自然之力
追本溯源
让人们用视觉化语言描述“云”（即云计算服务），就像让人描述空气的样子一样。我们日常的在线购物、即时通讯、社交媒体等活动都离不开它，但要准确说出它到底是什么，却并非易事。
不过，“云”和空气确实有一些容易理解的相似特质。和空气一样，我们知道“云”始终围绕在我们身边；我们知道没有“云”，生活将会变得十分不便；我们也知道，尽管二者都无法用肉眼看见，但其内部却承载着无比珍贵的东西——空气里主要是氮分子和氧分子，而“云”里则是我们的数据。
但这种基础认知只会引出更多问题。
我们的数据最初是如何进入“云”的？进入“云”之后又会去往何处？数据储存在哪里，又为何能实现 24 小时不间断访问？
这些看似抽象的问题，答案其实具体而实在：数据中心。
数据中心是 Microsoft Cloud 的核心支柱。它们是承载并维护数千台服务器的实体基础设施，这些服务器负责在“云”中存储和传输我们的数据。同时，数据中心还需持续提供能源，并维持清洁、凉爽的环境，以确保服务器正常运行。
“目前，我们在 34 个以上国家运营着 300 多个数据中心，整个数据中心集群的总面积约等于 700 个足球场。”Microsoft 云运营与创新部门企业副总裁 Noelle Walsh 表示。
云服务的需求逐年呈指数级增长，部分原因是近年来全球 AI 使用率激增，这也意味着 Microsoft 的数据中心基础设施必须快速扩张。
而这种扩张过程中，一个核心考量是数据中心如何以可持续的方式满足全球日益增长的云计算需求，同时将对环境和社区的影响降至最低。
数据中心所需的电力来自为家庭、办公楼和交通信号灯供电的同一电网。由于数据中心必须不间断运行，传统上，柴油备用发电机和铅酸电池不间断电源一直是应对停电的核心设备。
此外，由于数据中心的物理规模可能十分庞大，它们在所处区域会留下显著的生态足迹。
“我们日常工作的核心部分，就是改进数据中心的设计和运营效率，以减少自然资源的消耗，”Walsh 表示，“为实现这一目标，我们将可持续发展作为基础，努力兑现承诺；同时不断调整日常运营，将对环境的影响降到最低。”
提升数据中心可持续性的核心方法是创新。通过与内部研发团队合作、联合外部专家，Microsoft 制定的内部实践与政策为行业树立了清晰典范，证明了测试和应用数据中心建设与运营新方法的价值。
睦邻共处
Microsoft 数据中心创新的出发点，是借鉴自然界 38 亿年的“研发成果”，以可持续方式解决现代设计难题。仿生学与先进生态系统部门总监 Kaitlin Chuzi 是这项工作的核心领导者。
“任何建筑的建造都会产生生态成本，因此我们正努力减轻这些影响，”Chuzi 表示，“关键在于，我们在设计场地时，要从整体和系统的角度考虑当地生态系统。”
Kaitlin 及其团队是仿生学领域的专家，他们借鉴并模仿植物、动物及自然元素在数百万年进化中形成的解决方案。利用仿生学，有望重塑数据中心与地球及其生态系统的关系。这一切的核心，是与数据中心所在社区和谐共生，并为其带来积极影响。
例如，部分数据中心已将传统的雨水滞留池改造为人造湿地，这些湿地有助于过滤水质、改善水环境，同时为当地物种提供栖息地。另有一些数据中心正在探索使用特殊紫外线玻璃——这种玻璃模拟了蜘蛛网中紫外线酶的特性，而鸟类在进化过程中已学会识别并避开这种酶，从而减少鸟类撞击建筑的情况。
鸟类已进化出识别并避开某些蜘蛛网中紫外线酶的能力。为减少鸟类撞窗事件，Kaitlin 及其团队正探索采用能模拟这种酶特性的特殊紫外线玻璃。
从可增加生物多样性的垂直绿植墙，到能让雨水渗入地下的透水路面，自然界为数据中心融入周边环境提供了绝佳的借鉴思路。
数据中心建设所用的材料，也为通过创新推进可持续发展承诺提供了重要机遇。
“如果我们将健康、完整的参考栖息地作为基准，该生态系统的生态功能可达 100%。我们的初步模型显示，我们设计的数据中心可维持 75% 的生态功能。”
Kaitlin Chuzi
混凝土是数据中心的关键建材，却占全球碳排放总量的 8%，是地球上最大的温室气体排放源之一。为进一步减少碳排放，Microsoft 正在试点一种使用再生玻璃的新型混凝土混合物，这种混合物可将楼板结构的碳排放量降低约一半。此外，Microsoft 还与 Prometheus Materials 合作开展实验室规模试点，使用石灰岩和藻类基混凝土制造结构材料，有望将设施的碳排放量降至近乎零的水平。
