Δυνάμεις της φύσης
Ιχνηλατώντας τις ρίζες
Αν ζητήσουμε από κάποιον να περιγράψει οπτικά «το σύννεφο» (cloud), ή τις υπηρεσίες υπολογιστικής cloud, είναι σαν να ζητάμε μια οπτική περιγραφή του αέρα. Οι καθημερινές δραστηριότητες όπως οι online παραγγελίες, οι εφαρμογές ανταλλαγής μηνυμάτων και τα μέσα κοινωνικής δικτύωσης δεν μπορούν να υπάρξουν χωρίς αυτό, είναι όμως δύσκολο να περιγράψουμε τι ακριβώς είναι με λέξεις.
Ωστόσο, το cloud και ο αέρας μοιράζονται παρόμοιες ιδιότητες που μπορούμε εύκολα να κατανοήσουμε. Όπως ο αέρας, γνωρίζουμε ότι το cloud είναι πάντα γύρω μας. Γνωρίζουμε ότι χωρίς αυτά, η ζωή θα ήταν πολύ δύσκολη, και γνωρίζουμε ότι αν και είναι αόρατα για εμάς, περιέχουν μέσα τους κάποια ανεκτίμητα πράγματα. Για τον αέρα, αυτά τα συστατικά είναι κυρίως μόρια αζώτου και οξυγόνου, για το cloud είναι τα δεδομένα μας.
Αλλά αυτή η βασική κατανόηση οδηγεί μόνο σε περισσότερα ερωτήματα.
Πώς μπήκαν τα δεδομένα μας στο cloud εξαρχής; Πού πηγαίνουν από εκεί; Πού αποθηκεύονται και πώς είναι διαθέσιμα 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα;
Η απάντηση σε αυτά τα αιθέρια ερωτήματα είναι στην πραγματικότητα πολύ φυσική και απτή: κέντρα δεδομένων.
Τα κέντρα δεδομένων αποτελούν τη ραχοκοκαλιά του Microsoft Cloud. Είναι η φυσική υποδομή που φιλοξενεί και συντηρεί χιλιάδες διακομιστές, οι οποίοι αποθηκεύουν και μετακινούν τα δεδομένα μας μέσω του cloud. Παρέχουν μια σταθερή πηγή ενέργειας καθώς και το καθαρό και δροσερό περιβάλλον που είναι απαραίτητο για τη διατήρηση της λειτουργίας των διακομιστών.
«Επί του παρόντος, λειτουργούμε πάνω από 300 κέντρα δεδομένων σε περισσότερες από 34 χώρες. Ο στόλος των κέντρων δεδομένων μας ισοδυναμεί με περίπου 700 γήπεδα ποδοσφαίρου», λέει η Noelle Walsh, Αντιπρόεδρος του Cloud Operations and Innovation στη Microsoft.
Η ζήτηση για υπηρεσίες cloud αυξάνεται εκθετικά με την πάροδο του χρόνου, εν μέρει λόγω της πρόσφατης αύξησης της χρήσης της τεχνητής νοημοσύνης παγκοσμίως, που σημαίνει ότι η υποδομή κέντρων δεδομένων της Microsoft έπρεπε επίσης να αναπτυχθεί με ταχείς ρυθμούς.
Ένα σημαντικό ζήτημα για αυτή την ανάπτυξη είναι ο τρόπος με τον οποίο τα κέντρα δεδομένων μπορούν να ανταποκριθούν στην αυξανόμενη ζήτηση του κόσμου για υπολογιστική cloud με βιώσιμο τρόπο με τον μικρότερο αντίκτυπο στο περιβάλλον και την κοινότητα.
Τα κέντρα δεδομένων χρησιμοποιούν ενέργεια από το ίδιο ηλεκτρικό δίκτυο που τροφοδοτεί σπίτια, γραφεία και φανάρια. Δεδομένου ότι πρέπει να λειτουργούν συνεχώς, οι εφεδρικές γεννήτριες ντίζελ και οι αδιάλειπτες παροχές ενέργειας με μπαταρίες οξέος μολύβδου αποτελούν παραδοσιακά τον βασικό πυλώνα των λειτουργιών σε περίπτωση διακοπής ρεύματος.
