Zrównoważone projektowanie centrów danych

W zeszłym miesiącu zaprezentowaliśmy naszą deklarację Datacenter Community Pledge, zwracając uwagę na to, że centra danych są nie tylko podstawą nowoczesnych technologii, ale także siłą napędową dla dobra społeczności, którym służą. Zgodnie z tym zobowiązaniem, w Microsoft zdajemy sobie sprawę z naszej kluczowej roli w ochronie i uzupełnianiu zasobów słodkiej wody zarówno w regionach, w których działamy, jak i na całym świecie.

Dlatego jednym z kluczowych pytań, które zadajemy sobie każdego dnia, jest: jak dalej oszczędzać wodę, jednocześnie zaspokajając rosnące zapotrzebowanie klientów na innowacje w zakresie chmury obliczeniowej oraz sztucznej inteligencji?

W centrach danych woda jest wykorzystywana przede wszystkim do chłodzenia i nawilżania. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na wysokowydajne aplikacje chmurowe oraz AI w ciągu ostatnich kilku lat, by napędzić aplikacje klientów i umożliwić nową granicę odkryć i innowacji, wzrosło również zapotrzebowanie na moc układów scalonych – podstawowych elementów składowych przetwarzania w chmurze i AI – które znajdują się w szafach i serwerach centrów danych. Jako że zaawansowane układy zazwyczaj wykorzystują więcej mocy, generują również więcej ciepła. Dlatego też, aby zapobiec ich wadliwemu działaniu, potrzebne jest bardziej intensywne chłodzenie, które zawsze wymagało użycia wody.

Chcąc zaoszczędzić wodę potrzebną do prowadzenia działalności, co jest kluczowym krokiem w kierunku osiągnięcia przez naszą firmę celu, jakim jest uzyskanie dodatniego bilansu wodnego do 2030 r., wprowadzamy innowacje wszędzie – od budynków centrów danych po układy scalone. Wszystkie te działania przynoszą znaczące rezultaty. Nasza intensywność zużycia wody (zużycie wody na kWh) zmniejszyła się o ponad 80 proc. od pierwszej generacji naszych centrów danych na początku XXI wieku do obecnej. To dowodzi, że możliwe jest znaczne zmniejszenie zużycia wody przez nasze centra danych w przeliczeniu na każdy kilowat mocy, nawet w miarę rozwoju naszej infrastruktury chmurowej.

Obecnie dzielimy się informacjami na temat dwóch obszarów, na których skupiamy się w celu dalszego zmniejszania intensywności zużycia wody: (1) oszczędzanie wody na każdym etapie działalności oraz (2) innowacyjne technologie, które zmniejszają jej ilość potrzebną do chłodzenia.

Oszczędzanie wody na wszystkich etapach działalności

We wszystkich lokalizacjach pracujemy nad zmniejszeniem ilości wody potrzebnej do chłodzenia. Obejmuje to obsługę naszych centrów danych w temperaturze, która pozwala nam na chłodzenie powietrzem zewnętrznym przez większość roku, zmniejszając potrzebę chłodzenia otoczenia i oszczędzając wodę na każdym etapie codziennych operacji.

Dokonujemy systematycznych kontroli naszych centrów danych, w celu wykrycia niewydajności oraz obszarów, w których projekt i codzienne użytkowanie nie są ze sobą kompatybilne. Przeprowadzony przez nas w 2022 r. audyt zaowocował ukierunkowanymi usprawnieniami, które wyeliminowały 90 proc. przypadków nadmiernego zużycia wody. Ponadto tworzymy zaawansowane modele prognostyczne, które pomagają nam przewidzieć zapotrzebowanie na wodę w oparciu o dane pogodowe i operacyjne w czasie rzeczywistym. Porównanie przewidywanych potrzeb z rzeczywistymi schematami zużycia pozwala nam szybko zidentyfikować nieprawidłowości, takie jak wycieki wody, które w przeciwnym razie mogłyby pozostać niezauważone.

Chcąc zmniejszyć zapotrzebowanie na słodką wodę z miejskich systemów wodociągowych, stosujemy strategie ochrony, które są dostosowane do bioregionu centrów danych. Na przykład w Teksasie, Waszyngtonie, Kalifornii i Singapurze rozszerzyliśmy wykorzystanie wody odzyskiwanej i pochodzącej z recyklingu. Ponadto w Holandii, Irlandii i Szwecji zbieramy wodę deszczową, a także wprowadzamy te możliwości do nowych centrów danych w Kanadzie, Wielkiej Brytanii, Finlandii, Włoszech, RPA i Austrii.

Innowacyjne technologie ograniczające zużycie wody potrzebnej do chłodzenia

Kluczowym czynnikiem w strategii wodnej Microsoftu są innowacyjne technologie chłodzenia. Szybko rozwijamy sprawdzone rozwiązania w naszym portfolio centrów danych. Obejmuje to również rozwiązania, które zapewniają chłodzenie bezpośredniego źródła ciepła – samego układu scalonego.

