Síly přírody
Ke kořenům
Chtít po někom, aby vizuálně popsal „cloud“ nebo služby cloudového computingu, je jako žádat o vizuální popis vzduchu. Každodenní činnosti, jako jsou online objednávky, aplikace pro zasílání zpráv a sociální média, se bez něj neobejdou, ale vyjádřit slovy přesně to, co to je, je složité.
Cloud a vzduch však sdílejí podobné vlastnosti, které jsou snadno uchopitelné. Stejně jako vzduch víme, že cloud je vždy kolem nás. Víme, že by bez něj byl život velmi obtížný, a víme, že i když jsou pro nás oba neviditelní, nesou v sobě některé věci které jsou k nezaplacení. U vzduchu jsou těmito složkami převážně molekuly dusíku a kyslíku, u cloudu jsou to naše data.
Toto základní pochopení však vede jen k dalším otázkám.
Jak se vůbec naše data do cloudu dostala? Kam směřují dál? Kde jsou uloženy a jak je to vše dostupné 24 hodin denně, 7 dní v týdnu?
Odpověď na tyto éterické otázky je ve skutečnosti velmi fyzická a hmatatelná: datová centra.
Datacentra jsou páteří Microsoft Cloudu. Jedná se o fyzickou infrastrukturu, ve které jsou umístěny a udržovány tisíce serverů, které ukládají a přesouvají naše data prostřednictvím cloudu. Poskytují stálý zdroj energie a také čisté a chladné prostředí nezbytné pro udržení serverů v provozu.
„V současné době provozujeme více než 300 datových center ve více než 34 zemích. Plocha našich datových center odpovídá přibližně 700 fotbalovým hřištím,“ říká Noelle Walsh, viceprezidentka pro cloudové operace a inovace Microsoft.
Poptávka po cloudových službách rok od roku exponenciálně roste, částečně kvůli nedávnému nárůstu využití umělé inteligence po celém světě, což znamená, že infrastruktura datových center společnosti Microsoft musela také růst rychlým tempem.
Hlavním hlediskem pro tento růst je, jak mohou datová centra uspokojit rostoucí světovou poptávku po cloud computingu způsobem, který je udržitelný s co nejmenším dopadem na životní prostředí a komunitu.
Datová centra využívají energii ze stejné elektrické sítě, která napájí domácnosti, kanceláře a semafory. Vzhledem k tomu, že musí fungovat neustále, jsou tradičně základem provozu v případě výpadku proudu záložní generátory na naftu a nepřerušitelné zdroje napájení z olověných baterií.
Vzhledem k tomu, že fyzické měřítko datových center může být obrovské, mají navíc překonatelnou ekologickou stopu v oblastech, kde existují.
„Klíčovou součástí naší každodenní práce je zlepšování návrhu a provozní efektivity našich datových center, abychom snížili počet přírodních zdrojů, které využíváme,“ říká Walsh. „Děláme to tak, že udržitelnost je naším základem při plnění našich závazků a neustálým přizpůsobováním našich každodenních operací tak, abychom minimalizovali náš dopad na životní prostředí.“
Základním přístupem ke zlepšení udržitelnosti datových center jsou inovace. Spolupráce s interními týmy a externími odborníky pro výzkum a vývoj, interní postupy a zásady poskytly pro odvětví jasné příklady výhod testování a zavádění nových přístupů k budování a provozu těchto center.
Být dobrým sousedem
Výchozí bod pro inovace v datovém centru společnosti Microsoft čerpá z 3,8 miliardy let výzkumu a vývoje v přírodě, s cílem řešit výzvy moderního designu udržitelným způsobem. Klíčovým lídrem v této práci je Kaitlin Chuzi, ředitelka Biomimicry & Advanced Ecosystems.
„Když se staví jakákoli budova, vznikají ekologické náklady, takže pracujeme na tom, abychom tyto problémy zmírnili,“ říká Chuzi. „Důležité je, abychom centrum navrhli holisticky a systematicky s ohledem na místní ekosystém.“
Kaitlin a její tým jsou odborníci na biomimetiku, využívající a napodobující řešení rostlin, zvířat a prvků, které se přirozeně projevily v průběhu milionů let evoluce. Využití biomimetiky může přetvořit vztah datových center k planetě a jejím ekosystémům. Jde o to být v souladu se stávajícími komunitami, ve kterých centra působí, a pozitivně k nim přispívat.
