یک مرکز داده به چه مقدار نیرو نیاز دارد؟

در دنیای دیجیتال امروزی، مراکز داده موتورهای نامرئی هستند که همه چیز را از پخش ویدئو و محاسبات ابری گرفته تا بانکداری آنلاین و هوش مصنوعی هدایت می کنند. اما در حالی که ما راحتی وب‌سایت‌های بارگذاری سریع و دسترسی به داده‌های بلادرنگ را تجربه می‌کنیم، اکثر مردم به ندرت زیرساخت‌های عظیم مورد نیاز برای این امکان را در نظر می‌گیرند. یکی از حیاتی ترین اجزای آن زیرساخت قدرت است.

مراکز داده امکاناتی پر انرژی هستند که هزاران سرور، تجهیزات شبکه و سیستم های خنک کننده را در خود جای داده اند. اما یک مرکز داده چقدر انرژی نیاز دارد؟ پاسخ به عوامل متعددی از جمله اندازه مرکز داده، فناوری مورد استفاده، زیرساخت خنک‌کننده و میزان کارآمد مدیریت انرژی بستگی دارد.

در این مقاله، آنچه را تعیین می‌کند، بررسی خواهیم کرد مصرف برق مرکز داده ، نحوه اندازه‌گیری آن، چرایی اهمیت آن، و اینکه چگونه مراکز داده مدرن تلاش می‌کنند تا در دنیایی که به طور فزاینده‌ای در مورد پایداری نگران است، از نظر انرژی کارآمدتر شوند.

درک اصول اولیه: مرکز داده چیست؟

قبل از فرو رفتن در مورد نیازهای برق، مهم است که بدانیم مرکز داده چیست. مرکز داده یک مرکز تخصصی است که سیستم های کامپیوتری و اجزای مرتبط مانند سرورها، دستگاه های ذخیره سازی، سوئیچ ها و سیستم های امنیتی را ذخیره و مدیریت می کند. این مراکز به عنوان ستون فقرات میزبانی وب سایت ها، مدیریت خدمات ابری، ذخیره داده ها و اجرای برنامه های کاربردی برای شرکت ها یا افراد عمل می کنند.

مراکز داده از اتاق‌های کوچک حاوی چند قفسه تجهیزات گرفته تا امکانات عظیمی که صدها هزار فوت مربع را پوشش می‌دهند، معروف به مراکز داده در مقیاس بزرگ هستند که توسط غول‌های فناوری مانند آمازون، گوگل، مایکروسافت و فیس‌بوک اداره می‌شوند.

نحوه استفاده از برق در مرکز داده

الف مصرف برق مرکز داده بسیار فراتر از رایانه های در حال اجرا است. در واقع، تامین انرژی سرورها تنها بخشی از تصویر است. مناطق عمده ای که در آن برق مصرف می شود عبارتند از:

• تجهیزات فناوری اطلاعات : سرورها، سیستم های ذخیره سازی و دستگاه های شبکه.

• سیستم های خنک کننده : سیستم های تهویه مطبوع، چیلرها و فن ها برای جلوگیری از گرمای بیش از حد.

• توزیع برق : ترانسفورماتورها، منابع تغذیه بدون وقفه (UPS) و ژنراتورهای پشتیبان.

• روشنایی و امنیت : چراغ ها، دوربین ها و سیستم های اطفاء حریق.

از آنجایی که همه این تجهیزات باید به طور مداوم - 24 ساعت شبانه روز و 365 روز در سال کار کنند - مصرف برق مداوم و قابل توجه است.

میانگین مصرف برق یک مرکز داده

نیازهای برق یک مرکز داده می‌تواند بسیار متفاوت باشد، اما اجازه دهید به چند سناریو رایج نگاه کنیم تا به درک کلی برسیم.

مراکز داده کوچک

یک مرکز داده تجاری کوچک یا سازمانی که به یک شرکت خدمات می دهد ممکن است از 100 کیلووات (کیلووات) تا 500 کیلووات برق استفاده کند. این برای تامین انرژی چند صد تا چند هزار سرور، بسته به میزان کارآمدی آنها کافی است.

مراکز داده با اندازه متوسط

مراکز داده با اندازه متوسط ​​می توانند 1 تا 5 مگاوات (MW) برق مصرف کنند. یک مگاوات برابر با 1000 کیلووات است، بنابراین این یک جهش قابل توجه است. این مراکز داده می توانند میزبان ده ها هزار ماشین مجازی یا وب سایت باشند.