Επιπλέον, επειδή η φυσική κλίμακα των κέντρων δεδομένων μπορεί να είναι τεράστια, έχουν ένα ανυπέρβλητο οικολογικό αποτύπωμα στις περιοχές όπου υπάρχουν.
«Ένα σημαντικό κομμάτι της καθημερινής μας εργασίας είναι η βελτίωση του σχεδιασμού και της λειτουργικής αποτελεσματικότητας των κέντρων δεδομένων μας για τη μείωση του αριθμού των φυσικών πόρων που χρησιμοποιούμε», αναφέρει η Walsh. «Το επιτυγχάνουμε αυτό θέτοντας τη βιωσιμότητα ως βάση των προσπαθειών μας για την εκπλήρωση των δεσμεύσεών μας και προσαρμόζοντας συνεχώς τις καθημερινές μας δραστηριότητες, ώστε να ελαχιστοποιούμε τον αντίκτυπό μας στο περιβάλλον».
Η βασική προσέγγιση για τη βελτίωση της βιωσιμότητας των κέντρων δεδομένων είναι η καινοτομία. Μέσω της συνεργασίας με εσωτερικές ομάδες Έρευνας και Ανάπτυξης (Ε&Α) και εξωτερικούς εμπειρογνώμονες, οι εσωτερικές πρακτικές και πολιτικές έχουν δημιουργήσει σαφή παραδείγματα για τον κλάδο σχετικά με τα οφέλη της δοκιμής και της εφαρμογής νέων προσεγγίσεων για την κατασκευή και τη λειτουργία των εν λόγω εγκαταστάσεων.
Καλή γειτνίαση
Η αφετηρία της καινοτομίας σε ένα κέντρο δεδομένων της Microsoft βασίζεται στα 3,8 δισεκατομμύρια χρόνια έρευνας και ανάπτυξης της ίδιας της φύσης για την επίλυση των σύγχρονων προκλήσεων σχεδιασμού με βιώσιμο τρόπο. Η Kaitlin Chuzi, Διευθύντρια Βιομιμητισμού και Προηγμένων Οικοσυστημάτων, είναι βασική επικεφαλής σε αυτό το έργο.
«Όταν κατασκευάζεται οποιοδήποτε κτίριο, υπάρχει οικολογικό κόστος, οπότε εργαζόμαστε για να μετριάσουμε αυτά τα θέματα», αναφέρει η Chuzi. «Αυτό που έχει σημασία είναι να σχεδιάσουμε ολιστικά και συστημικά την περιοχή λαμβάνοντας υπόψη το τοπικό οικοσύστημα».
Η Kaitlin και η ομάδα της είναι ειδικοί στον βιομιμητισμό, χρησιμοποιώντας και μιμούμενοι λύσεις από φυτά, ζώα και τα στοιχεία που έχουν εκδηλωθεί φυσικά κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων ετών εξέλιξης. Η αξιοποίηση του βιομιμητισμού μπορεί να αναδιαμορφώσει τη σχέση των κέντρων δεδομένων με τον πλανήτη και τα οικοσυστήματά του. Όλα έχουν να κάνουν με το να είσαι συντονισμένος και να συμβάλλεις θετικά στις υπάρχουσες κοινότητες όπου λειτουργούν οι εγκαταστάσεις.
Για παράδειγμα, ορισμένες εγκαταστάσεις έχουν μετατρέψει τις παραδοσιακές λίμνες συγκράτησης ομβρίων υδάτων σε τεχνητούς υγρότοπους που βοηθούν στο φιλτράρισμα και τη βελτίωση της ποιότητας του νερού, δημιουργώντας ενδιαιτήματα για τη διαβίωση τοπικών ειδών. Άλλοι εξετάζουν τη χρήση ειδικού γυαλιού υπεριώδους ακτινοβολίας (UV), το οποίο μιμείται τα χαρακτηριστικά των ενζύμων UV που υπάρχουν στους ιστούς των αραχνών και τα οποία τα πουλιά έχουν εξελιχθεί ώστε να ανιχνεύουν και να αποφεύγουν, μειώνοντας έτσι τα περιστατικά πρόσκρουσής τους σε κτίρια.