Některá centra například přeměnily tradiční retenční nádrže na dešťovou vodu na umělé mokřady, které pomáhají filtrovat a zlepšovat kvalitu vody a vytvářet biotopy pro život místních druhů. Jiní zkoumají využití speciálního UV skla, které napodobuje vlastnosti UV enzymů v pavučinách, které ptáci vyvinuli, aby je detekovali a vyhýbali se jim, čímž se snižuje počet případů, kdy ptáci narazí do budov.
Ptáci se vyvinuli tak, aby byli schopni detekovat a vyhýbat se UV enzymům, které se nacházejí v některých pavučinách. Aby se snížil počet případů, kdy narazí do oken, Kaitlin a její tým zkoumají integraci speciálního UV skla, které napodobuje vlastnosti tohoto enzymu.
Od zelených stěn s vertikální vegetací, které zvyšují biologickou rozmanitost, až po propustnou dlažbu, která umožňuje dešťové vodě stékat do země pod ní, je příroda úžasným učitelem způsobů, jak datová centra více sladit s okolním prostředím.
Materiály používané k výstavbě datových center také poskytly skvělé příležitosti k dalším závazkům udržitelnosti prostřednictvím inovací.
„Pokud jako měřítko použijeme zdravé, neporušené referenční stanoviště, má tento ekosystém 100% ekosystémovou funkci. Naše počáteční modely ukazují, že můžeme navrhnout datová centra, která zachovávají 75 % této funkce.“
Kaitlin Chuzi
Beton, klíčový materiál v datových centrech, představuje 8 % všech globálních emisí uhlíku, což z něj činí jednoho z největších přispěvatelů skleníkových plynů na Zemi. Aby společnost Microsoft dosáhla většího snížení emisí uhlíku, pilotně testuje novou betonovou směs využívající recyklované sklo, která sníží uhlík v konstrukcích přibližně o polovinu. Další pilotní projekt v laboratorním měřítku ve spolupráci se společností Prometheus Materials využívá konstrukční materiály vyrobené z vápence a betonu na bázi řas s potenciálem snížit uhlík v instalacích téměř na nulu.
Inovace udržitelných řešení pro to, co se děje venku a kolem datového centra, je však jen polovina práce. To, co se děje uvnitř, je stejně důležité; Přesněji řečeno, jak udržet elektřinu zapnutou každý den, 24 hodin denně, 7 dní v týdnu, na všech těchto místech. I ten nejkratší výpadek proudu by způsobil obrovské dominové efekty v celé cloudové infrastruktuře.
Každodenními otázkami „jak“ tohoto obrovského úkolu dosáhnout se zabývá Audrey Lee, vrchní ředitelka energetické strategie datových center. Audrey dohlíží na komplexní plánování a strategii spojenou s pořizováním energie pro datová centra a určuje, jak toto využití ovlivňuje komunity, se kterými sdílejí síť.
„Historicky datová centra společnosti Microsoft potřebovala menší kapacitu elektrické sítě. S rostoucí poptávkou jsme však potřebovali větší podíl na elektrické síti, takže je důležité pochopit náš dopad,“ říká Lee.
Aby lépe porozuměl této zvýšené poptávce po síti, nyní i v budoucnu, využívá Audreyin tým přístup zvaný modelování sítě, který předpovídá využití sítě tak, aby ji bylo možné vhodně, udržitelně a co nejvčasněji naplánovat.
Microsoft sice není energetická společnost, ale v mnoha ohledech je to infrastrukturní společnost a neocenitelným zdrojem pro jakoukoli cloudovou infrastrukturu je energie. To je důvod, proč jsou udržitelné energetické postupy a pozitivní dopad na komunity hlavními povinnostmi společnosti.
Jedním ze způsobů, jak dosáhnout pozitivního dopadu, je stabilizace elektrické sítě a přispívání zpět do sítě.
Lee vysvětlila, že s rostoucí spotřebou elektřiny se poptávka a nabídka energie v elektrické síti nemusí vždy shodovat. Společnost Microsoft má jako zálohu pro případ výpadku sítě nepřerušitelné napájecí systémy napájené bateriemi, které mohou poskytovat služby zpět do elektrické sítě tím, že dočasně přesunou část poptávky po elektřině datových center na tyto baterie, čímž podpoří stabilizaci elektrické sítě.
