Функционирование Интернета и многие другие аспекты современной жизни зависят от центров, где расположены процессоры и серверы, но спрос опережает возможности.
Каждое отправленное электронное письмо, снятое фото или видео, проданный криптовалютный токен и опубликованная в Интернете статья пополняют растущую массу цифровых данных по всему миру.
По данным исследователя рынка International Data Group, только в прошлом году было создано и потреблено около 100 триллионов гигабайт данных, что в 4,5 триллиона раз превышает весь текстовый контент Википедии. А к 2025 году этот показатель снова почти удвоится.
Этот рост обеспечивают энергоемкие центры обработки данных по всему миру, которые обрабатывают, размещают и хранят цифровую информацию, но их мощностей быстро становится недостаточно.
Разработчики вынуждены расширять существующие центры или строить новые, чтобы удовлетворить спрос. Все большее число людей и устройств подключается к Интернету, потоковые сервисы, такие как Netflix и Spotify, насчитывают миллионы пользователей, а появление криптовалют и требующих больших затрат на обработку данных методов майнинга привело к увеличению нагрузки. По оценкам Кембриджского центра альтернативных финансов, в прошлом году майнинг и торговля биткоинами потребляли почти втрое больше электроэнергии, чем весь остров Ирландия.
Наша зависимость от центров обработки данных, обеспечивающих функционирование современной жизни, будет только усиливаться. По словам Петрока Тейлора, аналитика компании Statista, занимающегося вопросами центров обработки данных и телекоммуникаций, в ближайшие годы "двумя основными двигателями будут искусственный интеллект и Интернет вещей". "Эти алгоритмы ИИ нуждаются в огромных объемах обучающих данных, и по мере их усложнения им потребуется все больше данных для обучения".
Большие языковые модели, такие как GPT-4, на основе которой работает ChatGPT, требуют огромных вычислительных мощностей для создания и совершенствования. Хотя компания OpenAI, создавшая ChatGPT, не публикует точных данных, по оценкам, на обучение ее более старой модели, GPT-3, было затрачено от 3,2 до 4,6 миллиона долларов на вычислительные мощности. По оценкам Сэма Альтмана, генерального директора OpenAI, для обучения GPT-4 эти затраты превысили 100 миллионов долларов.
Решить проблему надвигающегося дефицита центров обработки данных не так просто: не достаточно просто построить новые или расширить существующие. Разработчики должны преодолеть такие препятствия, как местные ограничения на планирование, необходимость увеличения выработки электроэнергии и модернизации национальных систем передачи данных.
В регионах, где расположены скопления центров обработки данных, эти ограничения сдерживают развитие новых центров, что может вынудить разработчиков искать другие места.
Количество электроэнергии, потребляемой центрами обработки данных, также вызывает вопросы об их экологичности и влиянии на достижение странами целей "чистого нуля".
"Безусловно, физически возможно удовлетворить этот рост спроса, провести декарбонизацию и обеспечить достаточное количество генерируемых мощностей", — говорит Марк Тернер, партнер консалтинговой компании Baringa. "Но сбалансировать все эти факторы становится особенно сложно".
Устройство центра обработки данных
Персональный компьютер содержит жесткий диск для хранения данных, процессор для их модификации, сетевое оборудование для подключения к Интернету и аккумулятор или блок питания для обеспечения всего этого энергией. При прохождении электричества через аппаратные средства ноутбука выделяется тепло, которое охлаждается вентилятором.
В центрах обработки данных эти основные концепции стандартного компьютера расширяются до огромных масштабов. Вместо одного жесткого диска на компьютере для хранения фотографий и видео центр обработки данных содержит несколько тысяч жестких дисков и мощных процессоров внутри серверов, которые хранят, обрабатывают и размещают огромное количество данных, например, весь каталог видео на YouTube.
Огромные массивы серверов хранятся в рядах энергоемких "стоек", выделяющих невероятное количество тепла. Для регулирования этого тепла требуются специальные системы охлаждения. Чтобы оборудование не выходило из строя, в ЦОДе должна поддерживаться температура от 18 до 27 градусов Цельсия.
Центры обработки данных имеют разную структуру собственности. Организации могут строить и эксплуатировать собственные центры обработки данных для своих конкретных нужд, что может быть предпочтительнее для государственных или военных операций, связанных с обеспечением безопасности. С другой стороны, серверное пространство можно арендовать на короткий срок у компаний, владеющих и управляющих центрами обработки данных, известных как "облачные провайдеры", например, Amazon Web Services или Google Cloud. Независимо от способа функционирования все центры обработки данных нуждаются в большом количестве надежной электроэнергии для питания оборудования и систем охлаждения.
