Adatközpontok, amikhez egy erőmű is kevés: hogyan zöldülnek a monstrumok?

Írta: NetMasters

2021.02.05.

Az elmúlt években az internet egyik tartóoszlopát adó adatközpontok irdatlan energiamennyiségeket kezdtek el használni, a legnagyobbakat már egy-egy atomerőmű-blokknak megfelelő energiaforrás tudja csak kiszolgálni. Erre hol a sarkköri levegő ad megoldást, hol az, hogy vízbe merítik az egészet. De mikor lesz ez az egész teljesen zöld? Hát, nem mostanában…

A világ legnagyobb adatközpontjainak, ahol több tízezer szervert tartanak üzemben, több száz megawatt (MW) energiára is szüksége lehet, hogy a működést biztosítsák.

Összehasonlításképp: a Paksi Atomerőmű jelenleg a magyarországi teljes energiatermelés 49%-át adja 2012,8 MW kapacitásával. Vagyis az erőmű, ami a fél országban felkapcsolva tartja a villanyt, összesen 19 olyan adatközpontot tudna működtetni, mint amilyet a Facebook Oregonban épít

Az összehasonlítás nem abszurd, ez az adatközpont, ha elkészül, több energiát fogyaszt majd, mint az összes ember együttvéve, aki a megyében lakik.

(Mellesleg, miközben az adatokat túrtam ahhoz, hogy kézzelfogható legyen az összehasonlítás, rá kellett jönnöm, hogy egy átlagos amerikai háztartás több, mint hétszer annyi energiát fogyaszt, mint egy magyar – egy amerikai havi 877 kWh energiát fogyaszt, míg egy magyar 120-at.)

De mondok durvábbat.

A világ legnagyobb adatközpontja a Citadel Campus, amelyet a Switch húzott fel Nevadában. A létesítmény egészen brutális méretekkel és teljesítménnyel dolgozik, több millió szerverrel, és a komplett infrastruktúra működéséhez 850 MW energiát használ.

Paks, ami ugye egy atomerőmű, két ilyen komplexumot tudna kiszolgálni, és megmaradna még a kapacitása úgy nyolcada.

Térjünk át a kérdésre, hogy hová tűnik ennyi energia?

Mégis mi használ ennyi energiát egy szerverparkban?

A kérdés jogos. 

Nem maguk a szerverek, azok csak 43%-át használják fel mindennek. További 11%-ot esznek meg az adattárolók, és jut 3% a hálózatra is.

A maradék 43% pedig a hűtésre megy el.

A probléma, amivel az adatközpontok üzemeltetői szembe kell nézzenek, hasonló, mint amivel rakétamérnökeink küzdenek, amikor valamit fel kell lőni az űrbe.

A dilemma itt a következő: ha X kiló bármit fel akarunk küldeni az űrbe, a gravitációt legyőző meghajtáshoz kelleni fog Y kiló üzemanyag. Az Y kiló üzemanyag viszont ugyanúgy megy a rakétával (legalábbis kezdetben), ezért még több üzemanyag kell és így tovább.

Csakhogy rakétamérnökeink szerencsésebbek, a légkör ugyanis ritkul felfelé menet, az üzemanyag pedig elfogy, így nem kerülünk végtelen loopba.

Az adatközpontoknál a dilemma abból áll, hogy a szerverek, adattárolók, hálózati eszközök által felhasznált energia hővé alakul át. Ugyanaz történik, mint amikor az ötvenedik Chromes ablak megnyitásakor elkezd felhevülni a laptopod, és hirtelen a ventilátor zaja elnyomja a külvilágot.

Több millió szerver egy helyen, rackekben (szervertárolókban) irdatlan mennyiségű hőt termel, megfelelő hűtés nélkül pillanatok alatt szétolvadna minden egy ilyen komplexumban, tehát robosztus hűtőrendszerre van szükség, ami elvezeti a hőt.

