自然の力
ルーツをたどる
誰かに「クラウド」、つまりクラウド コンピューティング サービスの視覚的な説明を求めることは、空気の視覚的な説明を求めるようなものです。オンライン注文、メッセージ アプリ、ソーシャル メディアなどの日常的な活動は、クラウドなしでは成り立たないものの、それが何であるかを正確に言葉にするのは難しいことです。
しかし、クラウドも空気も、理解しやすい性質を共有しています。空気と同じように、クラウドが常に私たちの周りにあることは分かっています。クラウドがなければ、生活が非常に困難になることを私たちは知っていますし、どちらも目に見えませんが、かけがえのないものを中に持っていることも知っています。空気の場合、その成分は主に窒素と酸素の分子であり、クラウドの場合はデータです。
しかし、この基本的な理解は、さらなる疑問を生むだけです。
そもそも、私たちのデータはどのようにしてクラウドに入ったのでしょうか? そこからどこへ向かうのでしょう? どこに保存され、どのように 24 時間 365 日利用できるのでしょうか?
このような雲をつかむような質問に対する答えは、実際には非常に物理的で具体的なもので、つまりデータセンターです。
データセンターは Microsoft Cloud を支える柱です。これらは、何千台ものサーバーを収容して維持する物理インフラストラクチャであり、クラウドを介してデータを保存および移動します。一定のエネルギー源と、サーバーを稼働させ続けるために必要なクリーンで涼しい環境を提供します。
「現在、当社は 34 か国以上で 300 以上のデータセンターを運営しています。当社のデータセンターは、サッカー コート約 700 面分に相当します」と、Microsoft のクラウド運用およびイノベーション担当コーポレート バイス プレジデントである Noelle Walsh 氏は述べています。
クラウド サービスの需要は年々指数関数的に増加しており、理由の 1 つには近年の世界的な AI の利用の急増があります。つまり、Microsoft のデータセンター インフラストラクチャも急速なペースで成長する必要があったことを意味します。
その成長における主要な考慮事項の 1 つは、データセンターが、環境やコミュニティへの影響を最小限に抑えながら持続可能な方法で、クラウド コンピューティングに対する世界的な需要の高まりにどのように対応できるかということです。
データセンターは、家庭、オフィス、信号機に電力を供給するのと同じ電力網からのエネルギーを使用します。常時稼働している必要があるため、ディーゼル燃料のバックアップ発電機と鉛蓄電池の無停電電源装置は、従来から停電時の稼働を支える主力設備でした。
さらに、データセンターの物理的な規模が巨大になる可能性があるため、それらが存在する地域において克服可能なエコロジカル フットプリントを有します。
「私たちの日常業務の中核となるのは、データセンターの設計と運用効率を改善して、使用する天然資源の数を減らすことです。そのためには、コミットメントに向けて取り組む際にサステナビリティを基盤とし、環境への影響を最小限に抑えるために日常業務を継続的に適応させることです」と Walsh 氏は言います。
データセンターのサステナビリティを向上させるための中核となるアプローチはイノベーションです。社内の R&D チームと連携し、外部の専門家と協力することで、社内の慣行と方針は、これらの施設を構築・運用するための新しいアプローチをテストし実装することの利点について、業界に明確な例を示しました。
良き隣人であること
Microsoft のデータセンターにおけるイノベーションの出発点は、38 億年にわたる自然界の R&D に基づいており、現代の設計上の課題を持続的に解決します。バイオミミクリー & アドバンスト・エコシステムの担当責任者である Kaitlin Chuzi 氏は、その業務の要となるリーダーです。
「どんな建物でも環境保全コストがかかりますので、私たちはその軽減に取り組んでいます。重要なのは、地域の生態系を念頭に置いて、総合的かつ体系的に施設を設計することです」と Chuzi 氏は言います。
