مراکز داده دنیا چقدر انرژی مصرف می‌کنند؟

مراکز داده از جمله بزرگترین مصرف‌کنندگان برق در جهان به شمار می‌آیند. مطالعات نشان داده است که مصرف انرژی سالانه مراکز داده باید در دو روند جداگانه بررسی شود.

روند اول – مراکز داده سنتی: با وجود مهاجرت بسیاری از سازمان‌ها، سیستم‌ها و سخت‌افزارها به محیط‌های ابری، مراکز داده سنتی رایج شرکت‌ها، همچنان به مصرف فراوان انرژی ادامه می‌دهند. در حالی که میانگین مصرف این مراکز به طور پیوسته در حال افزایش است، اما مراکز داده سنتی با سرعت کمتری نسبت به 20 سال پیش، یعنی از زمانی که مراکز داده ابری ظهور کردند، گسترش می‌یابند.

روند دوم – مراکز داده ابری: مراکز داده ابری بزرگ، که اغلب مراکز فوق مقیاس (hyperscale) نامیده می‌شوند، به طور پیوسته مصرف انرژی خود را افزایش می‌دهند، با این حال این مراکز با سرمایه‌گذاری در طرح‌های سبز، مانند تجهیزات کم‌مصرف انرژی، این افزایش مصرف را متعادل می‌کنند. آن‌ها همچنین در حال اصلاح سیستم‌هایی مانند HVAC، امنیت و روشنایی هستند.

برآوردهای مصرف انرژی مرکز داده جهانی

در ادامه به آمار گذشته و پیش‌بینی‌هایی از آینده مصرف انرژی مراکز داده در ایالات متحده اشاره خواهد شد. این داده‌ها اهمیت استفاده از تجهیزات کارآمد انرژی در مراکز داده را نمایان می‌کنند.

گزارش «مصرف انرژی مرکز داده ایالات متحده» که در ژوئن 2016 و توسط برنامه مدیریت انرژی فدرال وزارت انرژی ایالات متحده صورت گرفت، مصرف برق مراکز داده را از سال 2000 بررسی و تجزیه و تحلیل‌هایی را از چگونگی افزایش مصرف برق ارائه کرد و علاوه بر آن پیش‌بینی‌هایی از مصرف برق در اوایل دهه جاری انجام شد:

«در سال 2014، مراکز داده در ایالات متحده حدود 70 میلیارد کیلووات ساعت مصرف کردند که نشان دهنده حدود 1.8٪ از کل مصرف برق ایالات متحده است. نتایج مطالعه کنونی نشان می‌دهد که مصرف برق مرکز داده از سال 2010 تا 2014 حدود 4 درصد افزایش یافته است، یک تغییر بزرگ از افزایش 24 درصدی برآورد شده از سال 2005 تا 2010 و افزایش نزدیک به 90 درصدی برآورد شده از سال 2000-2005. انتظار می‌رود مصرف انرژی در آینده نزدیک با افزایش 4 درصدی از سال 2014 تا 2020 ادامه یابد، یعنی همان نرخ پنج سال گذشته. بر اساس برآوردهای روند فعلی، پیش‌بینی می‌شود که مراکز داده ایالات متحده در سال 2020 حدود 73 میلیارد کیلووات ساعت مصرف کنند.»

تجزیه و تحلیل جدیدتری از مصرف انرژی مراکز داده توسط استاتیستا در 30 سپتامبر 2021 منتشر شد. این گزارش تقاضای انرژی مراکز داده جهانی بر اساس نوع مرکزداده را در سال‌های 2015-2021 به صورت زیر عنوان می‌کند:

«مراکز داده سنتی در سطح جهان تقاضای انرژی خود را از حدود 97.6 تراوات ساعت در سال 2015 به حدود 50 تراوات ساعت در سال 2019 کاهش داده‌اند و پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد که این رقم تا پایان سال 2021 به حدود 33 تراوات ساعت خواهد رسید. مراکز داده فوق مقیاس تقاضای انرژی خود را در همان بازه زمانی دو برابر کرده‌اند.»

این گزارش همچنین پیش‌بینی سال به سال استفاده از مرکز داده را در سه دسته ارائه می‌کند: مراکز داده سنتی، مراکز داده ابری غیرمقیاس و مراکز داده ابری فوق مقیاس.

اپراتورهای مرکز داده سنتی معمولاً نگران به حداکثر رساندن خروجی و عملکرد هستند و اغلب بحث افزایش توان را نادیده می‌گیرند. برای سازمان‌های بزرگ، نیاز به افزایش قدرت رایانشی، اغلب منجر به ایجاد مراکز داده بیش‌تر می‌شود که مصرف انرژی را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد. سال‌های قبل نشان داده شده در جدول بالا این روند را نشان می دهد.

با این حال، در دسترس بودن منابع رایانشی قابل توجه بدون نیاز به فضای فیزیکی، روند تعطیلی مراکز داده قدیمی و انتقال عملیات به فضای ابری را تقویت کرد.

مراکز داده ابری غیرمقیاس، استفاده خود از تجهیزات کم مصرف و سیستم های محیطی را با ثابت نگه داشتن مصرف انرژی خود نشان می‌دهند. مراکز داده ابری بزرگ، به طور پیوسته مصرف انرژی خود را افزایش داده‌اند و به همین دلایل به طور موثر آن را مدیریت کرده‌اند.

جالب اینجاست که اگر ستون‌های جدول بالا را با هم جمع کنیم، کل تقاضای انرژی در سال 2015 معادل 190.7 تراوات ساعت است، در حالی که برآورد تقاضا برای سال 2021 معادل 190.8 تراوات ساعت است. باز هم، این آمار نشان می‌دهد که چگونه تجهیزات کارآمد انرژی و عملیات مرکز داده سبز هزینه‌های انرژی را تحت کنترل نگه می‌دارند.

