تستهلك مراكز البيانات الكثير من الكهرباء ، لكنها لا تهدد المناخ حتى الآن

تين. 1. استهلاك طاقة مركز البيانات التاريخي في 2010-2018 والتنبؤات للسنوات القادمة عندما تتم مضاعفة عدد حالات الحوسبة (النوى) في مراكز البيانات في المستقبل ،

فقد ازداد الطلب على خدمات مركز البيانات (DPC) عدة مرات خلال العقد الماضي. يتم دعمه من خلال الشعبية المتزايدة للشبكات الاجتماعية والفيديو وتطبيقات الهاتف المحمول والتطبيقات السحابية المختلفة.

في عام 2010 ، استهلكت جميع مراكز البيانات في العالم حوالي 194 تيراواط ساعة ، أي 1٪ من استهلاك الطاقة العالمي. ماذا سيحدث في حالة النمو الهائل في الحوسبة؟ كانت هناك تقديرات بأن استهلاك الطاقة لمركز البيانات يمكن أن ينمو ثلاث أو حتى أربع مرات. على سبيل المثال ، انظر التقييم الذي أجراه Belhira و Elmeligi في مقالة "تقييم البصمة العالمية للانبعاثات في مجال تكنولوجيا المعلومات والاتصالات: اتجاهات إلى 2040 وتوصيات"(مجلة الإنتاج الأنظف ، المجلد 177 ، ص 448).

لكن الدراسات الحديثة تظهر أنه لا يوجد سبب للذعر. لذلك ، من عام 2010 إلى 2018 ، نمت قوة الحوسبة لمركز البيانات بنسبة 6.5 مرة ، لكن استهلاك الطاقة ظل عند نفس المستوى تقريبًا (205 تيراواط ساعة ، حوالي 1 ٪) ، بحيث لا يوجد شيء يهدد الكوكب حتى الآن.

تستند المخاوف على اتجاهات 2005-2010 ، عندما زاد استهلاك الطاقة لمراكز البيانات بالفعل من 153 ساعة تيراواط (تيراواط ساعة) في 2005 إلى 203 273 تيراواط ساعة في عام 2010 ، والتي يبلغ إجماليها من 1.1 إلى 1.5 ٪ من الاستهلاك العالمي للكهرباء (انظر JG Koomey ، "النمو في استخدام الكهرباء في مركز البيانات من 2005 إلى 2010" ، Analytics Press for New York Times ، 2011).

ومع ذلك ، منذ عام 2010 تغير الوضع بشكل كبير. في عمل علمي جديد ، دمج المؤلفون بيانات من مصادر مختلفة ظهرت مؤخرًا. كتب هذا المقال العديد من خبراء الطاقة الرائدين في مراكز البيانات من جامعة نورث وسترن ومختبر لورانس بيركلي الوطني وشركة الأبحاث Koomey Analytics (الولايات المتحدة الأمريكية).

يظهر تحليل جديد زيادة متواضعة جدًا في استهلاك الطاقة في السنوات الأخيرة. على وجه الخصوص ، بحلول عام 2018 ، ازدادت أعباء العمل وعدد مثيلات الحوسبة بأكثر من ست مرات ، وزادت حركة مرور IP بأكثر من 10 مرات. نمت سعة تخزين مراكز البيانات لهذه الفترة 25 مرة. يبدو أنه يجب استقراء استهلاك الطاقة على نطاق مناسب. ولكن لا: منذ عام 2010 ، انخفض استهلاك الطاقة لكل خادم أربع مرات ، ويرجع ذلك أساسًا إلى التحسينات التكنولوجية وانخفاض وقت الخمول. انخفضت

الواط لكل تيرابايت من الذاكرة المركبة حوالي تسع مرات بسبب زيادة كثافة وكفاءة محركات الأقراص.

بالإضافة إلى ذلك ، تباطأ النمو في عدد الخوادم بشكل ملحوظ بسبب زيادة بمقدار خمسة أضعاف في متوسط ​​عدد المثيلات على خادم واحد (بسبب المحاكاة الافتراضية).

في الوقت نفسه ، طوال الفترة 2010-2019 ، كان هناك تحسن مطرد في جودة استهلاك الطاقة PUE (فعالية استخدام الطاقة) ، والتي يتم حسابها على أنها حاصل قسمة إجمالي استهلاك الطاقة لمركز البيانات على استهلاك الطاقة لمعدات تكنولوجيا المعلومات الخاصة به. تظهر مساهمة المكونات المختلفة في التغيير في PUE في الرسم البياني أدناه.