Najlepszym przykładem tego są zimne płyty: technologia chłodzenia bezpośrednio na chipie, która zapewnia wymianę ciepła w systemie zamkniętej pętli. Zimne płyty odprowadzają ciepło skuteczniej niż tradycyjne chłodzenie powietrzem, bezpośrednio chłodząc krzem, a następnie recyrkulując płyn chłodzący, podobnie jak chłodnica samochodowa. Tego typu rozwiązanie znacznie poprawia wydajność chłodzenia i umożliwia bardziej precyzyjną kontrolę temperatury w porównaniu do tradycyjnych metod.

Aby wykorzystać zwiększoną wydajność oferowaną przez zimne płyty, rozwijamy projekty  centrów danych nowej generacji, które zoptymalizowane będą pod kątem bezpośredniego chłodzenia układów scalonych, co wymaga ponownego opracowania rozmieszczenia serwerów i szaf, tak aby dostosować je do nowych metod zarządzania temperaturą, a także energią. Do chłodzenia istniejących centrów danych wykorzystujemy innowacje, takie jak „sidekick”, czyli system chłodzenia cieczą, którego obecnie używamy przy stojakach z chipami Microsoft Azure Maia AI Accelerator, cyrkulując ciecz w celu odprowadzenia ciepła z zimnych płyt przymocowanych do powierzchni chipów.

Udoskonalamy również technologie zimnych płyt poprzez nasze działania w zakresie mikrofluidyki – technologii, która wprowadza chłodzenie wewnątrz krzemu poprzez integrację maleńkich kanałów cieczy w projektach chipów. Zintegrowanie chłodzenia cieczą wewnątrz układu sprawia, że chłodziwo znajduje się tuż obok procesorów, co przekłada się na jeszcze większą wydajność i precyzję.

Nasze najnowsze projekty centrów danych są zoptymalizowane pod kątem obsługi obciążeń AI bez zużywania wody do chłodzenia. Aby osiągnąć ten cel, wdrażamy rozwiązania chłodzenia na poziomie chipów, zapewniając precyzyjną zmianę temperatury tylko tam, gdzie jest to potrzebne i bez konieczności parowania. Za sprawą tych innowacji możemy znacznie zmniejszyć zużycie wody przy jednoczesnej obsłudze szaf o większej pojemności, co pozwala uzyskać większą moc obliczeniową na stopę kwadratową w naszych centrach danych.

Zmniejszenie światowego zużycia wody poprzez partnerstwo, inwestowanie w uzupełnianie jej zapasów

Naszym celem jestnie tylko rozważenie, w jaki sposób możemy zmienić nasze działania, aby zmniejszyć nasz ślad wodny, ale także w jaki sposób ta praca może przynieść korzyści klientom i partnerom realizującym podobne cele. W tej podróży istotną rolę odgrywa 5 filarów: redukcja, uzupełnianie, dostęp, innowacje i strategia.

W ciągu ostatniego roku znacznie rozwinęliśmy nasz program odnawiania zasobów wodnych, zwiększając prawie dwukrotnie nasze portfolio projektów uzupełniania zasobów wodnych do ponad 49 projektów na całym świecie. Łącznie mają one szansę uzupełnić ponad 24 000 basenów olimpijskich przez cały okres ich trwania. Zrealizowaliśmy również nasz cel w zakresie dostępu do wody do 2030 r., aby zapewnić 1,5 mln osób dostęp do czystej wody i usług sanitarnych.

Dodatkowo pracujemy nad zmniejszeniem globalnego zużycia wody poprzez współpracę z klientami, partnerami, lokalnymi społecznościami i gminami w celu rozwoju infrastruktury i polityki wodnej na całym świecie. Ze względu na to, że korporacyjne podejście do gospodarki wodnej zazwyczaj pozostaje w tyle za inwestycjami w redukcję emisji dwutlenku węgla[1], bierzemy czynny udział w promowaniu skutecznych i nowatorskich działań w zakresie gospodarki i polityki wodnej. Niektóre z projektów rzecznictwa obejmują: (1) służbę w koalicji na rzecz zwiększenia ponownego wykorzystania i recyklingu wody w całych Stanach Zjednoczonych, (2) finansowanie projektów wspierających narody plemienne i rządy stanowe w zwiększaniu bezpieczeństwa wodnego oraz (3) wsparcie badań, analizy i działań na rzecz wody w Komisji Europejskiej.

Więcej informacji:

Dowiedz się więcej o tym, jak wspieramy zrównoważony rozwój z naszej serii blogów Sustainable by Design, począwszy od Sustainable by Design: Zrównoważony rozwój sztucznej inteligencji. Szczegółowe informacje na temat postępów w realizacji naszych celów w zakresie zrównoważonego rozwoju można znaleźć w raporcie Microsoft 2024 Environmental Sustainability Report.

[1] Why investment in water is crucial to tackling the climate crisis | World Economic Forum (weforum.org)