Τα πουλιά έχουν εξελιχθεί ώστε να είναι σε θέση να ανιχνεύουν και να αποφεύγουν τα ένζυμα UV που βρίσκονται σε ορισμένους ιστούς αράχνης. Για να μειωθούν τα περιστατικά όπου τα πουλιά προσκρούουν σε παράθυρα, η Kaitlin και η ομάδα της διερευνούν την ενσωμάτωση ειδικού γυαλιού UV που μιμείται τα χαρακτηριστικά αυτού του ενζύμου.
Από τους πράσινους τοίχους με την κάθετη βλάστηση που αυξάνουν τη βιοποικιλότητα έως το διαπερατό πεζοδρόμιο που επιτρέπει στο νερό της βροχής να ρέει στο έδαφος, η φύση έχει διδάξει τρόπους με τους οποίους τα κέντρα δεδομένων μπορούν να εναρμονιστούν καλύτερα με το περιβάλλον
Τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή κέντρων δεδομένων έχουν επίσης προσφέρει μεγάλες ευκαιρίες για περαιτέρω δεσμεύσεις βιωσιμότητας μέσω της καινοτομίας.
«Αν χρησιμοποιήσουμε ως σημείο αναφοράς ένα υγιές, άθικτο ενδιαίτημα, τότε αυτό το οικοσύστημα έχει 100% οικοσυστημική λειτουργία. Τα αρχικά μας μοντέλα δείχνουν ότι μπορούμε να σχεδιάσουμε κέντρα δεδομένων που διατηρούν το 75% αυτής της λειτουργίας».
Kaitlin Chuzi
Το σκυρόδεμα, ένα βασικό υλικό στα κέντρα δεδομένων, ευθύνεται για το 8% των συνολικών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα παγκοσμίως, καθιστώντας το έναν από τους μεγαλύτερους συντελεστές εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου στη γη. Για να επιτευχθεί μεγαλύτερη μείωση των εκπομπών άνθρακα, η Microsoft δοκιμάζει ένα νέο μείγμα σκυροδέματος που χρησιμοποιεί ανακυκλωμένο γυαλί, το οποίο θα μειώσει τις εκπομπές άνθρακα στις δομές πλακών περίπου στο μισό. Ένα άλλο πιλοτικό πρόγραμμα εργαστηριακής κλίμακας, σε συνεργασία με την Prometheus Materials, χρησιμοποιεί δομικά υλικά κατασκευασμένα από ασβεστόλιθο και σκυρόδεμα με βάση τα φύκια με δυνατότητα μείωσης των εκπομπών άνθρακα στις εγκαταστάσεις σχεδόν στο μηδέν.
Ωστόσο, η καινοτομία σε βιώσιμες λύσεις για ό,τι αφορά το εξωτερικό και τον περιβάλλοντα χώρο ενός κέντρου δεδομένων αποτελεί μόνο τη μισή δουλειά. Ό,τι συμβαίνει στο εσωτερικό είναι εξίσου σημαντικό. Πιο συγκεκριμένα, το πώς θα διατηρείται η παροχή ρεύματος αδιάλειπτη, 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα σε όλες αυτές τις εγκαταστάσεις. Ακόμη και η πιο σύντομη διακοπή ρεύματος θα προκαλούσε τεράστιες επιπτώσεις σε ολόκληρη την υποδομή cloud.
Η Audrey Lee, Ανώτερη διευθύντρια Ενεργειακής στρατηγικής κέντρων δεδομένων, ασχολείται καθημερινά με το «πώς» αυτής της τεράστιας αποστολής. Η Audrey επιβλέπει τον περίπλοκο σχεδιασμό και τη στρατηγική που εμπλέκονται στην προμήθεια ενέργειας για τα κέντρα δεδομένων και καθορίζει πώς αυτή η χρήση επηρεάζει τις κοινότητες με τις οποίες μοιράζονται ένα δίκτυο.
«Ιστορικά, τα κέντρα δεδομένων της Microsoft χρειάζονταν μικρότερο μέρος του δικτύου. Ωστόσο, καθώς η ζήτηση αυξήθηκε, χρειαστήκαμε μεγαλύτερο μερίδιο του δικτύου, οπότε είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τον αντίκτυπό μας», λέει η Lee.
