Pusat data mengkonsumsi banyak listrik, tetapi belum mengancam iklim

Ara. 1. Konsumsi energi pusat data historis pada 2010-2018 dan perkiraan untuk tahun-tahun mendatang, ketika penggandaan jumlah instance komputasi (inti) berikutnya di pusat data akan terjadi.

Permintaan untuk layanan pusat data (DPC) telah meningkat beberapa kali selama dekade terakhir. Ini didorong oleh semakin populernya jejaring sosial, video, aplikasi seluler, dan berbagai aplikasi cloud.

Pada tahun 2010, semua pusat data di dunia mengkonsumsi sekitar 194 TW · jam, yaitu, 1% dari konsumsi energi global. Apa yang akan terjadi dalam kasus pertumbuhan eksponensial dalam komputasi? Ada perkiraan bahwa konsumsi daya dari pusat data dapat tumbuh tiga atau bahkan empat kali. Misalnya, lihat penilaian oleh Belhira dan Elmeligi dalam artikel “Menilai jejak emisi global TIK: Tren hingga 2040 & rekomendasi”(Jurnal Produksi Bersih, Volume 177, hal. 448).

Tetapi penelitian terbaru menunjukkan bahwa tidak ada alasan untuk panik. Jadi, dari 2010 hingga 2018, daya komputasi pusat data tumbuh 6,5 kali, tetapi konsumsi daya tetap pada tingkat yang sama (205 TWh, sekitar 1%), sehingga belum ada yang mengancam planet ini.

Ketakutan didasarkan pada tren 2005-2010, ketika konsumsi energi pusat data benar-benar meningkat dari 153 terawatt jam (TWh) pada 2005 menjadi 203? 273 TWh pada 2010, yang totalnya dari 1,1 hingga 1,5% dari konsumsi listrik global (lihat JG Koomey, "Pertumbuhan penggunaan listrik pusat data 2005 hingga 2010," Analytics Press untuk New York Times, 2011).

Namun, sejak 2010 situasinya telah berubah secara dramatis. Dalam sebuah karya ilmiah baru, penulis mengintegrasikan data dari berbagai sumber yang telah muncul baru-baru ini. Artikel ini ditulis oleh beberapa ahli energi terkemuka di pusat data dari Northwestern University, Lawrence Berkeley National Laboratory dan perusahaan riset Koomey Analytics (USA).

Sebuah analisis baru menunjukkan peningkatan konsumsi energi yang sangat sederhana dalam beberapa tahun terakhir. Secara khusus, pada tahun 2018, beban kerja dan jumlah instance komputasi meningkat lebih dari enam kali lipat, lalu lintas IP meningkat lebih dari 10 kali lipat. Kapasitas penyimpanan pusat data untuk periode ini telah tumbuh 25 kali. Tampaknya konsumsi energi harus diekstrapolasi pada skala yang sesuai. Tapi tidak: sejak 2010, konsumsi energi per server telah menurun empat kali , terutama karena peningkatan teknologi dan pengurangan waktu idle.

Watt per terabyte memori terpasang turun sekitar sembilan kali karena peningkatan kepadatan dan efisiensi drive.

Selain itu, pertumbuhan jumlah server telah melambat secara signifikan karena peningkatan lima kali lipat dalam jumlah rata-rata contoh pada satu server (karena virtualisasi).

Pada saat yang sama, sepanjang 2010-2019, ada peningkatan yang stabil dalam kualitas konsumsi energi PUE (efektivitas penggunaan daya), yang dihitung sebagai hasil bagi membagi konsumsi energi total pusat data dengan konsumsi energi dari peralatan TI-nya. Kontribusi berbagai komponen terhadap perubahan PUE ditunjukkan pada diagram di bawah ini.


Ara. 2. Tren konsumsi daya pusat data

Pada tahun 2018, konsumsi energi global dari pusat data tumbuh menjadi 205 TWh, yang mewakili peningkatan hanya 6% dibandingkan 2010, sementara jumlah total "mesin virtual" meningkat sebesar 550% selama periode waktu yang sama (dalam mesin virtual) inti komputasi CPU dimaksudkan di tempat pertama).

Jika kita menghitung penggunaan energi per instance komputasi, maka intensitas energi dari jumlah pusat data global telah berkurang 20% ​​sejak 2010.

Konsumsi energi total pusat data pada 2010-2018 tetap tidak berubah, tetapi konsumsi energi perangkat TI (server, sistem penyimpanan, dan peralatan jaringan) meningkat dari 92 menjadi 130 TW · jam, yang menunjukkan peningkatan efisiensi pusat data. Dengan kata lain, sekarang lebih banyak energi masuk langsung ke server, dan lebih sedikit ke sistem tambahan seperti sistem pendingin. Pada saat yang sama, ini menunjukkan peningkatan efisiensi teknologi dan operasional infrastruktur: “Penurunan ini disebabkan oleh transisi berkelanjutan dari pusat data tradisional kecil (79% dari contoh komputasi pada 2010) ke pusat data awan yang besar dan lebih hemat energi (termasuk hiper skalabilitas) (89% operasi komputasi pada tahun 2018). " Tren terlihat jelas pada gambar pertama dalam artikel, lihat grafik ketiga di sebelah kiri.



Namun demikian, dengan meningkatnya permintaan akan layanan pusat data, muncul pertanyaan, berapa lama tren efisiensi energi saat ini akan berlanjut? "Memprediksi batas kinerja jangka panjang dari perangkat TI sangat sulit, terutama mengingat teknologi yang berpotensi mengganggu seperti komputasi kuantum, yang konsumsi energinya tidak jelas," tulis para penulis. "Namun demikian, dalam waktu dekat, analis pasar memprediksi virtualisasi server yang lebih besar, dan studi teknologi menunjukkan bahwa perangkat TI masih memiliki potensi untuk meningkatkan efisiensi energi, termasuk lebih banyak transisi ke perangkat penyimpanan daya rendah."

Dalam hal infrastruktur, pusat data kelas dunia super-besar sudah berjalan di PUE = 1.1 atau lebih rendah, yang dekat dengan nilai serendah mungkin.

Para peneliti memperkirakan bahwa dalam jangka pendek, transisi dari pusat data tradisional yang lebih kecil ke pusat data yang lebih skalabel akan berlanjut. Pada saat yang sama, "ada sumber daya efisiensi energi yang cukup untuk menyerap operasi komputasi dua kali lipat berikutnya di pusat data secara paralel dengan sedikit peningkatan dalam penggunaan energi global."

Temuan-temuan karya ilmiah ini bertentangan dengan perkiraan sebelumnya tentang peningkatan konsumsi listrik yang cepat dan tak terhindarkan. Tidak, pertumbuhan yang cepat tidak diharapkan di tahun-tahun mendatang. Tetapi volume komputasi akan terus tumbuh selama beberapa dekade mendatang, sehingga konsumsi energi di pusat data harus dikontrol. Peneliti merekomendasikan pemantauan kepatuhan dengan standar seperti Energy Star untuk server, penyimpanan, dan perangkat jaringan, dan memerlukan sertifikasi untuk pengadaan pemerintah. Pabrikan peralatan perlu menciptakan insentif untuk terus menghasilkan produk hemat energi yang inovatif.

Studi diterbitkan28 Februari 2020 dalam jurnal Science. Karya tim penulis Amerika disebut "Mengkalibrasi ulang perkiraan penggunaan energi pusat data global" (Doi: 10.1126 / science.aba3758.