التي لديها أهداف والتزامات مماثلة واتباعهم لنفس الطريقة.
“نحن بحاجة إلى اقتصاد قوي للهيدروجين الأخضر يشمل توريد الهيدروجين الأخضر وخلايا وقود الهيدروجين وتخزين الهيدروجين من أجل التطبيق الناجح لحلول مولدات وقود الهيدروجين كخيارات قابلة للتطبيق للإمداد بطاقة احتياطية والمضي قُدمًا في التحول للاعتماد على حلول خالية من الانبعاثات الضارة.”
Sonia Maleky
هناك ابتكار آخر قيد التطوير لا يقل إثارة عن خلايا الوقود الهيدروجينية، وهو تكنولوجيا الألواح الباردة. وقد أدى تطبيق هذه التكنولوجيا، التي تعيد تدوير المياه الساخنة المستخرجة من أنظمة التبريد لتصبح مياه باردة، إلى زيادة كفاءة أنظمة Microsoft بنسبة 90% مقارنةً بالأنظمة التقليدية. وفي النهاية، سيصبح هذا نظامًا مغلقًا بشكل تام لا يحتاج أبدًا إلى مياه من مصادر خارجية.
بالإضافة إلى إعادة تدوير المياه واستغلالها في أنظمة التبريد، يستطيع برنامج “المراكز المعتمدة على التدوير” الأول من نوعه إعادة استخدام وتوظيف الأجهزة الموجودة في مراكز البيانات، وهو على الطريق الصحيح لاستخدام خوادم معاد تدويرها بنسبة 90٪ بحلول عام 2025.
يتضح من هذه الجهود الجماعية لابتكار حلول أن مستقبلًا لا يكون فيه لمراكز البيانات تأثير صافٍ على البيئة فحسب، بل يكون له أيضًا تأثير إيجابي، هو أمر في متناول اليد. مع استمرار نمو استخدامات الحوسبة السحابية في جميع أنحاء العالم، ستكون مراكز بيانات Microsoft جاهزة لتلبية هذه الحاجة بأكثر الطرق استدامة.
مصادر وحقوق الصور: Matt Howard و Dave Hoefler و Ivan Bandura و Yogesh Gosav