چرا مراکز داده اینقدر انرژی مصرف می‌کنند؟

انواع مختلفی از تجهیزات در یک مرکز داده معمولی وجود دارد که تقریباً همه آن‌ها به برق نیاز دارند. این شکل انواع مختلفی از دستگاه‌های مصرف‌کننده انرژی را نشان می‌دهد، به غیر از روشنایی بالای سر، که در یک مرکز داده معمولی یافت می‌شوند.

سرورها و تجهیزات ارتباطی شبکه قدیمی‌تر نسبت به سیستم‌های جدیدتر و کارآمدتر انرژی بیشتری مصرف می‌کنند. هر یک از عناصر فوق را می‌توان با سیستم‌های جدیدتر که تقاضای برق را کاهش می‌دهد، جایگزین کرد.

مصرف انرژی مرکز داده چگونه مورد توجه قرار می گیرد؟

سازمان ها به طور منظم فعالیت‌های متعددی را برای بهبود بهره‌وری انرژی مرکز داده و کاهش تقاضای انرژی دنبال می‌کنند. این ابتکارات عموماً تحت عنوان مرکز داده سبز همراه هستند.

فعالیت‌های مرکز داده سبز، با تمرکز بر مراکز داده ابری، به شرح زیر است:

بهره‌وری انرژی: بهبود بهره‌وری انرژی که توسط فروشندگان ابری استفاده می شود شامل استفاده از منابع انرژی سازگار با محیط زیست، کاهش ردپای کربن، قرارداد با شرکت‌های تولید کننده برق برای تامین انرژی سبز، اندازه‌گیری منظم اثربخشی مصرف برق (PUE)‌ و داشتن برنامه‌ها و چارچوب‌های زمانی مستند برای کربن منفی شدن و حذف کامل کربن از محیط زیست است.

استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر: انرژی باد و خورشید از جمله پرکاربردترین منابع انرژی تجدیدپذیر توسط فروشندگان ابر هستند. منابع انرژی تجدیدپذیر می‌تواند به طور کامل تحت مالکیت و مدیریت فروشنده ابری باشد یا از طریق قراردادهایی با ارائه‌دهندگان انرژی تجدیدپذیر به دست آید.

ساختمان‌های مرکز داده سازگار با محیط‌زیست: طراحی و ساخت ساختمان‌های مرکز داده‌های ابری فعلی و آینده معمولاً با مشخصات طراحی فعلی برای ساخت‌وساز ساختمان‌های کم‌مصرف مطابقت دارد.

انتخاب سایت مرکز داده: مکان‌ها باید به گونه‌ای انتخاب شوند که خطر عواملی مانند سیل، زلزله، طوفان و سایر بلایای طبیعی به حداقل برسد. فروشندگان ابر برای به حداکثر رساندن بهره‌وری انرژی به منابع انرژی کم‌هزینه و زیرساخت‌های مخابراتی قابل اعتماد دسترسی دارند.

مدیریت HVAC: سیستم‌های خنک کننده کم‌مصرف، به عنوان بخشی از مجموعه سیستم‌های HVAC معمولی، برای مصرف انرژی به دقت مدیریت می‌شوند. دما، رطوبت و بار گرمایی – محصول جانبی مصرف انرژی – برای بهینه‌سازی شرایط عملیاتی نظارت و مدیریت می‌شوند. مسائل دیگری که باید در نظر گرفته شود، شامل آب و هوای محلی و انطباق با مقررات محلی، ایالتی و فدرال است.

محافظت در برابر آتش و آسیب آب: دستگاه‌های تشخیص آب در مکان‌های استراتژیک در مراکز داده قرار دارند تا اپراتورها را از نشت آب یا سیل مطلع کنند. دستگاه‌های تشخیص آتش و دود و مهار مرتبط با آن – مانند سیستم‌های تخلیه FM-200 و سیستم‌های آب لوله‌کش مرطوب و خشک – دارایی‌ها در سرتاسر مرکز داده و مناطق کاری مجاور آن، اتاق‌های کنفرانس، مناطق خدمات غذا و خدمات شهری قرار دارند.

بهره‌وری انرژی زیرساخت: مراکز داده ابری معمولاً از برق تجاری و منابع مخابراتی شرکت‌های خدماتی استفاده می‌کنند. فروشندگان ابر اغلب سیاست‌ها و رویه‌هایی برای ارزیابی سازگاری با محیط زیست ارائه دهندگان خدمات دارند.

مصرف برق مرکز داده در آینده

مصرف برق مرکز داده در سال‌های آینده همچنان افزایش خواهد یافت. این روند تا حدی به دلیل محبوبیت مداوم مراکز داده ابری است که امروزه یکی از بزرگترین مصرف‌کنندگان انرژی هستند. مدیریت مصرف انرژی برای مراکز داده با استفاده از فناوری‌هایی مانند سیستم‌های تهویه مطبوع با انرژی کارآمد، رک‌های دارای سیستم‌های خنک‌کننده و درب‌ها و پنجره‌های مناسب، یک اقدام مهم در حال انجام است.

صنعت مرکز داده ایالات متحده تنها مدافع مراکز داده سبز نیست. یکی از نمونه‌های یک ابتکار بزرگ، پیمان خنثی سازی اقلیمی مراکز داده است، که هدف آن این است که تا سال 2030 مراکز داده در اروپا کربن خنثی شوند. این پیمان همچنین از قرارداد سبز اروپا حمایت می‌کند، که هدف آن این است که اروپا تا سال 2050 به طور کامل کربن خنثی شود.