Kaitlin 氏とチームは、植物、動物、そして何百万年にもわたる進化の過程で自然に現れた要素から得られるソリューションを利用して模倣する、バイオミミクリーの専門家です。バイオミミクリーを活用することで、データセンターと地球、そしてその生態系との関係を再構築できます。重要なのは、施設が運営されている既存のコミュニティと調和し、積極的に貢献することです。
たとえば、一部の施設では、従来の雨水貯留池を人工の湿地に変えて、ろ過と水質の改善に役立て、在来種の生息地を作り出しています。また、クモの巣の紫外線を反射する特性を模倣して、特殊な UV ガラスを利用することを研究している人もいます。これは、鳥が進化の過程で紫外線を感知し、クモの巣を回避できるようになったという特性を利用しており、建物に鳥が衝突する事例を減らすことを目的としています。
鳥類は、一部のクモの巣に見られる紫外線の反射を感知して回避できるように進化してきました。鳥が窓に衝突する事故を減らすために、Kaitlin 氏とチームは、その反射特性を模倣した特殊な UV ガラスを組み込むことを研究しています。
生物多様性を高める垂直に植栽された壁面緑化や、雨水を下の地面に流すための透水性舗装など、自然はデータセンターを周囲の環境とより同期させる方法を教えてくれます。
データセンターの建設に使用される資材も、イノベーションを通じてサステナビリティへの取り組みを促進する絶好の機会を提供してきました。
「健全で手付かずの生息地をベンチマークとして利用すると、その生態系は 100% の生態系機能を持つことになります。私たちの初期モデルでは、その機能の 75% を維持するデータセンターを設計できることが示されています。」
Kaitlin Chuzi
データセンターの主要材料であるコンクリートは、世界の全炭素排出量の 8% を占めており、地球上の温室効果ガスの最大の発生源の 1 つとなっています。さらなる炭素削減を推進するために、Microsoft では再生ガラスを使用した新しいコンクリート混合物を試験的に導入しており、これによりスラブ構造の炭素を約半分に削減できます。また、別のラボ レベルでの実験では、Prometheus Materials 社と共同で、設備の炭素をほぼゼロに抑える可能性を秘めた、石灰岩と藻類ベースのコンクリートで作られた建築材料の使用についても検討しています。
ただし、データセンターの外部や周辺で起こっていることに対して持続可能なソリューションを導入するだけでは、まだ半分にすぎません。内部で何が起こっているかも同様に重要です。より具体的には、これらすべての施設で 24 時間 365 日電力を供給し続ける方法です。たとえ短時間の停電でも、クラウドインフラ全体に甚大な波及効果をもたらすためです。
この巨大なタスクの日常的な「方法」に取り組んでいるのが、データセンターのエネルギー戦略担当シニア ディレクターである Audrey Lee 氏です。Audrey 氏は、データセンターの電力調達に関連する複雑な計画と戦略を監督し、その使用量が送電網を共有するコミュニティにどのように影響するかを判断します。
「従来、送電網に占める Microsoft のデータセンターの割合はごく一部でした。しかし、需要が増加するにつれて、より大きなシェアが必要になったため、弊社の影響を理解することが重要となっています」と Lee 氏は述べています。
現在および将来の送電網に対する需要の増加をより深く理解するために、Audrey 氏のチームは「グリッド モデリング」と呼ばれるアプローチを利用しています。これは、送電網の使用状況を予測して、適切で持続可能、かつタイムリーな方法で計画できるようにする手法です。
Microsoft はエネルギー企業ではありませんが、多くの面でインフラストラクチャ企業であり、あらゆるクラウド インフラストラクチャにとってエネルギーは非常に重要な資源です。そのため、持続可能なエネルギーの慣行と地域社会にプラスの影響を与えることが、事業の重要な責務なのです。
プラスの影響を与える方法の 1 つは、送電網の安定化と送電網への還元です。
