Siły natury
Śladem korzeni
Poproszenie kogoś o wizualny opis „chmury” lub usług przetwarzania w chmurze jest jak proszenie o opisanie powietrza. Codzienne czynności, takie jak zamówienia online, komunikatory i media społecznościowe, nie mogą się bez tego obejść, ale dokładne opisanie tego, czym jest chmura, jest naprawdę trudne.
Chmura i powietrze mają jednak podobne cechy, które są łatwe do zauważenia. Podobnie jak powietrze, wiemy, że chmura jest zawsze wokół nas. Wiemy, że bez niej życie byłoby bardzo trudne i wiemy, że choć jedno i drugie jest dla nas niewidoczne, to zawierają coś bezcennego. W przypadku powietrza są to głównie cząsteczki azotu i tlenu, w przypadku chmury są to nasze dane.
Ale zrozumienie tej absolutnie fundamentalnej kwestii prowokuje jedynie kolejne pytania.
W jaki sposób nasze dane dotarły do chmury? Dokąd następnie trafiają? Gdzie są przechowywane i jak to możliwe, że są dostępne 24 godziny na dobę przez 7 dni w tygodniu?
Odpowiedź na te z pozoru dotyczące ulotnych zagadnień pytania jest w rzeczywistości bardzo fizyczna i namacalna: to centra danych.
Centra danych stanowią szkielet chmury firmy Microsoft. Jest to fizyczna infrastruktura, która mieści i obejmuje tysiące serwerów przechowujących i przenoszących nasze dane w chmurze. Centra danych zapewniają stałe źródło energii, a także czyste i chłodne środowisko niezbędne do utrzymania działania serwerów.
”Obecnie posiadamy ponad 300 centrów danych w ponad 34 krajach. Wielkość naszych centrów danych odpowiada około 700 boiskom piłkarskim” — mówi Noelle Walsh, wiceprezes ds. operacji w chmurze i innowacji w firmie Microsoft.
Zapotrzebowanie na usługi w chmurze rośnie wykładniczo z roku na rok, częściowo ze względu na niedawny wzrost wykorzystania sztucznej inteligencji na całym świecie. Oznacza to, że infrastruktura centrum danych firmy Microsoft również musiała rozwijać się w szybkim tempie.
Głównym czynnikiem wpływającym na ten rozwój jest sposób, w jaki centra danych muszą sprostać rosnącemu światowemu zapotrzebowaniu na zrównoważone przetwarzanie w chmurze i przy jak najmniejszym wpływie na środowisko i społeczność.
Centra danych wykorzystują energię z tej samej sieci elektrycznej, która zasila domy, biura i sygnalizację świetlną. Ponieważ muszą pracować stale, tradycyjnie podstawą operacji w przypadku przerw w dostawie prądu są generatory zapasowe zasilane olejem napędowym i zasilacze awaryjne z akumulatorami kwasowo-ołowiowymi.
Ponadto, ponieważ rzeczywiste rozmiary centrów danych mogą być ogromne, zostawiają one możliwy do przezwyciężenia ślad ekologiczny w obszarach, w których się znajdują.
„Kluczową częścią naszej codziennej pracy jest poprawa projektu i wydajności operacyjnej naszych centrów danych w celu redukcji wykorzystania przez nas zasobów naturalnych” — mówi Walsh. „Robimy to, czyniąc zrównoważony rozwój naszym fundamentem, gdy pracujemy nad naszymi zobowiązaniami i stale dostosowujemy nasze codzienne działania tak, aby zminimalizować nasz wpływ na środowisko”.
Podstawowym podejściem do poprawy zrównoważonego rozwoju centrów danych są innowacje. Dzięki współpracy z wewnętrznymi działami badawczo-rozwojowymi (R&D) i ekspertami z zewnątrz, nasze wewnętrzne zasady i polityki stanowią jasne przykłady korzyści płynących z testowania i wdrażania nowych podejść do budowy i obsługi tych obiektów dla całej branży.
Bycie dobrym sąsiadem
Punktem wyjścia dla innowacji dotyczących rozwiązywania współczesnych wyzwań projektowych w centrum danych firmy Microsoft w sposób zrównoważony, są badania prowadzone przez naturę przez 3,8 miliarda lat. Kaitlin Chuzi, dyrektor ds. biomimikry i zaawansowanych ekosystemów, jest kluczowym liderem w tej dziedzinie.
„Budowa każdego budynku wiąże się z kosztami ekologicznymi, dlatego staramy się je złagodzić” — mówi Chuzi. „Liczy się to, że holistycznie i systemowo projektujemy każdy obiekt z myślą o lokalnym ekosystemie”.
Kaitlin i jej zespół są ekspertami w dziedzinie biomimikry, wykorzystując i naśladując rozwiązania w świecie roślin, zwierząt i elementów składowych, które naturalnie objawiły się przez miliony lat ewolucji. Wykorzystanie biomimikry może zmienić relacje centrów danych z planetą i jej ekosystemami. Chodzi o to, aby być w zgodzie z istniejącymi społecznościami, w których działają usługi i wnosić do nich pozytywny wkład.