Για την καλύτερη κατανόηση αυτής της αυξημένης ζήτησης στο δίκτυο, τώρα και στο μέλλον, η ομάδα της Audrey χρησιμοποιεί μια προσέγγιση που ονομάζεται μοντελοποίηση δικτύου, η οποία προβλέπει τη χρήση του δικτύου, ώστε να μπορεί να προγραμματιστεί κατάλληλα, βιώσιμα και με τον πιο έγκαιρο τρόπο.
Παρόλο που η Microsoft δεν είναι εταιρεία ενέργειας, είναι, από πολλές απόψεις, μια εταιρεία υποδομής και η ενέργεια είναι ένας ανεκτίμητος πόρος για οποιαδήποτε υποδομή cloud. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι πρακτικές βιώσιμης ενέργειας και ο θετικός αντίκτυπος στην κοινότητα αποτελούν σημαντικές ευθύνες της επιχείρησης.
Ένας τρόπος με τον οποίο επιτυγχάνεται θετικός αντίκτυπος είναι μέσω της σταθεροποίησης του δικτύου και της συνεισφοράς ενέργειας πίσω σε αυτό.
Η Lee εξήγησε ότι καθώς αυξάνεται η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, η ζήτηση και η προσφορά ενέργειας στο δίκτυο μπορεί να μην ταιριάζουν πάντα. Η Microsoft διαθέτει συστήματα αδιάλειπτης παροχής ενέργειας που λειτουργούν με μπαταρίες, ως εφεδρικά σε περίπτωση διακοπής του δικτύου. Αυτά τα συστήματα μπορούν να προσφέρουν υπηρεσίες πίσω στο δίκτυο, μεταφέροντας προσωρινά μέρος της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας των κέντρων δεδομένων στις μπαταρίες, συμβάλλοντας έτσι στη σταθεροποίηση του δικτύου.
Η καλλιέργεια εναλλακτικών πηγών ενέργειας για αυτά τα εφεδρικά συστήματα, καθώς και τα συστήματα ψύξης διακομιστών μέσα στα κέντρα δεδομένων, αποδείχτηκε μια ακόμα μεγάλη ευκαιρία για καινοτομία.
Καινοτομία με τη φύση
Βιομιμητισμός
Ο βιομιμητισμός αφορά την εκμάθηση από τον αρχαιότερο δάσκαλο της ιστορίας: τη φύση. Κρυμμένες σε κοινή θέα, υπάρχουν διαχρονικές λύσεις που μπορούμε να ενσωματώσουμε και να μιμηθούμε για την επίλυση σύγχρονων προβλημάτων. Είναι ο τρόπος με τον οποίο ενισχύουμε την οικολογική λειτουργία των κέντρων δεδομένων.
Πράσινο υδρογόνο
Το πράσινο υδρογόνο δημιουργείται μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται ηλεκτρόλυση, όπου το υδρογόνο διασπάται από μόρια νερού χωρίς επιβλαβή υποπροϊόντα. Οι προσπάθειες της Microsoft να κλιμακώσει αυτόν τον τύπο ενέργειας υδρογόνου για τον στόλο των κέντρων δεδομένων θα είναι οι πρώτες για τον ενεργειακό τομέα παγκοσμίως.
Σταθεροποίηση δικτύου
Καθώς η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας αυξάνεται, η ζήτηση και η προσφορά μπορεί να μη συμβαδίζουν πάντα. Η διατήρηση αυτής της ισορροπίας αποτελεί τον βασικό στόχο της σταθεροποίησης του δικτύου. Τα κέντρα δεδομένων διαθέτουν αδιάλειπτο εφεδρικό σύστημα τροφοδοσίας που λειτουργεί πάντα σε περίπτωση διακοπής. Είναι δυνατόν να μεταφέρουμε μέρος της δικής μας ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας σε αυτές τις πηγές ενέργειας, όταν υπάρχει αυξημένη ζήτηση στο δίκτυο, κάτι που στη συνέχεια συμβάλλει στη σταθεροποίησή του.