A probléma, hogy a hűtőberendezések megintcsak árammal működnek, amit ugyanúgy hővé alakítanak át…

A szerverek energia-felhasználásával nem sokat tudnak kezdeni az adatközpontokban, bár a technológia fejlődik és itt is törekednek az energiahatékonyságra, ezt egy ilyen komplexumban adottnak kell vennünk.

Tehát a feladat az, hogy energiahatékonyabb hűtőrendszereket építsünk ki – vagy trükközzünk egy kicsit. A hatalmas, több millió szerverrel dolgozó parkokat üzemeltető cégeknek erre több ötlete is van, amivel vagy megpróbálkoztak már, vagy épp tervben van:

  • A Facebook például a sarkkörtől nem messze, Svédország északi részén épített adatközpontot, ahol leegyszerűsítve az innovatív “nyissunk ablakot” módszert használják hűtésre.
  • A Microsoft Northern Isles adatközpontját kísérleti jelleggel egyszerűen a víz alá süllyesztették.
  • A Google pedig úgy döntött, hogy saját fejlesztésű MI-jeit hajítja rá a problémára, optimalizálják a gépagyak a hűtőrendszereket. DeepMind AI például a csatasorba állításakor, 2016-ban 40%-kal csökkentette a hűtésre fordított energiamennyiséget a cég adatközpontjaiban, ezzel 15%-kal csökkentve a teljes energiafelhasználást.
A Facebook sarkköri adatközpontjának hatalmas ventilátorai. Igazából az egész létesítmény olyan, mint egy sci-fi díszlet.

Emellett sok adatközpontban úgy alakították át a folyamatokat, hogy a sok számítást kívánó, így nagy energiaigényű feladatokat azokban az időszakokban végezzék el, amikor megújuló energiaforrásból működik a létesítmény.

Ilyen az igazi redundáns energiabiztosítás

Még egy szempont, amit hajlamosak vagyunk elfelejteni. Tudod, mi használ még energiát? Az összes olyan rendszer, ami garantálja a redundáns energiaszolgáltatást.Vegyünk egy magyar példát arra, hogyan is működik ez a redundancia, és hogyan kell az energiával ügyeskednie egy adatközpont-tervező mérnöknek.

A Servergarden adatparkja Magyarországon a legnagyobb teljesítmény-sűrűséggel dolgozik, 300 négyzetméteren 1 MW hasznos teljesítménnyel. Az áramellátás redundáns, két, egymástól független nyomvonalon biztosítják. De mi van, ha mindkét áramforrás elapad?Alapesetben ilyenkor azok a tartalék akkumulátorok veszik át a munkát, amelyeket folyamatosan töltenek, ha van áram. Ezek viszont hatékonysági szempontok miatt sorba kapcsolva működnek – ami azt is jelenti, hogy bárhol van hiba, zárlat a rendszerben, az akkumulátorok máris kiesnek.

A harmadik redundancia természetesen egy dízelgenerátor, ami 24 órára elegendő gázolajtartalékkal rendelkezik. Természetesen a generátornak is idő kell, mire vészüzemi egységként munkába áll, még akkor is, ha a motortestet folyamatosan előfűtik – ami a dízelnél ugye alapkövetelmény. 5-6 másodperc jellemzően elég arra, hogy a generátor átvegye az áramfejlesztést – ami viszont egy szerverpark esetében még mindig elfogadhatatlan kockázat.

És itt jön be a negyedik redundancia, ami a privát szektorban teljesen egyedülálló megoldásként működik a Servergardennél (ahol a tavalyi költözés óta a NetMasters szerverei is otthonra leltek).

A létesítményben ugyanis egy óriási lendkerék is helyet kapott, amit ha minden rendben van, a hálózatról kapott árammal pörgetnek. Leállás esetén persze a kerék is leáll, ezalatt viszont a lendületi energia 5-30 másodpercig még közel 2 MW energiát termel, ezzel szükség esetén áthidalja az esetleges akkumulátor hibát a dízel áramfejlesztő teljes teljesítményre felpörgetéséig.

