Luonnonvoimat
Juurien jäljittäminen
Jos pyydät jotakuta antamaan visuaalisen kuvauksen ”pilvestä” tai pilvipalveluista, se on kuin pyytäisi visuaalista kuvausta ilmasta. Päivittäinen toiminta, kuten verkkotilaukset, viestisovellukset ja sosiaalinen media, ei voi tapahtua ilman sitä, mutta sen sanoittaminen on hankalaa.
Pilvellä ja ilmalla on kuitenkin samanlaisia ominaisuuksia, jotka on helppo ymmärtää. Kuten ilma, tiedämme, että pilvi on aina ympärillämme. Tiedämme, että ilman sitä elämä olisi hyvin vaikeaa, ja tiedämme, että vaikka molemmat ovat meille näkymättömiä, ne kantavat mukanaan korvaamattomia asioita. Ilman osalta nämä elementit ovat pääasiassa typpi- ja happimolekyylejä, ja pilvessä ne ovat meidän tietojamme.
Tämä perustavaa laatua oleva ymmärrys johtaa kuitenkin vain uusiin kysymyksiin.
Miten tietomme alun perin päätyivät pilveen? Mihin ne sieltä päätyvät? Missä niitä säilytetään ja miten ne ovat saatavilla ympäri vuorokauden?
Vastaus näihin eteerisiin kysymyksiin on itse asiassa hyvin fyysinen ja konkreettinen: datakeskukset.
Datakeskukset ovat Microsoft Cloudin selkäranka. Ne ovat fyysinen infrastruktuuri, joka sisältää ja ylläpitää tuhansia palvelimia, jotka tallentavat ja siirtävät tietojamme pilven kautta. Ne tarjoavat jatkuvan energialähteen sekä puhtaan ja viileän ympäristön, joka on tarpeen palvelimien pitämiseksi käynnissä.
”Tällä hetkellä meillä on yli 300 datakeskusta yli 34 maassa. Datakeskuskalustomme vastaa noin 700 jalkapallokenttää”, sanoo Noelle Walsh, Microsoftin pilvitoiminnoista ja innovaatioista vastaava johtaja.
Pilvipalveluiden kysyntä on kasvanut eksponentiaalisesti vuosi vuodelta, mikä johtuu osittain viimeaikaisesta tekoälyn käyttöpiikistä maailmanlaajuisesti, mikä tarkoittaa, että myös Microsoftin datakeskusten infrastruktuurin on täytynyt kasvaa nopeasti.
Tämän kasvun tärkeä näkökohta on, miten datakeskukset voivat vastata maailman kasvavaan pilvipalvelujen kysyntään tavalla, joka on ympäristöä säästävää ja joka vaikuttaa mahdollisimman vähän ympäristöön ja yhteisöihin.
Datakeskukset käyttävät energiaa samasta sähköverkosta, joka tuottaa virtaa kodeille, toimistoille ja liikennevaloille. Koska niiden on oltava käynnissä jatkuvasti, dieselkäyttöiset varageneraattorit ja lyijyakun keskeytymätön virransyöttö ovat perinteisesti olleet toimintojen tukipilari sähkökatkosten sattuessa.
Koska datakeskusten fyysinen mittakaava saattaa olla massiivinen, niillä on myös ylitsepääsemätön ekologinen jalanjälki niiden sijoituspaikoissa.
”Keskeinen osa päivittäistä työtämme on datakeskustemme suunnittelun ja toiminnan tehokkuuden parantaminen, jotta voimme vähentää luonnonvarojen käyttämistämme”, Walsh sanoo. ”Saavutamme tämän tekemällä kestävästä kehityksestä perustamme, kun työskentelemme sitoumustemme mukaisesti, ja mukauttamalla jatkuvasti päivittäistä toimintaamme ympäristövaikutusten minimoimiseksi.”
