自然力量
追根溯源
要別人描述「雲端」或「雲端運算服務」，就像要他形容「空氣」一樣困難。日常生活中的線上購物、通訊軟體、社群媒體都少不了它，但要準確用語言說清楚它究竟是什麼，卻不容易。
不過，「雲端」和「空氣」之間的確有一些相似之處，讓人容易理解。就像空氣一樣，我們知道雲端隨時存在於身邊；沒有它，生活會變得非常困難。而且雖然兩者都看不見，卻承載著極其珍貴的東西。空氣中主要是氮氣與氧氣分子，而雲端裡裝載的，則是我們的資料。
然而，這種基本的理解往往會引出更多問題。
我們的資料最初是怎麼進入雲端的？之後又會去哪裡？它被儲存在什麼地方，又是如何能夠全天候 24 小時隨時可用的呢？
這些看似虛無縹緲的問題，其實有一個非常具體、實體的答案：資料中心。
資料中心是 Microsoft 雲端的支柱。它們是承載並維運成千上萬台伺服器的實體基礎設施，讓我們的資料能在雲端中被儲存與傳輸。同時，它們也提供穩定的電力來源，以及維持伺服器正常運作所需的潔淨與低溫環境。
「目前，我們在超過 34 個國家和地區營運超過 300 座資料中心。整個資料中心規模加起來，相當於約 700 個足球場的面積。」Microsoft 雲端營運與創新部門企業副總裁 Noelle Walsh 表示。
近年來，全球對雲端服務的需求以指數級速度持續成長，其中一大原因是 AI 在全球範圍內的使用激增。這也意味著 Microsoft 的資料中心基礎設施必須以同樣迅速的步伐擴張。
這項成長時，最重要的考量之一是如何讓資料中心在滿足全球日益增加的雲端運算需求的同時，以最永續並將對環境與社區的影響降到最低。
資料中心使用的電力來自同一個供應家庭、辦公室和交通號誌的電網。資料中心必須持續運作，傳統上它們會配備柴油發電機作為備用電源，以及鉛酸電池的不斷電電源系統，以應對停電等突發狀況。
由於資料中心的實體規模可能非常龐大，
它們在所在地區會留下不容忽視的生態足跡。
「日常工作的一個核心部分，就是改進資料中心的設計與運營效率，以減少自然資源的使用量，」Walsh 表示。「我們實現此目標的方法，是以永續為基礎，推動我們的承諾，並持續調整日常運作，以將對環境的影響降到最低。」
提升資料中心永續性的核心方法是創新。透過與內部研發團隊合作，並與外部專家交流，內部的作法與政策為業界樹立了明確範例，展示了測試與實施新方法來建設與運營資料中心的好處。
做一個好鄰居
Microsoft 資料中心創新的起點，是借鑑大自然 38 億年的研發經驗，以永續方式解決現代設計挑戰。Kaitlin Chuzi 生物仿生與先進生態系統部門主管，是這項工作的核心領導者。
「任何建築的興建都會帶來生態成本，因此我們致力於減輕這些影響，」Chuzi 說。「重要的是，我們以整體且系統化的方式設計場地，充分考量當地生態系統。」
Kaitlin 和她的團隊是生物仿生領域的專家，他們運用並模仿植物、動物以及自然元素在數百萬年演化中形成的解決方案。利用生物仿生技術，可以重新塑造資料中心與地球及其生態系統的關係，核心在於與資料中心所在的社區和生態環境和諧共存，並帶來正向貢獻。
例如，一些資料中心已將傳統的雨水滯留池改造成人工濕地，不僅幫助過濾與改善水質，還為當地物種提供棲息地。另一些則探索使用特殊的紫外線玻璃，模仿鳥類進化出能辨識蜘蛛網中紫外線酵素的特性，以減少鳥類撞擊建築物的情況。
鳥類已進化出能辨識並避開某些蜘蛛網中的紫外線酵素。為了減少鳥類撞擊窗戶的事件，Kaitlin 與她的團隊正在探索整合特殊紫外線玻璃，這種玻璃模仿了該酵素的特性。
從增加生物多樣性的垂直綠化牆，到能讓雨水滲入地下的透水鋪面，大自然一直是資料中心如何與周遭環境更和諧共存的絕佳老師。
建造資料中心所使用的材料，也透過創新為進一步實現永續承諾提供了極佳的契機。
「健康且完整的參考棲地作為基準，該生態系統的功能為 100%。我們的初步模型顯示，我們可以設計出維持 75% 生態功能的資料中心。」
Kaitlin Chuzi
混凝土是資料中心的重要建材，但它占了全球碳排放的 8%，使其成為地球上溫室氣體排放量最大的來源之一。為了進一步降低碳排放，Microsoft 正在試驗一種使用回收玻璃的新型混凝土配方，可將樓板結構的碳排放量減少約一半。另一項實驗室規模的試點計畫，與 Prometheus Materials 合作，使用以石灰石與藻類為基底的結構材料，有望將建築安裝的碳排放量降至接近零。