Rozvoj alternativních zdrojů energie pro tyto zálohovací systémy, stejně jako systémy chlazení serverů uvnitř datových center, se ukázala jako další skvělá příležitost pro inovace.
Inovace v souladu s přírodou
Biomimetika
Biomimetika je hlavně o učení se od nejstaršího učitele historie: přírody. Nadčasová řešení která jsou často na první pohled skrytá, ale po nalezení je lze integrovat a napodobit k řešení současných problémů. Takto zlepšujeme ekologickou funkci samotných datových center.
Zelený vodík
Zelený vodík vzniká procesem zvaným elektrolýza, kdy se vodík štěpí z molekul vody bez škodlivých by-produktů. Díky snaze společnosti Microsoft o rozšíření tohoto typu vodíkové energie pro její datová centra bude první v energetickém sektoru na celém světě.
Stabilizace elektrické sítě
Rostoucí spotřeba elektřiny nemusí být vždy v souladu s poptávkou a nabídkou. Pomoc při udržování této rovnováhy je základem stabilizace elektrické sítě. Datová centra mají nepřerušitelný záložní zdroj napájení, který je v případě výpadku vždy v provozu. Je možné přesunout část naší vlastní poptávky po elektřině na tyto energetické zdroje, když je větší poptávka v elektrické síti, což pak podporuje její stabilizaci.
Sonia Maleky, ředitelka pro vodíkovou technologii
Budoucnost poháněná inovacemi
„Technologie vodíkových palivových článků byla komercializována v menším měřítku, ale společnost Microsoft je první, kdo demonstroval výrobu několika megawattů v měřítku pro datová centra, čímž nahradila záložní dieselové generátory, které zajišťují nepřetržitý provoz v případě výpadků proudu a dalších přerušení služeb,“ říká Sonia Maleky, ředitelka pro vodíkové technologie ve společnosti Microsoft.
Zelený vodík má potenciál stát se dokonalým udržitelným zdrojem energie v různých průmyslových odvětvích, včetně datových center, komerčních budov a nemocnic. Palivové články PEM kombinují vodík a kyslík v chemické reakci, která generuje elektřinu, teplo a vodu – žádné spalování, žádné pevné částice a žádné emise uhlíku.
Soniin tým vytváří energetické inovace, které mají potenciál změnit energetický sektor, jak ho známe dnes. Předvádění použití zeleného vodíku v průmyslovém měřítku přinese větší interní udržitelnost a bude silným případem použití pro další společnosti, které mají podobné cíle a závazky.
„Potřebujeme robustní ekonomiku zeleného vodíku, včetně dodávek zeleného vodíku, vodíkových palivových článků a skladování vodíku pro úspěšnou implementaci generátorů vodíkových paliv jako životaschopných záložních energetických možností, abychom se posunuli směrem k řešením s nulovými emisemi.“
Sonia Maleky
Další inovací ve vývoji, která je stejně vzrušující jako vodíkové palivové články, je technologie studených desek. Díky použití této technologie, která recykluje horkou vodu odebranou z chladicích systémů zpět v podobě studené vody, jsou systémy společnosti Microsoft již o 90 % efektivnější než tradiční systémy. Nakonec se bude jednat o zcela uzavřený zacyklený systém, který nikdy nevyžaduje vodu z vnějších zdrojů.
Kromě recyklace vody pro chladicí systémy může první program Cirkulárních center svého druhu znovu použít hardware z datových center a je na dobré cestě k tomu, aby do roku 2025 využíval 90 % recyklovaných serverů.
Z těchto kolektivních snah o inovaci řešení je zřejmé, že budoucnost, ve které budou mít datová centra nejen čistý neutrální dopad na životní prostředí, ale také pozitivní dopad, je na dosah. Vzhledem k tomu, že využití cloud computingu po celém světě neustále roste, datová centra společnosti Microsoft budou k dispozici, k tomu aby tuto potřebu uspokojili tím nejudržitelnějším možným způsobem.
Autoři snímků: Matt Howard, Dave Hoefler, Ivan Bandura, Yogesh Gosavi, Josh Withers