Keskeinen lähestymistapa datakeskusten ympäristöä säästämisen parantamiseen on innovaatio. Työskentelemällä sisäisten tutkimus- ja kehitystiimien kanssa ja tekemällä yhteistyötä ulkopuolisten asiantuntijoiden kanssa sisäiset toimintatavat ja käytännöt ovat antaneet teollisuudelle selkeitä esimerkkejä, miten näiden sijaintien rakentamista ja käyttöä varten voidaan testata ja ottaa käyttöön uusia lähestymistapoja.
Hyvänä naapurina oleminen
Microsoftin datakeskuksessa innovaation lähtökohta perustuu luonnon omaan 3,8 miljardin vuoden tutkimus- ja kehitystyöhön, jonka avulla voidaan ratkaista modernin suunnittelun haasteet ympäristöä säästävällä tavalla. Kaitlin Chuzi, biomimiikan ja edistyneiden ekosysteemien johtaja, on keskeinen johtaja tässä työssä.
”Kun mikä tahansa rakennus rakennetaan, siitä aiheutuu ekologisia kustannuksia, ja me pyrimme lieventämään näitä seurauksia”, Chuzi sanoo. ”Tärkeää on se, että suunnittelemme sijaintipaikan kokonaisvaltaisesti ja systemaattisesti paikallinen ekosysteemi huomioiden.”
Kaitlin tiimeineen ovat biomimiikan asiantuntijoita, jotka hyödyntävät ja jäljittelevät kasvien, eläinten ja miljoonien vuosien evoluution aikana luonnollisesti ilmenneiden alkuaineiden ratkaisuja. Biomimiikan hyödyntäminen voi muuttaa datakeskusten suhdetta planeettaan ja sen ekosysteemeihin. Kyse on siitä, että olemme sopusoinnussa olemassa olevien yhteisöjen kanssa, joissa datakeskukset toimivat, ja että vaikutamme niihin positiivisesti.
Jotkin sijaintipaikat ovat esimerkiksi muuttaneet perinteiset hulevesialtaat ihmisen rakentamiksi kosteikoiksi, jotka auttavat suodattamaan ja parantamaan veden laatua ja luovat elinympäristöjä paikallisille lajeille. Jotkin toiset sijaintipaikat tutkivat erityisen UV-lasin käyttöä, joka jäljittelee hämähäkinverkkojen sisältämien UV-entsyymien ominaisuuksia, joita linnut ovat aikojen saatossa oppineet havaitsemaan ja välttämään. Tämä vähentää niiden törmäämistä rakennuksiin.
Linnut ovat aikojen saatossa oppineet havaitsemaan ja välttämään UV-entsyymejä, joita jotkin hämähäkinverkot sisältävät. Vähentääkseen lintujen törmäämistä ikkunoihin, Kaitlin ja tiimi tutkivat erityisen UV-lasin integrointia, joka jäljittelee kyseisen entsyymin ominaisuuksia.
Viherseinistä, joissa on luonnon monimuotoisuutta lisäävää vertikaalista kasvillisuutta, läpäisevään tiepäällysteeseen, joka antaa sadeveden virrata alla olevaan maahan, luonto on opettanut hämmästyttävän paljon tapoja synkronoida datakeskukset paremmin ympäristön kanssa.
Datakeskusten rakentamiseen käytetyt materiaalit ovat myös tarjonneet suuria mahdollisuuksia edistää kestävän kehityksen sitoumuksia innovaation avulla.
”Jos käytämme vertailukohtana tervettä, koskematonta viite-elinympäristöä, tällä ekosysteemillä on 100-prosenttinen ekosysteemin toimintakyky. Alustavat mallimme osoittavat, että voimme suunnitella datakeskuksia, jotka ylläpitävät 75 % tästä toimintakyvystä.”
Kaitlin Chuzi
Betoni, joka on datakeskusten keskeinen materiaali, aiheuttaa 8 % kaikista maailmanlaajuisista hiilidioksidipäästöistä, mikä tekee siitä yhden suurimmista kasvihuonekaasujen tuottajista maapallolla. Hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi Microsoft pilotoi uutta kierrätyslasia käyttävää betoniseosta, joka vähentää hiiltä laattarakenteissa noin puolella. Toisessa laboratoriomittakaavan pilottihankkeessa, yhteistyössä Prometheus Materialsin kanssa, käytetään kalkkikivestä ja leväpohjaisesta betonista valmistettuja rakennusmateriaaleja, joilla on potentiaalia vähentää asennusten hiiltä lähelle nollaa.