Adatközpont és adatközpont között mellesleg komoly különbségek adódnak aszerint, hogy az energiatakarékosságot és a hatékonyságot  mennyire tekintik fontos szempontnak.

Azok a szerverparkok, amelyek felhőszolgáltatásokat biztosítanak az ügyfeleiknek, természetesen maximális optimalizációra törekszenek, hisz minél kevesebb áramot használnak, annál nagyobb profitot termelnek.

A vállalati szervertermek és adatközpontok esetében ez kevésbé jellemző: ezek tervezőit és üzemeltetőit leginkább akkor tekintik hatékonynak, ha a rendelkezésre állás minél magasabb, bármi áron.

Jelenleg a legnagyobb energiahatékonysági mutatóval működő szerverfarmok a felhőszolgáltatásokat működtető úgynevezett hyperscale adatközpontok – ilyen a már említett Citadel Campus, vagy épp az Amazon, a Facebook és a Google hatalmas, több millió szervert üzemeltető létesítményei. 

Önmagában az energiaigényük persze elképesztő – de ha összehasonlítjuk őket az on-premise, helyben a vállalatoknál működő infrastruktúrával, ugyanannyi számítás elvégzéséhez arányaiban mindössze  az energia 16%-ára van szükségük, köszönhetően a hiperoptimalizált felépítésüknek.

Meddig lesz ez tartható?

Az elmúlt években megközelítően változatlan maradt az arány, miszerint az adatközpontok a globális energiafogyasztás körülbelül 1%-át adják – ami elég brutális szelet egy ilyen tortából.

Nehéz megbecsülni, hogy milyen technológiai áttörésekkel számolhatunk, de a konszenzus szerint 10 éven belül legalábbis megháromszorozódik az adatközpontok által használt energiamennyiség. Pesszimistább becslések szerint megtízszereződik.

Ez alapvetően annak köszönhető, hogy egyre inkább az internetre támaszkodunk a mindennapi életben. Online beszélgetünk, fogyasztunk tartalmat, streamelünk 4K filmeket, a felhőben tárolunk minden céges adatot és folyamatos online kollaborációval dolgozunk együtt. A navigációs rendszereink egyre pontosabbak, egyre több tevékenységünket követik a mobilokba épített appok, mindezek egyre több eszközön kapnak helyet – és egyre nagyobb és nagyobb forgalmat generálnak.

Jelenleg a növekedés egy exponenciális görbe képét mutatja, és nehéz elképzelni, hogy a közeljövőben ellaposodna.

A technológia pedig tartja a lépést, Moore törvénye még ma is keményen tartja magát.

Moore törvényének lényege eredetileg az a megfigyelés, hogy a modern processzorok számítókapacitása minden évben megduplázódik – ezt tökéletesen tartjuk. 

Felhívnám rá a figyelmed, hogy az alábbi, az egyes mikrochipek teljesítményét (a tranzisztorok számát) ábrázoló grafikon egy logaritmikus skála…

Később ezt a törvényt olyan futurológusok, mint Raymond Kurzweil a technológiai fejlődés számos más területére is kiterjesztették, és bár itt akadnak vitás kérdések a szakemberek között a törvény alkalmazhatóságában, ha az internetforgalmat, a számítókapacitást vagy akár a teljes technológiai ipar energiafelhasználását nézzük, nos, az exponenciális növekedés szinte mindenhol tartja magát.

Így tehát mindez az adatközpontokra is érvényes, amelyek mindennek a technológiai robbanásnak a talapzatát biztosítják a globális gerinchálózattal egyetemben.

Lassan zöldülő szerverparkok

Mivel nem épülhet minden új adatközpont a sarkkörre vagy a tenger mélyére már csak a globális infrastruktúra miatt sem, és nem építhetünk mindegyik mellé egy erőművet, a Big Tech más irányba fordult: a zöld energiához.