Lee 氏は、電力消費量が増加すると、送電網の電力需要と供給が必ずしも一致するとは限らないと説明します。Microsoft では、送電網が停止した場合のバックアップとして、無停電バッテリー供給システムを用意しており、データセンターの電力需要の一部を一時的にこれらのバッテリーにシフトすることで、送電網にサービスを提供し、送電網の安定化をサポートできます。
これらのバックアップ システムやデータセンター内のサーバー冷却システムのための代替電源を開拓することは、イノベーションのもう一つの絶好の機会であることが証明されています。
自然と共にイノベーションを起こす
バイオミミクリー
バイオミミクリーとは、歴史上最も古い教師である自然から学ぶことです。ありふれた光景の中に隠されている普遍的なソリューションを統合して模倣することで、現代の問題を解決できます。これこそが、データセンター自体の生態学的機能を強化する方法です。
グリーン水素
グリーン水素は、有害な副生成物を伴わずに、水分子から水素を分離する電気分解というプロセスによって生成されます。この種の水素発電をデータセンターのフリートに拡張する Microsoft の取り組みは、世界のエネルギー部門で初めての試みとなります。
送電網の安定化
電力消費量が増加につれ、需要と供給が常に一致するとは限りません。送電網がそのバランスを維持できるように支援することは、送電網の安定化の中核です。データセンターには、停電時に常に稼働している無停電バックアップ電源システムがあります。送電網の需要が高まったときに、自社の電力需要の一部をこれらのエネルギー源にシフトすることが可能であり、それが送電網の安定化をサポートします。
Sonia Maleky、水素技術担当ディレクター
イノベーションを原動力とする未来
「水素燃料電池技術は小規模で商業化されてきましたが、停電やその他のサービス中断が発生した場合に継続的な稼働をサポートするバックアップのディーゼル発電機に取って代わる、データセンター向けの大規模なマルチメガワット クラスの発電を実証したのは Microsoft が初めてです」と、Microsoft の水素技術担当ディレクターである Sonia Maleky 氏は述べています。
グリーン水素は、データセンター、商業ビル、病院など、さまざまな業界で完璧な持続可能エネルギー源となる可能性を秘めています。PEM 燃料電池は、水素と酸素を化学反応させて電気、熱、水を生成するもので、燃焼、粒子状物質、炭素を排出しません。
Sonia 氏のチームは、今日のエネルギー部門を変える可能性を秘めたエネルギー イノベーションを生み出しています。グリーン水素の応用を産業規模で実証することは、社内のサステナビリティを高め、同様の目標とコミットメントを持つ他の企業にとって強力なユース ケースとなります。
「ゼロエミッション ソリューションに移行するための実行可能なバックアップ電源オプションとして水素燃料発電機の実装を成功させるには、グリーン水素供給、水素燃料電池、水素貯蔵を含む堅牢なグリーン水素エコシステムが必要です。」
Sonia Maleky
水素燃料電池と同じくらいエキサイティングな開発中の別のイノベーションは、コールド プレート技術です。冷却システムから取り出された温水を冷水としてリサイクルするこのテクノロジを適用することで、Microsoft のシステムは従来のシステムよりも既に効率が 90% 向上しています。最終的には、外部からの水源を必要としない完全なクローズド ループ システムになります。
冷却システム用の水のリサイクルに加えて、この種のものとしては初めての Circular Centers プログラムは、データセンターのハードウェアを再利用して別の用途に利用することができ、2025 年までに 90% のリサイクル サーバーを使用する予定です。
ソリューションを革新するためのこれらの共同的な取り組みから、データセンターが環境に中立的な影響を与えるだけでなく、プラスの影響を与える未来が実現可能なところにあることは明らかです。世界中でクラウド コンピューティングの用途が拡大し続ける中、Microsoft のデータセンターは、可能な限り最も持続可能な方法でそのニーズに正面から応えるために存在します。
画像クレジット: Matt Howard、Dave Hoefler、Ivan Bandura、Yogesh Gosavi、Josh Withers