Ympäristöä säästävien ratkaisujen innovointi sitä varten, mitä tapahtuu datakeskuksen ulkopuolella ja ympärillä, on kuitenkin vain puolet työstä. Yhtä tärkeää on se, mitä sisällä tapahtuu. Tarkemmin sanottuna, kuinka pitää virta päällä joka päivä, ympäri vuorokauden, kaikissa näissä sijaintipaikoissa. Jopa hyvin lyhyt sähkökatkos aiheuttaisi valtavia heijastusvaikutuksia koko pilvi-infrastruktuuriin.
Tämän valtavan tehtävän päivittäistä toteuttamista käsittelee datakeskusten energiastrategian vanhempi johtaja Audrey Lee. Audrey valvoo monimutkaista suunnittelua ja strategiaa, joka liittyy datakeskusten virranhankintaan ja sen määrittämiseen, miten käyttö vaikuttaa yhteisöihin, joiden kanssa ne jakavat verkon.
”Microsoftin datakeskukset ovat perinteisesti tarvinneet pienemmän osan sähköverkosta. Kysynnän kasvaessa olemme kuitenkin tarvinneet suuremman osuuden sähköverkosta, joten vaikutuksemme ymmärtäminen on tärkeää”, Lee sanoo.
Ymmärtääkseen paremmin tätä verkon kasvanutta kysyntää nyt ja tulevaisuudessa, Audreyn tiimi hyödyntää lähestymistapaa nimeltä verkkomallinnus, joka ennustaa verkon käyttöä, jotta se voidaan suunnitella asianmukaisesti, ympäristöä säästävästi ja oikea-aikaisesti.
Vaikka Microsoft ei ole energiayhtiö, se on monella tapaa infrastruktuuriyritys, ja energia on korvaamaton resurssi mille tahansa pilvi-infrastruktuurille. Siksi ympäristöä säästävät energiaan liittyvät toimintatavat ja positiivisen vaikutuksen saavuttaminen yhteisössä ovat liiketoiminnan tärkeitä velvollisuuksia.
Yksi tapa, jolla positiivinen vaikutus saadaan aikaan, on verkon vakautus ja energian syöttäminen takaisin verkkoon.
Lee kertoo, että kun sähkönkulutus kasvaa, sähkön kysyntä ja tarjonta verkossa eivät välttämättä aina täsmää. Microsoftilla on keskeytymättömät akkukäyttöiset varavirransyöttöjärjestelmät siltä varalta, että sattuu sähkökatkos, mikä voi palauttaa energiaa takaisin verkkoon siirtämällä väliaikaisesti osan datakeskusten sähköntarpeesta kyseisiin akkuihin. Tämä puolestaan tukee verkon vakautusta.
Vaihtoehtoisten energialähteiden kehittäminen näille varajärjestelmille sekä palvelinten jäähdytysjärjestelmille datakeskusten sisällä on osoittautunut yhdeksi suureksi innovaatiomahdollisuudeksi.
Innovointi luonnon kanssa
Biomimiikka
Biomimiikassa on kyse oppimisesta historian vanhimmalta opettajalta: luonnolta. Aivan silmiemme edessä on piilossa ajattomia ratkaisuja, joita voidaan integroida ja jäljitellä nykyajan ongelmien ratkaisemiseksi. Näin parannamme itse datakeskusten ekologista toimintaa.
Vihreä vety
Vihreää vetyä syntyy elektrolyysiksi kutsutussa prosessissa, jossa vety erottuu vesimolekyyleistä ilman haitallisia sivutuotteita. Microsoftin pyrkimykset toteuttaa tämäntyyppinen vetyvoima datakeskuskalustoon ovat maailmanlaajuisesti ensimmäiset energiasektorilla.