تين. 2. اتجاهات استهلاك الطاقة لمراكز البيانات

في عام 2018 ، نما استهلاك الطاقة العالمي لمراكز البيانات إلى 205 تيراواط ساعة ، وهو ما يمثل زيادة بنسبة 6٪ فقط مقارنة بعام 2010 ، في حين ارتفع العدد الإجمالي لـ "حالات الحوسبة" بنسبة 550٪ خلال نفس الفترة الزمنية (في حالات الحوسبة) النوى الحسابية لوحدة المعالجة المركزية تعني في المقام الأول).

إذا حسبنا استخدام الطاقة لكل حالة حوسبة ، فإن كثافة الطاقة في عدد مراكز البيانات العالمية قد انخفضت بنسبة 20٪ منذ عام 2010.

ظل إجمالي استهلاك الطاقة لمراكز البيانات في الفترة 2010-2018 بدون تغيير تقريبًا ، ولكن استهلاك الطاقة لأجهزة تكنولوجيا المعلومات (الخوادم وأنظمة التخزين ومعدات الشبكة) زاد من 92 إلى 130 تيراواط ساعة ، مما يشير إلى زيادة في كفاءة مركز البيانات. وبعبارة أخرى ، تذهب الآن المزيد من الطاقة مباشرة إلى الخوادم ، وأقل إلى الأنظمة المساعدة مثل نظام التبريد. وفي الوقت نفسه ، يشير هذا إلى زيادة الكفاءة التكنولوجية والتشغيلية للبنية التحتية: "يرجع هذا الانخفاض إلى الانتقال المستمر من مراكز البيانات التقليدية الصغيرة (79٪ من حالات الحوسبة في عام 2010) إلى مراكز البيانات السحابية الكبيرة والأكثر كفاءة في استخدام الطاقة (بما في ذلك قابلية التوسع) (89٪). عمليات الحوسبة في 2018). " الاتجاه واضح في الشكل الأول في المقالة ، انظر الرسم البياني الثالث على اليسار.



ومع ذلك ، وبالنظر إلى الطلب المتزايد على خدمات مراكز البيانات ، يطرح السؤال ، إلى متى ستستمر اتجاهات كفاءة الطاقة الحالية؟ كتب المؤلفون: "إن التنبؤ بحدود الأداء طويلة المدى لأجهزة تكنولوجيا المعلومات أمر صعب للغاية ، خاصة في ضوء التقنيات التي من المحتمل أن تكون مدمرة مثل الحوسبة الكمومية ، والتي يكون استهلاك الطاقة فيها غير واضح". "ومع ذلك ، يتوقع محللو السوق في المستقبل القريب قدرًا أكبر من المحاكاة الافتراضية للخادم ، وتشير الدراسات التكنولوجية إلى أن أجهزة تكنولوجيا المعلومات لا تزال لديها القدرة على تحسين كفاءة الطاقة ، بما في ذلك المزيد من الانتقال إلى أجهزة التخزين منخفضة الطاقة."

فيما يتعلق بالبنية التحتية ، تعمل مراكز البيانات ذات المستوى العالمي الفائقة بالفعل عند PUE = 1.1 أو أقل ، وهو قريب من أدنى قيمة ممكنة.

يتوقع الباحثون أنه على المدى القصير ، سيستمر الانتقال من مراكز البيانات التقليدية الأصغر إلى مراكز البيانات الأكثر كفاءة وقابلة للتوسع. وفي الوقت نفسه ، "هناك مورد كافٍ لكفاءة الطاقة لاستيعاب المضاعفة التالية لعمليات الحوسبة في مراكز البيانات بالتوازي مع زيادة طفيفة في استخدام الطاقة العالمي."

تتعارض نتائج هذا العمل العلمي مع التوقعات السابقة لزيادة سريعة وحتمية في استهلاك الكهرباء. لا ، ليس من المتوقع حدوث نمو سريع في السنوات القادمة. لكن حجم الحوسبة سينمو باستمرار لعدة عقود أخرى ، لذلك يجب التحكم في استهلاك الطاقة في مركز البيانات. يوصي الباحثون بمراقبة الامتثال لمعايير مثل Energy Star للخوادم ووحدات التخزين وأجهزة الشبكة ، ويتطلبون اعتمادًا للمشتريات الحكومية. يحتاج مصنعو المعدات إلى خلق حوافز لمواصلة إنتاج منتجات مبتكرة موفرة للطاقة.

تم نشر الدراسة28 فبراير 2020 في مجلة ساينس. يسمى عمل فريق من المؤلفين الأمريكيين "إعادة معايرة تقديرات استخدام الطاقة لمركز البيانات العالمي" (Doi: 10.1126 / science.aba3758.