Forças da natureza
Traçando as raízes
Pedir que alguém descreva visualmente “a nuvem” ou os serviços de computação em nuvem, é o mesmo que pedir uma descrição visual do ar. Atividades do dia a dia, como pedidos online, aplicativos de mensagens e redes sociais, não seriam possíveis sem ela, mas descrevê-la exatamente em palavras é complicado.
Entretanto, a nuvem e o ar compartilham qualidades semelhantes que são fáceis de entender. Como o ar, sabemos que a nuvem está sempre ao nosso redor. Sabemos que, sem ela, a vida seria muito difícil, e que, embora ambos sejam invisíveis para nós, carregam algo inestimável dentro de nós. Para o ar, esses ingredientes são predominantemente moléculas de nitrogênio e oxigênio – e para a nuvem, são nossos dados.
Mas esse entendimento fundamental só gera mais perguntas.
Primeiramente, como nossos dados chegaram à nuvem? O que ocorre a partir disso? Onde tudo é armazenado e como pode estar sempre disponível?
A resposta para essas perguntas etéreas é, na verdade, muito física e tangível: datacenters.
Os datacenters (centros de dados) são a essência da Microsoft Cloud. Eles são a infraestrutura física que abriga e mantém milhares de servidores, armazenando e movendo nossos dados pela nuvem. Eles fornecem uma fonte constante de energia, bem como o ambiente limpo e moderno necessário para manter os servidores em funcionamento.
“Atualmente, operamos mais de 300 datacenters em mais de 34 países. Nossa frota de datacenters equivale a cerca de 700 campos de futebol”, diz Noelle Walsh, Vice-Presidente Corporativa de Operações e Inovação em Nuvem da Microsoft.
A demanda por serviços em nuvem tem aumentado exponencialmente ano após ano. Isso ocorre em parte devido ao recente aumento no uso de IA globalmente, o que significa que a infraestrutura de datacenters da Microsoft também precisou crescer rapidamente.
Uma consideração importante para esse crescimento é como os datacenters podem atender à crescente demanda mundial por computação em nuvem de uma forma sustentável com o menor impacto ambiental e comunitário.
Os datacenters usam energia da mesma rede elétrica que alimenta casas, escritórios e semáforos. Visto que devem funcionar constantemente, os geradores de reserva movidos a diesel e as fontes de alimentação ininterruptas com bateria de chumbo-ácido têm sido tradicionalmente o pilar das operações em caso de falta de energia.
Além disso, como os datacenters podem ter uma escala física enorme, sua pegada ecológica nas regiões onde estão situados pode ser gerenciada.
“Uma parte central do nosso trabalho diário é melhorar o design e a eficiência operacional de nossos datacenters a fim de reduzir o número de recursos naturais utilizados”, diz Walsh. “Como fazemos isso? Tornando a sustentabilidade nossa base, à medida que trabalhamos para cumprir nossos compromissos, adaptando continuamente nossas operações diárias para minimizar o impacto ambiental.”
A inovação é a abordagem principal para aumentar a sustentabilidade dos datacenters. Por meio da colaboração com equipes internas de P&D e especialistas externos, as práticas e políticas internas servem como exemplos claros para o setor, demonstrando os benefícios de testar e aplicar novas estratégias na construção e operação dessas instalações.
Um bom vizinho
O ponto de partida da inovação em um datacenter da Microsoft se inspira nos 3,8 bilhões de anos de pesquisa e desenvolvimento da própria natureza para resolver de forma sustentável os desafios do design moderno. Kaitlin Chuzi, Diretora de Biomimética e Ecossistemas Avançados, é uma líder fundamental nesse trabalho.
“Quando qualquer prédio é construído, há um custo ecológico, então estamos trabalhando para mitigar tudo isso”, afirma Chuzi. “O que importa é que projetamos de forma holística e sistêmica a área pensando no ecossistema local.”
Kaitlin e sua equipe são especialistas em biomimética, utilizando e emulando soluções de plantas, animais e elementos que se manifestaram naturalmente ao longo de milhões de anos de evolução. O uso da biomimética tem o potencial de remodelar a interação dos datacenters com o planeta e seus ecossistemas. Trata-se de estar em sintonia e contribuir positivamente com as comunidades existentes onde os sites operam.