Sähköverkon vakautus
Sähkönkulutuksen kasvaessa kysyntä ja tarjonta eivät välttämättä aina täsmää. Verkon vakauttamisen ytimenä on se, että verkkoa autetaan ylläpitämään tätä tasapainoa. Datakeskuksissa on keskeytymätön varavirransyöttöjärjestelmä, joka on aina käynnissä sähkökatkoksen varalta. Osa omasta sähköntarpeestamme on mahdollista siirtää näihin energialähteisiin, kun verkossa on suurempi kysyntä, mikä puolestaan tukee sen vakautusta.
Sonia Maleky, vetyteknologian johtaja
Innovaation vauhdittama tulevaisuus
”Vetypolttokennoteknologiaa on kaupallistettu pienemmässä mittakaavassa, mutta Microsoft on ensimmäinen, joka demonstroi usean megawatin tuotantoa suuressa mittakaavassa datakeskuksissa korvaamalla dieselkäyttöiset varageneraattorit, jotka tukevat jatkuvaa toimintaa sähkökatkosten ja muiden palveluhäiriöiden sattuessa”, sanoo Microsoftin vetyteknologian johtaja Sonia Maleky.
Vihreällä vedyllä on potentiaalia olla täydellinen ympäristöä säästävä energialähde eri toimialoilla, kuten datakeskuksissa, liikerakennuksissa ja sairaaloissa. PEM-polttokennot yhdistävät vedyn ja hapen kemiallisessa reaktiossa, joka tuottaa sähköä, lämpöä ja vettä – ei palamista, ei hiukkasia eikä hiilidioksidipäästöjä.
Sonian tiimi kehittää energiainnovaatioita, joilla on potentiaalia muuttaa nykyistä tuntemaamme energiasektoria. Vihreän vedyn soveltamisen demonstrointi teollisessa mittakaavassa lisää kestävyyttä sisäisesti ja on vahva käyttötapaus muille yrityksille, joilla on samanlaiset tavoitteet ja sitoumukset saavuttaa sama.
”Tarvitsemme vankan vihreän vedyn talouden, mukaan lukien vihreän vedyn tarjonnan, vetypolttokennoja ja vedyn varastoinnin, jotta vetygeneraattorit voidaan toteuttaa onnistuneesti toteuttamiskelpoisina varaenergiavaihtoehtoina siirtymisessä kohti päästöttömiä ratkaisuja.”
Sonia Maleky
Toinen kehitysinnovaatio, joka on yhtä jännittävä kuin vetypolttokenno, on kylmälevyteknologia. Tämän teknologian soveltaminen, joka kierrättää jäähdytysjärjestelmistä poistetun kuuman veden takaisin kylmänä vetenä, on jo tehnyt Microsoftin järjestelmistä 90 % tehokkaampia kuin perinteiset järjestelmät. Tästä tulee ennen pitkää täysin suljetun kierron järjestelmä, joka ei koskaan tarvitse vettä ulkopuolisista lähteistä.
Sen lisäksi, että vesi kierrätetään jäähdytysjärjestelmissä, ensimmäinen laatuaan oleva Circular Centers -ohjelma voi käyttää uudelleen datakeskusten laitteistoja, ja se aikoo käyttää 90-prosenttisesti kierrätettyjä palvelimia vuoteen 2025 mennessä.
Näistä yhteisistä pyrkimyksistä innovoida ratkaisuja on selvää, että tulevaisuus, jossa datakeskuksilla ei ole vain nettoneutraali vaikutus ympäristöön, vaan myös positiivinen vaikutus, on täysin saavutettavissa. Kun pilvipalvelujen käyttö ympäri maailmaa jatkaa kasvuaan, Microsoftin datakeskukset ovat valmiina vastaamaan tähän tarpeeseen mahdollisimman ympäristöä säästävällä tavalla.
Valokuvat: Matt Howard, Dave Hoefler, Ivan Bandura, Yogesh Gosavi, Josh Withers