Хотя за последнее десятилетие энергоэффективность центров обработки данных значительно повысилась, постоянно растущий спрос на данные привел к увеличению общего энергопотребления.
Энергоэффективность ЦОДа измеряется по шкале эффективности использования электроэнергии (PUE), которая равна отношению общей мощности, поступающей в ЦОД, к общей энергии, используемой для работы оборудования в нем. Таким образом, идеальная эффективность PUE равна 1.
До 2018 года центры обработки данных добивались значительного повышения энергоэффективности за счет объединения и совершенствования систем охлаждения. Однако в настоящее время этот рост эффективности достиг своего пика.
Когда сходятся волоконно-оптические линии
В силу таких факторов, как география, климат и доступ к квалифицированной рабочей силе, центры обработки данных, как правило, географически сгруппированы. К крупным центрам относятся Дублин, Амстердам, Цюрих и Вирджиния.
По оценкам Structure Research, консалтинговой компании, специализирующейся на инфраструктуре Интернета, в прошлом году центры обработки данных потребляли электроэнергию в объеме, равном примерно 1% от общего мирового спроса на электроэнергию. Однако из-за кластеризации спрос на электроэнергию распределяется по миру неравномерно.
По словам Тернера, который также изучал специфику ирландского рынка ЦОД, наиболее активные центры имеют "связи с волоконно-оптическими магистралями, проходящими через разные континенты". "Именно в этом плане выигрывают такие города, как Амстердам и Дублин, поскольку в них множество волоконно-оптических линий сходятся в одном месте".
Например, в Ирландии действуют 82 центра обработки данных, большинство из которых расположены в районе Дублина. По данным ирландской компании Bit Power, занимающейся исследованием рынка, еще 40 центров имеют разрешение на строительство, а 12 находятся в стадии строительства.
В 2022 году эти центры потребляли 19% от общего объема энергопотребления в Ирландии. По данным ирландского оператора энергосистем Eirgrid, к 2031 году эта доля возрастет до 28%. В связи с опасениями по поводу пропускной способности своей сети Eirgrid прекратила выдачу новых разрешений на подключение к сети центров обработки данных в районе Дублина до 2028 года.
"Безусловно, существует желание укрепить сеть вокруг Дублина", — говорит Тернер. "Однако сделать это очень сложно… в частности, необходимо получить соответствующее разрешение на проектирование, да и вообще очень сложно получить разрешение на прокладку новых проводов, особенно в застроенных районах".
Проблемы с электроснабжением и передачей электроэнергии характерны не только для Ирландии. В американском штате Вирджиния расположен один из крупнейших в США кластеров ЦОДов — 27% всех мощностей американских ЦОДов, по данным компании Structure Research. Его 300 центров потребляют 20% всей электроэнергии в штате.
Технологические компании, обеспокоенные тем, как такой уровень спроса влияет на окружающую среду, планируют и инвестируют в более экологичные облачные сервисы. Сундар Пичаи, генеральный директор Google, объявил в 2020 году о "стремлении к 2030 году работать круглосуточно только на безуглеродной энергии во всех центрах обработки данных и кампусах компании по всему миру".
Компания планирует круглосуточно закупать экологически чистую энергию на рынках, где она работает, а также инвестировать в возобновляемые источники энергии. Другие операторы ЦОДов взяли на себя аналогичные обязательства по декарбонизации своих сетей.
Центры обработки данных становятся важными игроками оптового рынка электроэнергии, способными влиять на направление инвестиций в производство электроэнергии.
В апреле компания Google заключила соглашение о прямой покупке 150 мегаватт ветровой энергии у датской энергетической компании Ørsted, эксплуатирующей ветряные электростанции в США.
Подобные соглашения с операторами ЦОДов могут помочь обеспечить финансирование строительства, гарантируя поставщикам экологически чистой энергии фиксированный доход в течение нескольких лет. Один из инсайдеров в области энергетики сообщил газете Financial Times, что "соглашения о покупке мощности являются одним из ключевых факторов, решающих, будет ли построена ветряная электростанция или нет".
Это, по словам Тернера, говорит о том, что новые центры могут сыграть определенную роль в удовлетворении будущего спроса, наряду с расширением существующих центров.
"Наиболее очевидными и удачными с точки зрения расположения, вероятно, являются те, которые уже были построены", — говорит он. "В списке факторов, определяющих место расположения ЦОД, наличие достаточного резерва и мощности в сети, а также доступность низкоуглеродной энергии, в идеале — по низкой цене, [последнее] становится все более важным. Это может заставить операторов искать другие варианты".
Источник: @thebugged