Na przykład niektóre miejsca przekształciły tradycyjne zbiorniki retencyjne wód opadowych w sztuczne tereny podmokłe, które pomagają filtrować i poprawiać jakość wody, tworząc tym samym siedliska do życia dla lokalnych gatunków. Inne badają możliwość wykorzystania specjalnego szkła UV, które naśladuje właściwości enzymów UV w pajęczynach, które ptaki na drodze ewolucji nauczyły się wykrywać i unikać — może to pozwolić na zredukowanie liczby przypadków ich zderzenia z budynkami.
Ptaki na drodze ewolucji nauczył się wykrywania i unikania enzymów UV znajdujących się w niektórych pajęczynach. Aby zmniejszyć liczbę zderzeń ptaków z oknami, Kaitlin i zespół badają możliwość zastosowania specjalnego szkła UV, które naśladuje właściwości tego enzymu.
Od zielonych ścian z pionową roślinnością, które zwiększają bioróżnorodność, po przepuszczalną nawierzchnię umożliwiającą przepływ wody deszczowej do znajdującego się poniżej gruntu, natura jest niesamowitym dostarczycielem sposobów na lepsze zsynchronizowanie centrów danych z otaczającym środowiskiem.
Materiały użyte do budowy centrów danych stworzyły również ogromne możliwości dalszego wspierania zobowiązań w zakresie zrównoważonego rozwoju poprzez liczne innowacje.
„Jeśli użyjemy zdrowego, nienaruszonego siedliska referencyjnego jako punktu odniesienia, pełni ono w 100% funkcję ekosystemu. Nasze wstępne modele pokazują, że możemy zaprojektować centra danych, które zachowają 75% tej funkcjonalności”.
Kaitlin Chuzi
Beton, kluczowy materiał w centrach danych, odpowiada za 8% wszystkich globalnych emisji dwutlenku węgla, co czyni go jednym z największych źródeł emisji gazów cieplarnianych na Ziemi. Aby przyczynić się do bardziej znaczącej redukcji emisji dwutlenku węgla, firma Microsoft prowadzi pilotażowy projekt nowej mieszanki wykorzystującej szkło pochodzące z recyklingu, która zmniejszy emisję dwutlenku węgla w konstrukcjach płytowych o około połowę. Inny pilotażowy projekt na skalę laboratoryjną, we współpracy z Prometheus Materials, wykorzystuje materiały konstrukcyjne wykonane z wapienia i betonu na bazie alg, które mogą obniżyć emisję dwutlenku węgla w instalacjach niemal do zera.
Innowacyjne, zrównoważone rozwiązania dla tego, co dzieje się na zewnątrz i wokół centrum danych, to jednak tylko połowa pracy. Równie ważne jest to, co dzieje się w środku. A dokładniej, jak utrzymać zasilanie energią elektryczną każdego dnia, 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu, we wszystkich obiektach. Nawet najkrótsza przerwa w dostawie prądu spowodowałaby ogromny efekt domina w całej infrastrukturze chmury.
Codziennym pytaniem „jak”, związanym z tym wymagającym zadaniem, zajmuje się Audrey Lee, starszy dyrektor ds. strategii energetycznej centrów danych. Audrey nadzoruje złożone planowanie i strategię związaną z pozyskiwaniem energii dla centrów danych oraz określaniem, w jaki sposób to wykorzystanie wpływa na społeczności, z którymi dzielą one sieć energetyczną.
„W przeszłości centra danych firmy Microsoft potrzebowały mniejszej części sieci. Jednak wraz ze wzrostem zapotrzebowania niezbędna stała się większa część sieci, dlatego ważne jest, aby zrozumieć nasz wpływ” — mówi Lee.
Aby lepiej zrozumieć to zwiększone zapotrzebowanie na sieć, teraz i w przyszłości, zespół Audrey wykorzystuje podejście zwane modelowaniem sieci, które prognozuje jej wykorzystanie tak, aby można je było zaplanować odpowiednio, w sposób zrównoważony i w jak najkrótszym czasie.
Chociaż Microsoft nie jest firmą energetyczną, pod wieloma względami jest firmą infrastrukturalną, a nieocenionym zasobem dla każdej infrastruktury chmurowej jest energia. Dlatego właściwe zasady w zakresie zrównoważonego podejścia do energii i wywieranie pozytywnego wpływu na społeczność są głównymi obowiązkami firmy.
Jednym ze sposobów wywierania pozytywnego wpływu jest stabilizacja sieci i udział w jej usprawnianiu.
Lee wyjaśnia, że wraz ze wzrostem zużycia popyt i podaż energii elektrycznej w sieci mogą nie zawsze się zgadzać. Firma Microsoft posiada bezprzerwowe systemy zasilania bateryjnego pełniące rolę rezerwowych na wypadek awarii sieci, które mogą zapewnić zasilanie zwrotne sieci poprzez tymczasowe przeniesienie części zapotrzebowania centrów danych na energię elektryczną na zasilanie bateryjne, wspierając tym samym stabilizację sieci.
