Os data centers consomem muita eletricidade, mas ainda não ameaçam o clima

FIG. 1. Consumo histórico de energia do datacenter em 2010-2018 e previsão para os próximos anos, quando ocorrerá a próxima duplicação do número de instâncias de computação (núcleos) nos datacenters A

demanda por serviços de datacenter (DPC) cresceu muitas vezes na última década. É alimentado pela crescente popularidade de redes sociais, vídeo, aplicativos móveis e vários aplicativos em nuvem.

Em 2010, todos os datacenters do mundo consumiram aproximadamente 194 TW · h, ou seja, 1% do consumo global de energia. O que acontecerá no caso de crescimento exponencial na computação? Havia estimativas de que o consumo de energia do data center pode crescer três ou até quatro vezes. Por exemplo, veja a avaliação de Belhira e Elmeligi no artigo “Avaliando a pegada de emissões globais de TIC: tendências para 2040 e recomendações”(Journal of Cleaner Production, volume 177, p. 448).

Mas estudos recentes mostram que não há motivo para pânico. Assim, de 2010 a 2018, o poder de computação do data center cresceu 6,5 vezes, mas o consumo de energia permaneceu aproximadamente no mesmo nível (205 TWh, cerca de 1%), de modo que nada ainda ameaça o planeta.

Os receios são baseados nas tendências de 2005 a 2010, quando o consumo de energia dos data centers na verdade aumentou de 153 terawatt-hora (TWh) em 2005 para 203? 273 TWh em 2010, totalizando de 1,1 a 1,5% do consumo global de eletricidade (consulte JG Koomey, “Crescimento no uso de eletricidade do data center de 2005 a 2010”, Analytics Press para o New York Times, 2011).

No entanto, desde 2010, a situação mudou drasticamente. Em um novo trabalho científico, os autores integraram dados de várias fontes que surgiram recentemente. Este artigo foi escrito por vários especialistas em energia líderes em data centers da Northwestern University, Lawrence Berkeley National Laboratory e empresa de pesquisa Koomey Analytics (EUA).

Uma nova análise mostra um aumento muito modesto no consumo de energia nos últimos anos. Em particular, em 2018, as cargas de trabalho e o número de instâncias de computação aumentaram mais de seis vezes, o tráfego IP aumentou mais de 10 vezes. A capacidade de armazenamento de data center para esse período aumentou 25 vezes. Parece que o consumo de energia deve ser extrapolado em uma escala apropriada. Mas não: desde 2010, o consumo de energia por servidor diminuiu quatro vezes , principalmente devido a melhorias tecnológicas e uma redução no tempo ocioso.

Os watts por terabyte de memória instalada caíram cerca de nove vezes devido ao aumento na densidade e eficiência das unidades.

Além disso, o crescimento no número de servidores diminuiu significativamente devido a um aumento de cinco vezes no número médio de instâncias em um servidor (devido à virtualização).

Ao mesmo tempo, ao longo de 2010-2019, houve uma melhoria constante na qualidade do consumo de energia PUE (eficiência no uso de energia), calculado como o quociente de dividir o consumo total de energia do datacenter pelo consumo de energia de seus equipamentos de TI. A contribuição de vários componentes para a alteração no PUE é mostrada no diagrama abaixo.


FIG. 2. Tendências no consumo de energia dos data centers

Em 2018, o consumo global de energia dos data centers cresceu para 205 TWh, o que representa um aumento de apenas 6% em relação a 2010, enquanto o número total de "instâncias de computação" aumentou 550% no mesmo período de tempo (em instâncias de computação) os núcleos computacionais da CPU significam em primeiro lugar).

Se calcularmos o uso de energia por instância de computação, a intensidade de energia do número de datacenters globais diminuiu 20% desde 2010.

O consumo total de energia dos data centers em 2010–2018 permaneceu praticamente inalterado, mas o consumo de energia dos dispositivos de TI (servidores, sistemas de armazenamento e equipamentos de rede) aumentou de 92 para 130 TW · h, o que indica um aumento na eficiência do data center. Em outras palavras, agora mais energia vai diretamente para os servidores e menos para sistemas auxiliares, como um sistema de refrigeração. Ao mesmo tempo, isso indica um aumento na eficiência tecnológica e operacional da infraestrutura: “Essa redução se deve à transição contínua de pequenos datacenters tradicionais (79% das instâncias de computação em 2010) para grandes e com maior eficiência energética (incluindo hiperescalabilidade) (89%). operações de computação em 2018). ” A tendência é claramente visível na primeira figura do artigo, veja o terceiro gráfico à esquerda.



No entanto, dada a crescente demanda por serviços de data center, surge a pergunta: por quanto tempo as tendências atuais de eficiência energética continuarão? "Predizer os limites de desempenho a longo prazo dos dispositivos de TI é notoriamente difícil, especialmente à luz de tecnologias potencialmente perturbadoras, como a computação quântica, para as quais o consumo de energia não é claro", escrevem os autores. "No entanto, em um futuro próximo, os analistas de mercado preveem ainda mais virtualização de servidores, e estudos tecnológicos indicam que os dispositivos de TI ainda têm o potencial de melhorar a eficiência energética, incluindo mais transições para dispositivos de armazenamento de baixo consumo de energia".

Em termos de infraestrutura, grandes data centers de classe mundial já estão sendo executados em PUE = 1.1 ou inferior, o que é próximo do menor valor possível.

Os pesquisadores prevêem que, a curto prazo, a transição de data centers tradicionais menores para data centers hiperescaláveis ​​mais eficientes continuará. Ao mesmo tempo, "existe um recurso de eficiência energética suficiente para absorver a próxima duplicação de operações de computação em data centers em paralelo com um ligeiro aumento no uso global de energia".

As conclusões deste trabalho científico contradizem as previsões anteriores de um aumento rápido e inevitável no consumo de eletricidade. Não, não se espera um crescimento rápido nos próximos anos. Mas o volume de computação continuará a crescer por muitas décadas, portanto, o consumo de energia no data center deve ser controlado. Os pesquisadores recomendam o monitoramento da conformidade com padrões como o Energy Star para servidores, armazenamento e dispositivos de rede e exigem certificação para compras governamentais. Os fabricantes de equipamentos precisam criar incentivos para continuar produzindo produtos inovadores com eficiência de energia.

Estudo publicado28 de fevereiro de 2020 na revista Science. O trabalho de uma equipe de autores americanos é chamado "Recalibrando estimativas globais de uso de energia de data center" (Doi: 10.1126 / science.aba3758.