Sonia Maleky, Διευθύντρια Τεχνολογίας Υδρογόνου
Ένα μέλλον που τροφοδοτείται από την καινοτομία
«Η τεχνολογία κυψελών καυσίμου υδρογόνου έχει εμπορευματοποιηθεί σε μικρότερες κλίμακες, αλλά η Microsoft είναι η πρώτη που αποδεικνύει τη δυνατότητα παραγωγής πολλών μεγαβάτ σε μεγάλη κλίμακα για κέντρα δεδομένων, αντικαθιστώντας τις εφεδρικές γεννήτριες ντίζελ που εξασφαλίζουν αδιάλειπτη λειτουργία σε περιπτώσεις διακοπής ρεύματος ή άλλων προβλημάτων στις υπηρεσίες», αναφέρει η Sonia Maleky, Διευθύντρια Τεχνολογίας Υδρογόνου στη Microsoft.
Το πράσινο υδρογόνο έχει τη δυνατότητα να είναι η τέλεια βιώσιμη πηγή ενέργειας σε διάφορους κλάδους, συμπεριλαμβανομένων των κέντρων δεδομένων, των εμπορικών κτιρίων και των νοσοκομείων. Οι κυψέλες καυσίμου PEM συνδυάζουν υδρογόνο και οξυγόνο σε μια χημική αντίδραση που παράγει ηλεκτρική ενέργεια, θερμότητα και νερό – χωρίς καύση, χωρίς σωματίδια και χωρίς εκπομπές άνθρακα.
Η ομάδα της Sonia δημιουργεί ενεργειακές καινοτομίες που έχουν τη δυνατότητα να αλλάξουν τον ενεργειακό τομέα όπως τον γνωρίζουμε σήμερα. Η επίδειξη της εφαρμογής του πράσινου υδρογόνου σε βιομηχανική κλίμακα θα επιφέρει μεγαλύτερη βιωσιμότητα εσωτερικά και θα αποτελέσει ισχυρό παράδειγμα για άλλες εταιρείες με παρόμοιους στόχους και δεσμεύσεις να πράξουν το ίδιο.
«Χρειαζόμαστε μια ισχυρή οικονομία πράσινου υδρογόνου, συμπεριλαμβανομένης της προμήθειας πράσινου υδρογόνου, των κυψελών καυσίμου υδρογόνου και της αποθήκευσης υδρογόνου για την επιτυχή εφαρμογή γεννητριών καυσίμου υδρογόνου ως βιώσιμων εφεδρικών επιλογών ενέργειας για να προχωρήσουμε σε λύσεις μηδενικών εκπομπών».
Sonia Maleky
Μια ακόμη καινοτομία που βρίσκεται υπό ανάπτυξη και είναι εξίσου συναρπαστική με την κυψέλη καυσίμου υδρογόνου είναι η τεχνολογία ψυχρής πλάκας. Η εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας, η οποία ανακυκλώνει το καυτό νερό που αφαιρείται από τα συστήματα ψύξης ως κρύο νερό, έχει ήδη κάνει τα συστήματα της Microsoft 90% πιο αποτελεσματικά από τα παραδοσιακά συστήματα. Σε τελική ανάλυση, θα πρόκειται για ένα εντελώς κλειστό κύκλωμα που δεν θα απαιτεί νερό από εξωτερικές πηγές.
Εκτός από την ανακύκλωση νερού για τα συστήματα ψύξης, το πρωτοποριακό πρόγραμμα Circular Centers μπορεί να επαναχρησιμοποιήσει και να ανακυκλώσει υλικό από κέντρα δεδομένων και προβλέπεται να χρησιμοποιεί 90% ανακυκλωμένους διακομιστές έως το 2025.
Από αυτές τις συλλογικές προσπάθειες για καινοτόμες λύσεις, είναι προφανές ότι ένα μέλλον όπου τα κέντρα δεδομένων δεν θα έχουν μόνο ουδέτερο καθαρό αντίκτυπο στο περιβάλλον, αλλά και θετικό, είναι απόλυτα εφικτό. Καθώς οι χρήσεις της υπολογιστικής cloud σε όλο τον κόσμο συνεχίζουν να αυξάνονται, τα κέντρα δεδομένων της Microsoft θα είναι εκεί για να καλύψουν αυτή την ανάγκη όσο το δυνατόν πιο βιώσιμα.
Εικόνες: Matt Howard, Dave Hoefler, Ivan Bandura, Yogesh Gosavi, Josh Withers
