Los centros de datos consumen mucha electricidad, pero aún no amenazan el clima

Higo. 1. Consumo de energía del centro de datos histórico en 2010-2018 y el pronóstico para los próximos años cuando se produzca la próxima duplicación del número de instancias de cómputo (núcleos) en los centros de datos. La

demanda de servicios de centros de datos (DPC) ha crecido muchas veces en la última década. Se alimenta de la creciente popularidad de las redes sociales, video, aplicaciones móviles y varias aplicaciones en la nube.

En 2010, todos los centros de datos del mundo consumieron aproximadamente 194 TW · h, es decir, el 1% del consumo mundial de energía. ¿Qué pasará en el caso del crecimiento exponencial en informática? Hubo estimaciones de que el consumo de energía del centro de datos puede crecer tres o incluso cuatro veces. Por ejemplo, vea la evaluación de Belhira y Elmeligi en el artículo "Evaluación de la huella de emisiones globales de las TIC: Tendencias para 2040 y recomendaciones"(Journal of Cleaner Production, Volumen 177, p. 448).

Pero estudios recientes muestran que no hay causa de pánico. Entonces, de 2010 a 2018, la potencia de cómputo del centro de datos creció 6.5 veces, pero el consumo de energía permaneció aproximadamente al mismo nivel (205 TWh, aproximadamente 1%), por lo que nada amenaza al planeta todavía.

Los temores se basan en las tendencias de 2005–2010, cuando el consumo de energía de los centros de datos en realidad aumentó de 153 teravatios hora (TWh) en 2005 a 203–273 TWh en 2010, que totaliza de 1.1 a 1.5% del consumo mundial de electricidad (ver JG Koomey, "Crecimiento en el uso de electricidad del centro de datos 2005 a 2010", Analytics Press para el New York Times, 2011).

Sin embargo, desde 2010 la situación ha cambiado dramáticamente. En un nuevo trabajo científico, los autores integraron datos de varias fuentes que han aparecido recientemente. El artículo fue escrito por varios expertos en energía líderes en centros de datos de la Universidad Northwestern, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y la firma de investigación Koomey Analytics (EE. UU.).

Un nuevo análisis muestra un aumento muy modesto en el consumo de energía en los últimos años. En particular, para 2018, las cargas de trabajo y el número de instancias informáticas aumentaron en más de seis veces, el tráfico IP aumentó en más de 10 veces. La capacidad de almacenamiento de los centros de datos para este período ha crecido 25 veces. Parecería que el consumo de energía debería extrapolarse en una escala adecuada. Pero no: desde 2010, el consumo de energía por servidor ha disminuido cuatro veces , principalmente debido a mejoras tecnológicas y una reducción en el tiempo de inactividad.

Los vatios por terabyte de memoria instalada cayeron aproximadamente nueve veces debido al aumento de la densidad y la eficiencia de las unidades.

Además, el crecimiento en el número de servidores se ha ralentizado significativamente debido a un aumento de cinco veces en el número promedio de instancias en un servidor (debido a la virtualización).

Al mismo tiempo, durante 2010-2019, hubo una mejora constante en la calidad del consumo de energía PUE (efectividad del uso de energía), que se calcula como el cociente de dividir el consumo total de energía del centro de datos por el consumo de energía de su equipo de TI. La contribución de varios componentes al cambio en PUE se muestra en el siguiente diagrama.


Higo. 2. Tendencias en el consumo de energía de los centros de datos.

En 2018, el consumo mundial de energía de los centros de datos aumentó a 205 TWh, lo que representa un aumento de solo el 6% en comparación con 2010, mientras que el número total de "instancias informáticas" aumentó en un 550% durante el mismo período de tiempo (en instancias informáticas) los núcleos computacionales de la CPU se entienden en primer lugar).

Si calculamos el uso de energía por instancia informática, la intensidad energética del número de centros de datos globales ha disminuido en un 20% desde 2010.

El consumo total de energía de los centros de datos en 2010–2018 se mantuvo prácticamente sin cambios, pero el consumo de energía de los dispositivos de TI (servidores, sistemas de almacenamiento y equipos de red) aumentó de 92 a 130 TW · h, lo que indica un aumento en la eficiencia del centro de datos. En otras palabras, ahora más energía va directamente a los servidores, y menos a los sistemas auxiliares como un sistema de enfriamiento. Al mismo tiempo, esto indica un aumento en la eficiencia tecnológica y operativa de la infraestructura: “Esta disminución se debe a la continua transición de pequeños centros de datos tradicionales (79% de las instancias de cómputo en 2010) a centros de datos en la nube más grandes y más eficientes en el consumo de energía (incluyendo hiper-escalables) (89% operaciones informáticas en 2018) ". La tendencia es claramente visible en la primera figura del artículo, vea el tercer gráfico a la izquierda.



Sin embargo, dada la creciente demanda de servicios de centros de datos, surge la pregunta, ¿cuánto tiempo continuarán las tendencias actuales de eficiencia energética? "Predecir los límites de rendimiento a largo plazo de los dispositivos de TI es notoriamente difícil, especialmente a la luz de tecnologías potencialmente disruptivas, como la computación cuántica, para las cuales el consumo de energía no está claro", escriben los autores. "Sin embargo, en el futuro cercano, los analistas del mercado predicen una virtualización de servidores aún mayor, y los estudios tecnológicos indican que los dispositivos de TI todavía tienen el potencial de mejorar la eficiencia energética, incluidas más transiciones a dispositivos de almacenamiento de baja potencia".

En términos de infraestructura, los centros de datos súper grandes de clase mundial ya se están ejecutando a PUE = 1.1 o inferior, que está cerca del valor más bajo posible.

Los investigadores predicen que a corto plazo, la transición de centros de datos tradicionales más pequeños a centros de datos hiperescalables más eficientes continuará. Al mismo tiempo, "hay un recurso de eficiencia energética suficiente para absorber la próxima duplicación de las operaciones informáticas en los centros de datos en paralelo con un ligero aumento en el uso global de energía".

Los resultados de este trabajo científico contradicen los pronósticos previos de un aumento rápido e inevitable en el consumo de electricidad. No, no se espera un crecimiento rápido en los próximos años. Pero el volumen de la informática seguirá creciendo durante las próximas décadas, por lo que se debe controlar el consumo de energía en el centro de datos. Los investigadores recomiendan monitorear el cumplimiento de estándares como Energy Star para servidores, almacenamiento y dispositivos de red, y requieren certificación para compras gubernamentales. Los fabricantes de equipos deben crear incentivos para continuar produciendo productos innovadores con eficiencia energética.

Estudio publicado28 de febrero de 2020 en la revista Science. El trabajo de un equipo de autores estadounidenses se llama "Recalibrar las estimaciones de uso de energía del centro de datos global" (Doi: 10.1126 / science.aba3758.