Por exemplo, alguns locais transformaram lagoas tradicionais de retenção de águas pluviais em áreas úmidas artificiais que ajudam a filtrar e melhorar a qualidade da água, criando habitats para as espécies locais viverem. Por sua vez, outros estão explorando o uso de vidros especiais com UV que imitam as características das enzimas UV presentes em teias de aranha, que os pássaros evoluíram para detectar e evitar, reduzindo os casos de colisão com edifícios.
As aves evoluíram para detectar e evitar as enzimas UV encontradas em algumas teias de aranha. Para reduzir o número de incidentes em que pássaros colidem com janelas, Kaitlin e sua equipe estão explorando a integração de vidros especiais com UV que imitam as características dessa enzima.
Desde paredes verdes com vegetação vertical que aumentam a biodiversidade até pavimentos permeáveis que permitem a infiltração da água da chuva no solo, a natureza tem sido uma professora extraordinária ao mostrar formas de tornar os datacenters mais alinhados com o ambiente ao seu redor.
Os materiais utilizados na construção dos datacenters também oferecem grandes oportunidades de avançar nos compromissos de sustentabilidade por meio da inovação.
“Se usarmos um habitat de referência saudável e intacto como referência, esse ecossistema tem 100% de função ecossistêmica. Nossos modelos iniciais mostram que podemos projetar datacenters que mantêm 75% dessa função.”
Kaitlin Chuzi
O concreto, um material-chave nos datacenters, é responsável por 8% de todas as emissões globais de carbono, tornando-se um dos maiores criadores de gases de efeito estufa na Terra. Para promover reduções de carbono mais significativas, a Microsoft está testando uma nova mistura de concreto com vidro reciclado, que pode reduzir em cerca de metade o carbono nas estruturas de laje. Em outro piloto em escala laboratorial, desenvolvido em parceria com a Prometheus Materials, são utilizados materiais estruturais de calcário e concreto à base de algas, com potencial de reduzir quase totalmente as emissões de carbono das instalações.
No entanto, inovar em soluções sustentáveis para o que acontece fora e ao redor de um datacenter é apenas metade do trabalho. O que acontece internamente é igualmente importante; mais especificamente, trata-se de garantir que a energia elétrica esteja disponível todos os dias, 24 horas por dia, em todos esses locais. Até mesmo a interrupção mais breve causaria um efeito “bola de neve” em toda a infraestrutura de nuvem.
Encarregada de lidar com o “como” do dia a dia dessa enorme tarefa está Audrey Lee, Diretora Sênior de Estratégia de Energia para Datacenters. Audrey supervisiona o planejamento e a estratégia complexos envolvidos na aquisição de energia para os datacenters e na avaliação de como esse consumo impacta as comunidades com as quais compartilham a rede elétrica.
“Historicamente, os datacenters da Microsoft precisavam de uma parcela menor da rede elétrica. Mas, à medida que a demanda aumentou, passamos a exigir uma fatia maior dessa rede, por isso é importante compreender o nosso impacto”, afirma Lee.
Para compreender melhor esse aumento da demanda na rede, agora e no futuro, a equipe de Audrey utiliza uma abordagem chamada modelagem de rede elétrica, que prevê o uso da rede de forma a permitir um planejamento adequado, sustentável e realizado no tempo certo.
Embora a Microsoft não seja uma empresa de energia, ela é, em muitos aspectos, uma empresa de infraestrutura – e um recurso inestimável para qualquer infraestrutura de nuvem é a energia. É por isso que práticas de energia sustentável e um impacto positivo na comunidade são as principais responsabilidades da empresa.
Uma forma de gerar esse impacto positivo é por meio da estabilização da rede elétrica e da devolução de energia para a própria rede.
Lee explicou que, à medida que o consumo de eletricidade aumenta, a demanda e a oferta de energia na rede podem nem sempre corresponder. A Microsoft tem sistemas de fornecimento ininterruptos alimentados por bateria como backup em caso de interrupção da rede, que podem fornecer serviço de volta à rede transferindo temporariamente parte da demanda de eletricidade dos datacenters para essas baterias, apoiando a estabilização da rede.