Stosowanie alternatywnych źródeł zasilania dla systemów kopii zapasowych, a także systemów chłodzenia serwerów w centrach danych, okazało się kolejną wielką szansą na innowacje.
Innowacje z naturą
Biomimikra
Biomimikra polega na uczeniu się od najstarszego nauczyciela historii: natury. W zasięgu wzroku ukryte są ponadczasowe rozwiązania, które można zintegrować i zastosować w celu rozwiązania współczesnych problemów. W ten sposób wzmacniamy ekologiczną funkcję samych centrów danych.
Ekologiczny wodór
Zielony (ekologiczny) wodór powstaje w procesie zwanym elektrolizą, podczas którego wodór jest oddzielany od cząsteczek wody bez szkodliwych produktów ubocznych. Wysiłki firmy Microsoft zmierzające do skalowania wykorzystania tego typu energii wodorowej dla centrów danych będą pierwszymi w sektorze energetycznym na całym świecie.
Stabilizacja sieci
Wraz ze wzrostem zużycia energii elektrycznej popyt i podaż nie zawsze mogą być do siebie dopasowane. Wsparcie dla sieci w utrzymaniu tej równowagi jest podstawą jej stabilizacji. Centra danych posiadają awaryjny system zasilania, który zawsze działa w przypadku awarii. Możliwe jest przeniesienie części własnego zapotrzebowania na energię elektryczną do tych źródeł energii podczas okresów większego zapotrzebowania, co jednocześnie wspiera stabilizację sieci.
Sonia Maleky, dyrektor ds. technologii wodorowych
Przyszłość napędzana innowacjami
„Technologia wodorowych ogniw paliwowych została skomercjalizowana na mniejszą skalę, ale Microsoft jest pierwszą firmą, która zademonstrowała wielomegawatową instalację na dużą skalę dla centrów danych, zastępując zapasowe generatory zasilane olejem napędowym, które wspierają ciągłą pracę w przypadku przerw w dostawie prądu i innych zakłóceń w świadczeniu usług” — mówi Sonia Maleky, dyrektor ds. technologii wodorowej w firmie Microsoft.
Zielony wodór ma potencjał, aby stać się idealnym, zrównoważonym źródłem energii w różnych gałęziach przemysłu, w tym w centrach danych, budynkach komercyjnych i szpitalach. Ogniwa paliwowe PEM łączą wodór i tlen w reakcji chemicznej, w wyniku której powstaje energia elektryczna, ciepło i woda — bez spalania, bez cząstek stałych i bez emisji dwutlenku węgla.
Zespół Sonii opracowuje innowacje energetyczne, które mają potencjał, aby zmienić sektor energetyczny, jaki znamy dzisiaj. Zademonstrowanie zastosowania zielonego wodoru na skalę przemysłową zapewni sprawniejszy zrównoważony rozwój wewnętrzny i będzie silnym argumentem dla zastosowania tej technologii dla innych firm o podobnych celach i zobowiązaniach.
„Potrzebujemy solidnej gospodarki opartej na zielonym wodorze, w tym dostaw zielonego wodoru, wodorowych ogniw paliwowych i magazynowania wodoru, aby pomyślnie wdrożyć generatory paliwa wodorowego jako realne opcje zasilania awaryjnego i przejść na rozwiązania o zerowej emisji”.
Sonia Maleky
Kolejną innowacją w rozwoju, która jest równie ekscytująca jak wodorowe ogniwa paliwowe, jest technologia zimnej płyty. Zastosowanie tej technologii, która ponownie wykorzystuje gorącą wodę z systemów chłodzenia zamieniając ją z powrotem na zimną wodę, już sprawiło, że systemy Microsoftu są o 90% bardziej wydajne niż tradycyjne rozwiązania. Docelowo będzie to system o całkowicie zamkniętym obiegu, który nigdy nie będzie wymagał wody ze źródeł zewnętrznych.
Oprócz recyklingu wody w systemach chłodzenia, pierwszy w swoim rodzaju program Circular Centers może ponownie wykorzystywać i zmieniać przeznaczenie sprzętu z centrów danych i jest na dobrej drodze do wykorzystania do 2025 roku 90% serwerów pochodzących z recyklingu.
Z tych wspólnych wysiłków na rzecz innowacyjnych rozwiązań jasno wynika, że przyszłość, w której centra danych nie tylko mają neutralny wpływ na środowisko, ale także wywierają pozytywny wpływ, jest w zasięgu ręki. Wraz ze wzrostem wykorzystania chmury obliczeniowej na całym świecie, centra danych firmy Microsoft będą w stanie sprostać tym potrzebom w najbardziej zrównoważony sposób.
Autorzy grafik: Matt Howard, Dave Hoefler, Ivan Bandura, Yogesh Gosavi, Josh Withers