然而，為資料中心的外部與周圍環境創新永續解決方案只是工作的一半。內部的運作同樣重要，尤其是如何確保所有資料中心每天 24 小時不間斷供電。即便是最短暫的停電，也會在整個雲端基礎設施中造成巨大的連鎖效應。
負責應對這項龐大日常任務「如何做到」的是資料中心能源策略資深總監 Audrey Lee。Audrey 主管資料中心電力採購的複雜規劃與策略，並評估這些電力使用對與資料中心共用電網的社區所產生的影響。
「過去，Microsoft 的資料中心對電網的需求比例較小，但隨著需求增加，我們需要更多的電力份額，因此了解我們的影響非常重要，」Lee 說。
為了更好地了解目前及未來對電網增加的需求，Audrey 的團隊採用一種稱為「電網模擬」的方法，透過預測電網使用情況，進而以合適、永續且及時的方式進行規劃。
雖然 Microsoft 並非能源公司，但在許多方面，它是一家基礎設施公司，而對任何雲端基礎設施來說，能源都是不可或缺的資源。因此，永續能源的運用以及對社區帶來正向影響，成為公司肩負的重要責任。
其中一種帶來正向影響的方式，是透過電網穩定化，並將電力回饋至電網。
Lee 解釋道，隨著電力消耗增加，電網上的電力供需不一定總是匹配。Microsoft 配備了不斷電電池供應系統作為電網停電時的備援，這些電池也能將部分資料中心的電力需求暫時轉移，將電力回饋至電網，協助穩定電網運作。
為這些備用系統以及資料中心內的伺服器冷卻系統開發替代能源，已被證明是另一個極具創新潛力的方向。
與自然共同創新
仿生學
生物仿生的核心在於向歷史最古老的老師——大自然學習。隱藏在日常景象中的，往往是可被整合與模仿，用以解決現代問題的永恆解方。這也是我們提升資料中心生態功能的方法之一。
綠色氫能
綠色氫能是透過「電解」製程產生的，在此過程中，氫氣從水分子中分離出來，且不會產生有害副產物。Microsoft 致力於將這類氫能應用於整個資料中心規模，這將成為全球能源領域的首創。
電網穩定
隨著電力消耗增加，電力需求與供給不一定總是匹配。協助電網維持這種平衡，是電網穩定化的核心。資料中心配備了持續運作的不斷電備用電源系統，以應對停電情況。當電網需求增加時，我們可以將部分自身的電力需求轉移到這些能源來源上，進而協助電網穩定運作。
Sonia Maleky，氫技術總監
創新驅動的未來
「氫燃料電池技術雖已在小規模上商業化，但 Microsoft 首次在資料中心展示了多兆瓦級的大規模發電，以取代在停電或其他服務中斷時支援連續運作的柴油備用發電機，」Microsoft 氫能技術部主管 Sonia Maleky 說。
綠氫有潛力成為各行各業的理想永續能源，包括資料中心、商業建築與醫院。PEM 燃料電池將氫氣與氧氣進行化學反應，產生電力、熱能與水，無燃燒、無微粒排放，也不產生碳排放。
Sonia 的團隊正在打造有潛力改變現有能源產業的能源創新方案。在工業規模展示綠氫的應用，不僅能提升內部永續性，也將成為其他有相似目標與承諾的公司效仿的重要示範案例。
「我們需要建立完整的綠氫經濟體系，包括綠氫供應、氫燃料電池與氫氣儲存，才能成功將氫能發電機作為可行的備用電源，朝向零排放解決方案邁進。」
Sonia Maleky
另一項與氫燃料電池同樣令人振奮的創新是冷板技術。應用這項技術，將從冷卻系統移除的熱水回收再轉為冷水，已讓 Microsoft 的系統效率比傳統系統提升了 90%。最終，這將形成一個完全封閉的循環系統，完全不需要外部水源。
除了回收冷卻系統用水之外，首創的「循環中心」計畫能夠重用與再利用資料中心的硬體設備，並預計在 2025 年實現 90% 的伺服器回收再利用率。
從這些創新努力中可以明顯看出，一個資料中心不僅對環境達到淨零影響，甚至能產生正向影響的未來，已觸手可及。隨著全球雲端運算需求持續增長，Microsoft 的資料中心將以最永續的方式，直接滿足這些需求。
圖片來源：Matt Howard、Dave Hoefler、Ivan Bandura、Yogesh Gosavi、Josh Withers