A Google már évekkel ezelőtt elhatározta, hogy adatközpontjai energiaigényét 100%-ban megújuló energiaforrásokból biztosítja majd, és ezt a célt 2017-re el is érték – legalábbis bizonyos értelemben.

Az energiát részben vásárolják, részben maguknak termelik meg olyan ambiciózus projektek révén, mint például az Alabama és Tennessee államokban épülő naperőműveik, amelyek 300 MW energiát termelnek majd az itt építendő új adatközpontoknak.

Részben viszont még a Google is kénytelen hagyományosabb energiaforrásokra támaszkodni, így valójában nem 100%-ban megújuló forrásokból táplálkoznak. A valóságban egy sor körülmény miatt nem mindig lehetséges egy adatközpont energiaellátását zöld energiából biztosítani, mert mondjuk nem építhető mellé naperőmű, vagy mert az adott helyen nem kellően hatékony a szél- vagy vízenergia használata és így tovább.

Amit a Google valójában tesz, az az, hogy a teljes energia-felhasználásuknak megfelelő zöldenergiát vásárolnak. Lényegében minden, hagyományos energiaforrásból nyert kilowattóráért, amit felhasználnak, vesznek egy kilowattórányi energiát valamilyen kizárólag a számukra létrehozott megújuló energiát szolgáltató létesítménytől, ezt pedig a helyi elektromos hálózatba táplálják vissza.

Az, hogy nem lehetséges mindenhol csak zöld energiát használni, egyáltalán nem tántorítja el a techszektort attól, hogy a lehető legnagyobb megújuló részesedést próbálja elérni. Ennek az oka leginkább az, hogy mára a megújuló energia sokkal olcsóbb, mintha hagyományos forrásokból biztosítanák az ellátást.

Az AWS ugyanazt a célt tűzte ki, mint a Google, 2018-ban már 50% volt a megújuló energia aránya a vállalatnál, – a Microsoft pedig már 2012-ben karbonsemleges lett, és 2014 óta 100%-ban megújuló energiaforrásokra támaszkodik.

Egy nagyobb adatközpont jelenléte szokszor a környező lakóépületeknek és vállalatoknak is jó. A megtermelt hő ugyanis sokféleképpen felhasználható helyben, amivel gyakorlatilag ingyen energiát nyernek. Jó példa erre a Facebook dániai Odense-ben működő létesítménye, ami a szerverek által megtermelt hőt a lakossági fűtőrendszerbe csatornázza át – mellesleg ehhez is zöld energiát használva.

Konklúzió

A világ adatközpontjai az teljes IT-iparral együtt rohamléptékben terjeszkednek, gombamód lepik el a bolygót, de eközben a megújuló energia bevezetésével igyekeznek is lépést tartani a növekvő energiaéhséggel.

Ez nem mindig egyszerű, néhol egyáltalán nem kivitelezhető, de a legnagyobbak még ilyenkor is igyekeznek legalábbis kiegyenlíteni a számlát, ahogy a Google-nél is láthatjuk.

Magyarországon persze más a teljes látkép: itthon inkább szervertermekről beszélhetünk, mintsem adatközpontokról. Vannak persze nagyobb versenyzők, mint a több hazai adatközpontot is üzemeltető, és a megújuló energiaforrások használatára kiemelten figyelő T-Systems, vagy épp az a Gödön épülő kormányzati adatközpont, ami 2000 négyzetméteren üzemeltetne szervereket, összesen 25 MW energiát használva – bár ez a projekt évek alatt sem került a megvalósulás fázisába.

A kisebbek között is sokan vannak, akik törekszenek a zöld energia használatára, de ez nagyvárosok közepén, ahol a szél-, víz- és geotermikus energia kihasználhatatlan, nem mindig egyszerű feladat.

Olvasd el ezeket is:

Kommenteld meg jól:

0 hozzászólás

Egy hozzászólás elküldése

Az e-mail-címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük

Ez az oldal az Akismet szolgáltatást használja a spam csökkentésére. Ismerje meg a hozzászólás adatainak feldolgozását .