مراکز داده فرامقیاس

تاسیسات در مقیاس بزرگ متعلق به ارائه دهندگان ابر یا شرکت های بزرگ می توانند 10 مگاوات تا بیش از 100 مگاوات برق مصرف کنند. برای در نظر گرفتن این موضوع، 100 مگاوات تقریباً همان مقدار برق مصرفی 100000 خانه متوسط ​​در ایالات متحده است. فیس بوک، گوگل و مایکروسافت همگی چنین مراکز داده عظیمی را اداره می کنند که اغلب توسط زیرساخت های سفارشی ساخته شده و منابع انرژی تجدید پذیر تامین می شوند.

اثربخشی مصرف برق (PUE)

برای درک اینکه یک مرکز داده چقدر کارآمد از توان خود استفاده می کند، کارشناسان صنعت اغلب به معیاری به نام اثربخشی مصرف انرژی (PUE) اشاره می کنند. این نسبت کل توان تاسیسات به توان مورد استفاده توسط تجهیزات IT به تنهایی است.

فرمول:

PUE = توان کل امکانات / توان تجهیزات فناوری اطلاعات

• PUE 1.0  ایده آل است و به این معنی است که هر وات برای محاسبات استفاده می شود.

• PUE 1.5  به این معنی است که به ازای هر وات توان فناوری اطلاعات، 0.5 وات دیگر برای خنک کننده، روشنایی یا سایر عملکردها استفاده می شود.

مراکز داده مدرن و کم مصرف اغلب دارای PUE های نزدیک به 1.1 یا 1.2 هستند، در حالی که امکانات قدیمی یا کمتر کارآمد ممکن است PUE های بالاتر از 2.0 داشته باشند.

عواملی که بر نیازهای مرکز داده تأثیر می گذارد

بیایید عناصر اصلی را که بر میزان مصرف انرژی یک مرکز داده تأثیر می‌گذارند، تجزیه کنیم.

1. تراکم سرور

سرورهای بیشتر در یک فضای کوچک نیاز به قدرت محاسباتی و خنک کننده را افزایش می دهد. یک قفسه با چگالی بالا ممکن است 10 تا 20 کیلو وات یا بیشتر مصرف کند، در حالی که یک رک با چگالی پایین ممکن است فقط از 2 تا 4 کیلو وات استفاده کند.

2. فن آوری خنک کننده

خنک کننده یکی از بزرگترین انرژی های غیر IT در مرکز داده است. تهویه مطبوع سنتی انرژی بر است، در حالی که تکنیک های مدرن مانند خنک کننده مایع یا خنک کننده با هوای آزاد (که از هوای بیرون استفاده می کند) می تواند نیاز انرژی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

3. مجازی سازی و کارایی

مجازی‌سازی به چندین برنامه اجازه می‌دهد تا روی ماشین‌های فیزیکی کمتری اجرا شوند و مصرف کلی سخت‌افزار و انرژی را کاهش می‌دهد. مراکز داده ای که از مجازی سازی بهتر استفاده می کنند، اغلب انرژی کمتری در هر کار محاسباتی مصرف می کنند.

4. سن و کارایی تجهیزات

سرورهای قدیمی و تجهیزات شبکه اغلب نسبت به ماشین‌های مدرن و کم مصرف انرژی بیشتری مصرف می‌کنند و گرمای بیشتری تولید می‌کنند. ارتقاء زیرساخت ها می تواند مصرف انرژی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

5. موقعیت و آب و هوا

مراکز داده در آب و هوای سردتر ممکن است به انرژی کمتری برای خنک کردن نیاز داشته باشند. به همین دلیل است که بسیاری از مراکز داده در مکان هایی مانند ایسلند یا اسکاندیناوی قرار دارند، جایی که می توان از هوای بیرون برای خنک کردن سرورها در بیشتر اوقات سال استفاده کرد.

نمونه های واقعی از مصرف برق مرکز داده

برای درک بهتر مقیاس مصرف انرژی، در اینجا چند مثال در دنیای واقعی آورده شده است:

• مراکز داده گوگل : گوگل گزارش داد که از حدود 5.6 تراوات ساعت (TWh) برق در یک سال برای تامین انرژی مراکز داده خود در سطح جهان استفاده می کند. این با مصرف سالانه برق یک کشور متوسط ​​قابل مقایسه است.

• فیس بوک (متا) : مراکز داده فیس بوک حدود 3 تا 4 مگاوات در هر ساختمان مصرف می کنند و پردیس های بزرگ ممکن است چندین ساختمان داشته باشند.