Cultivar fontes alternativas de energia para esses sistemas de backup, bem como os sistemas de resfriamento de servidores dentro dos datacenters, provou ser outra grande oportunidade de inovação.
Inovando com a natureza
Biomimética
Biomimética significa aprender com o professor mais antigo da história: a natureza. Ocultas, existem soluções atemporais que podem ser integradas e emuladas para enfrentar problemas contemporâneos. É assim que aprimoramos a função ecológica dos próprios datacenters.
Hidrogênio verde
O hidrogênio verde é criado por meio de um processo chamado eletrólise, no qual o hidrogênio é separado das moléculas da água sem subprodutos nocivos. A iniciativa da Microsoft de expandir o uso de energia a hidrogênio para sua frota de datacenters será pioneira no setor energético mundial.
Estabilização da rede
À medida que o consumo de eletricidade aumenta, a demanda e a oferta nem sempre podem ser correspondidas. Ajudar a rede a manter esse equilíbrio está no cerne da estabilização da rede. Os datacenters têm um sistema de fornecimento de energia de backup ininterrupto, sempre em funcionamento em caso de paradas. É possível deslocar parte da nossa própria demanda de eletricidade para essas fontes de energia quando há uma demanda maior na rede, o que apoia sua estabilização.
Sonia Maleky, Diretora de Tecnologia de Hidrogênio
Um futuro impulsionado pela inovação
“A tecnologia de células a combustível de hidrogênio já foi comercializada em menor escala, mas a Microsoft é a primeira a demonstrar geração em múltiplos megawatts em escala para datacenters, substituindo os geradores a diesel de backup que garantem operações contínuas em caso de quedas de energia e outras interrupções de serviço”, afirma Sonia Maleky, Diretora de Tecnologia de Hidrogênio da Microsoft.
O hidrogênio verde tem potencial para ser a fonte de energia sustentável ideal em diferentes setores, incluindo datacenters, edifícios comerciais e hospitais. As células a combustível PEM combinam hidrogênio e oxigênio em uma reação química que gera eletricidade, calor e água – sem combustão, sem partículas em suspensão e sem emissões de carbono.
A equipe de Sonia está desenvolvendo inovações energéticas que têm o potencial de transformar o setor conhecido atualmente. Demonstrar a aplicação do hidrogênio verde em escala industrial trará maior sustentabilidade internamente e servirá como um forte caso de uso para outras empresas com objetivos e compromissos semelhantes.
“Precisamos de uma economia de hidrogênio verde robusta, incluindo fornecimento de hidrogênio verde, células de combustível de hidrogênio e armazenamento de hidrogênio para a implementação bem-sucedida de geradores de combustível de hidrogênio como opções viáveis de energia de reserva para avançar em direção a soluções de emissões zero.”
Sonia Maleky
Outra inovação em desenvolvimento, tão empolgante quanto a célula a combustível de hidrogênio, é a tecnologia de cold plate. A aplicação dessa tecnologia, que recicla a água quente removida dos sistemas de resfriamento e a reaproveita como água fria, já tornou os sistemas da Microsoft 90% mais eficientes do que os sistemas tradicionais. Eventualmente, será um sistema de circuito totalmente fechado, que não exigirá água de fontes externas.
Além da reciclagem de água para os sistemas de resfriamento, o programa Circular Centers, pioneiro no setor, permite reutilizar e reaproveitar o hardware dos datacenters – e almeja usar 90% de servidores reciclados até 2025.
A partir desses esforços coletivos em inovação, torna-se evidente que existe um futuro tangível em que os datacenters não apenas tenham impacto ambiental neutro, mas também gerem impacto positivo. À medida que os usos da computação em nuvem continuam crescendo no mundo, os datacenters da Microsoft estarão prontos para atender a essa demanda da forma mais sustentável possível.
Créditos da Imagem: Matt Howard, Dave Hoefler, Ivan Bandura, Yogesh Gosavi, Josh Withers