不过，为数据中心外部及周边环境研发可持续解决方案，仅仅是工作的一半。数据中心内部的运营同样重要，尤其是如何确保所有数据中心全年 24 小时不间断供电。即便是极短暂的停电，也可能对整个云基础设施造成巨大的连锁影响。
负责应对这一重大任务日常运营的，是数据中心能源战略高级总监 Audrey Lee。她负责统筹数据中心电力采购的复杂规划与战略，并评估电力使用对共享电网社区的影响。
“过去，Microsoft 数据中心在电网中所占的电力份额较小。但随着需求增长，我们对电网的电力需求大幅增加，因此了解我们的影响至关重要。”Lee 表示。
为更好地了解当下及未来电网面临的这种新增需求，Audrey 的团队采用了“电网建模”方法——通过预测电网使用情况，以合理、可持续且及时的方式制定规划。
尽管 Microsoft 并非能源公司，但在许多方面，它属于基础设施企业；而能源是云基础设施不可或缺的资源。正因如此，推行可持续能源实践并为社区带来积极影响，已成为 Microsoft 业务的重要责任。
实现这种积极影响的方式之一，便是稳定电网并反哺电网。
Lee 解释道，随着电力消耗增加，电网的供需关系可能会出现失衡。Microsoft 的数据中心配备了电池供电的不间断电源系统作为电网停电时的备用设施，这些系统可通过暂时将数据中心的部分电力需求转移到电池上，为电网提供支持，从而助力电网稳定。
此外，为备用系统及数据中心内部的服务器冷却系统开发替代能源，也被证明是创新的重要方向。
借助自然之力创新
仿生学
仿生学的核心是向自然界这位最古老的“老师”学习。那些潜藏在我们身边的永恒解决方案，可通过整合与模仿，用于解决当代难题。我们正是通过这种方式，提升数据中心自身的生态功能。
绿色氢能
绿色氢能通过“电解”过程产生——该过程将氢从水分子中分离出来，且不产生有害副产品。Microsoft 致力于为数据中心集群推广这种氢能发电技术，这在全球能源行业尚属首次。
电网稳定
随着电力消耗增加，电网供需可能出现失衡。助力电网维持这种平衡，是电网稳定工作的核心。数据中心始终运行着备用不间断电源系统，以应对停电情况。当电网需求较高时，我们可将自身的部分电力需求转移到这些备用能源上，进而支持电网稳定。
Sonia Maleky，氢能技术总监
以创新驱动未来
“氢燃料电池技术已在小规模场景实现商业化，但 Microsoft 率先实现了数据中心多兆瓦级规模的发电应用——该技术将取代柴油备用发电机，在停电及其他服务中断情况发生时，保障数据中心持续运营。”Microsoft 氢能技术总监 Sonia Maleky 表示。
绿色氢能有望成为多个行业（包括数据中心、商业建筑和医院）的理想可持续能源。质子交换膜 (PEM) 燃料电池通过氢与氧的化学反应产生电力、热量和水——整个过程无燃烧、无颗粒物排放，也无碳排放。
Sonia 的团队正在研发有望改变当今能源行业格局的能源创新技术。在工业规模应用绿色氢能，不仅能提升 Microsoft 内部的可持续发展水平，还将为其他拥有类似目标与承诺的企业提供有力的实践案例，助力它们采取同样的行动。
“要成功将氢燃料发电机作为可行的备用电源选项，推动零排放解决方案落地，我们需要一个完善的绿色氢能生态系统——包括绿色氢能供应、氢燃料电池及氢储存设施。”
Sonia Maleky
另一项处于研发阶段的创新技术——冷板技术，其前景与氢燃料电池同样令人期待。该技术可将冷却系统中排出的热水回收，重新转化为冷水再利用。目前，应用该技术的 Microsoft 系统效率已比传统系统高出 90%。未来，它将发展为完全闭环系统，不再需要从外部获取水资源。
除了回收冷却系统用水，Microsoft 还推出了首创的“循环中心计划”——该计划可对数据中心的硬件进行回收和再利用，目标是到 2025 年，90% 的服务器采用回收硬件。
从这些创新解决方案的集体实践中不难看出，数据中心不仅能实现对环境的“净零影响”，还能产生积极影响——这样的未来已近在眼前。随着全球云计算应用持续增长，Microsoft 数据中心将以最可持续的方式，直面并满足这一需求。
图片来源：Matt Howard、Dave Hoefler、Ivan Bandura、Yogesh Gosavi、Josh Withersall