• پردیس مرکز داده هایپرمقیاس : یک پردیس مقیاس بزرگ می تواند مجموع بار 50 مگاوات یا بیشتر داشته باشد که برای تامین انرژی کل شهرها کافی است.

هزینه برق در مرکز داده

برق یکی از بزرگترین هزینه های عملیاتی برای مراکز داده است که اغلب پس از پرسنل دوم است. یک مگاوات برق بسته به قیمت انرژی محلی و بازدهی تاسیسات، حدود 700000 تا 1 میلیون دلار در سال هزینه دارد.

برای یک مرکز داده 10 مگاواتی، این به تنهایی 7 تا 10 میلیون دلار در سال هزینه برق است. به همین دلیل کاهش مصرف برق حتی با درصد کمی می تواند منجر به صرفه جویی گسترده شود.

روندهای پایداری و انرژی سبز

با افزایش نگرانی در مورد تغییرات آب و هوایی و انتشار کربن، مراکز داده تحت فشار فزاینده ای قرار دارند تا سازگارتر با محیط زیست شوند. بسیاری از شرکت ها در حال سرمایه گذاری در موارد زیر هستند:

• انرژی های تجدیدپذیر : گوگل، آمازون و مایکروسافت متعهد شده اند که مراکز داده خود را با انرژی های تجدیدپذیر 100% از طریق باد، خورشید و آب تامین کنند.

• جبران کربن : برخی از شرکت ها برای جبران انتشار گازهای گلخانه ای، اعتبار کربن خریداری می کنند.

• طراحی کارآمد انرژی : مراکز داده جدید با طراحی‌های کم PUE، سیستم‌های جریان هوا بهبود یافته و فناوری‌های خنک‌کننده کارآمدتر ساخته می‌شوند.

مراکز داده همچنین در حال آزمایش با مدیریت انرژی مبتنی بر هوش مصنوعی هستند و از الگوریتم‌های یادگیری ماشین برای بهینه‌سازی توزیع نیرو و خنک‌سازی بر اساس نیازهای حجم کاری استفاده می‌کنند.

نیازهای آتی نیرو در مراکز داده

تقاضای جهانی برای ذخیره سازی داده، محاسبات ابری و هوش مصنوعی به سرعت در حال رشد است. در نتیجه، مراکز داده به گسترش و مصرف انرژی بیشتر ادامه خواهند داد.

طبق گزارش آژانس بین‌المللی انرژی (IEA)، مراکز داده در سراسر جهان در سال 2022 تقریباً 200 تراوات ساعت برق مصرف کردند و انتظار می‌رود که این تعداد به طور قابل توجهی رشد کند، به خصوص با افزایش هوش مصنوعی و محاسبات با کارایی بالا (HPC).

فن‌آوری‌های جدید و طراحی‌های هوشمندانه‌تر در ایجاد تعادل بین تقاضاهای رو به افزایش قدرت و اهداف پایداری حیاتی خواهند بود.

نتیجه گیری

بنابراین، یک مرکز داده به چه مقدار نیرو نیاز دارد؟ پاسخ به اندازه و هدف تاسیسات بستگی دارد، اما می تواند از صدها کیلووات در یک مجموعه کوچک تا بیش از 100 مگاوات در یک پردیس در مقیاس فوق العاده متغیر باشد. قدرت فقط به کار نگه داشتن سرورها نیست، بلکه برای خنک کردن، توزیع برق و عملیات تاسیسات نیز مورد نیاز است.

با تقاضای فزاینده برای خدمات دیجیتال، مراکز داده در آینده صرفا انرژی بیشتری خواهند داشت. با این حال، پیشرفت‌ها در بهره‌وری انرژی، ادغام انرژی‌های تجدیدپذیر و مدیریت زیرساخت هوشمندتر به مراکز داده مدرن کمک می‌کند تا ردپای محیطی خود را کاهش دهند و در عین حال نیازهای محاسباتی جهانی را برآورده کنند.

درک پویایی قدرت مراکز داده برای متخصصان فناوری، رهبران تجاری و سیاست گذاران محیط زیست به طور یکسان ضروری است. چه در حال ساختن یک مزرعه سرور باشید و چه از خدمات ابری استفاده کنید، الکتریسیته نادیده‌ای که دنیای دیجیتال ما را نیرو می‌دهد بخش مهمی از چشم‌انداز انرژی جهانی است.