Нехватка пресной воды по всему миру ощущается все более остро. Если верить аналитикам из консалтинговой компании McKinsey, к 2030 году мировой спрос на воду превысит предложение на 40%. Предвестниками надвигающегося кризиса являются участившиеся по всему миру засухи, во многих случаях заставляющие чиновников вводить чрезвычайное положение. Очевидно, что для минимизации негативных последствий продолжительных засух и нехватки воды в целом необходимы согласованные подходы к обеспечению устойчивого водоснабжения на мировом уровне. Тем не менее, результаты работы международных организаций в данной области пока еще оставляют желать лучшего.
Как известно, дата-центры славятся тем, что потребляют значительное количество электроэнергии, при этом простые обыватели зачастую не осведомлены о том, что операторы подавляющего большинства ЦОД также расходуют огромное количество воды, которая необходима для охлаждения серверов с использованием градирен. Как известно, повышение плотности размещения серверов внутри машзалов дата-центр позволяет сэкономить место и / или деньги. Но при этом машины выделяют большое количество тепла, и если это тепло не будет достаточно эффективно удаляться, может произойти повреждение оборудования с последующим нарушением работоспособности ЦОД, что, в свою очередь, обернется огромными экономическими потерями.
Высокая теплоемкость делает воду идеальным инструментом для удаления избыточного тепла от сервера в окружающую среду в результате испарения (старый, но при этом весьма эффективный механизм охлаждения). По словам специалиста компании Amazon по инфраструктуре дата-центров Джеймса Гамильтона, ЦОД мощностью в 15 МВт может потреблять до 1.36 млн. литров (360 000 галлонов) воды в день. К слову, новый центр обработки данных в Агентства национальной безопасности (АНБ) США в штате Юта после ввода в эксплуатацию будет нуждаться в 6.4 млн. литров (1.7 млн. галлонов) воды в день. Этого объема H2O вполне достаточно, чтобы удовлетворить потребности более чем 10 000 среднестатистических домохозяйств.
Хотя уровень расхода воды и связан с количеством потребляемой дата-центром электроэнергии, эти показатели также отличаются друг от друга. В связи с периодически изменяющейся во времени эффективностью воды в качестве хладагента (что вызвано непостоянством температуры наружного воздуха), одно и то же количество потребляемой серверами электроэнергии в разные моменты времени может привести к испарению различных количеств воды в градирнях ЦОД. При этом ответственность за высокое потребление H2O ложится не только на расположенные в непосредственной близости от ЦОД градирни – огромный спрос на электроэнергию со стороны дата-центров возлагает на них ответственность за высокое водопотребление при генерации электроэнергии на удаленных электростанциях. К примеру, в случае США на долю энергетики приходится наибольшее потребление воды среди всех секторов экономики североамериканского государства: в среднем по стране потребление воды при выработке всего одного киловатт*часа электроэнергии превышает 1.8 литра / кВт*ч – даже без учета гидроэнергетики, которая сама по себе является крупнейшим потребителем воды.
На фоне опасений по поводу огромного количества воды, необходимого для эксплуатации дата- центров, все больший интерес начинают представлять представляют технологии, позволяющие добиться снижения потребления воды в ЦОД, а также механизмы мониторинга данного показателя. Например, интернет-гиганты Facebook и eBay разработали информационные панели для мониторинга эффективности использования водных ресурсов (Water Usage Efficiency или WUE), доступ к которым может получить любой желающий, при этом в случае разработки соцсети данные обновляются в режиме реального времени. В то же время инженеры Google и Вайомингского центра суперкомпьютерных вычислений NCAR (NCAR-Wyoming Supercomputing Center; NWSC) разрабатывают водосберегающие технологии охлаждения, такие как использование свежего воздуха из внешней среды для оптимизации температурного режима серверных систем (фрикулинг), использование переработанной воды и так далее. Однако подобные подходы требуют высоких первоначальных вложений капитала и / или подходящих климатических условий.
А почему операторов ЦОД, собственно, должно заботить снижение потребления воды, спросите вы. Ну, на самом деле тому есть множество причин. Сохранение водных ресурсов не только принесет владельцам дата-центра выгоду в форме налоговых льгот и экономии на счетах за коммунальные услуги, но и позволит повысить привлекательность бренда, а также общую экологическую устойчивость дата-центра. Кроме того, подобный поход поможет ЦОД сохранить работоспособность в случае продолжительных засух, которые все чаще и чаще случаются в регионах, где расположены многие крупные дата-центры.
Руководствуясь отсутствием комплексных исследований в области эффективного использования водных ресурсов в дата-центрах и необходимостью срочной разработки механизмов сохранения водных ресурсов, группа исследователей из Флоридского международного университета (в Майами) недавно начала серьезное изучение данной проблемы. В отличие от существующих подходов к сбережению воды в ЦОД, которые в первую очередь ориентированы на улучшение “инженерной инфраструктуры” и характеризуются рядом ограничений (например, необходимостью высоких первоначальных вложений капитала и возведения дата-центра в регионе с подходящим климатом), американская исследовательская группа разрабатывает инструменты на базе программного обеспечения. Причем ПО американцев учитывает частично описанную выше проблему пространственно-временной изменчивости эффективности использования водных ресурсов: непостоянство температуры за пределами ЦОД оборачивается изменчивостью эффективности использования водных ресурсов во времени, в то время как размещение гетерогенных дата-центров в различных географических регионах мира приводит к пространственному изменению эффективности использования водных ресурсов.
Члены исследовательской группы считает, что благодаря учету пространственно-временной изменчивости эффективности использования водных ресурсов они также могут создать идеальный механизм для повышения гибкости и экологической устойчивости дата-центров при работе с различными рабочими нагрузками: перемещение рабочих нагрузок в регионы с более высокой эффективностью использования воды позволяет снизить нагрузку на водораспределительную инфраструктуру. Эффективность такого подхода была продемонстрирована с помощью масштабных экспериментальных исследований. Специалистам удалось добиться сокращения потребления воды на 20% почти без ущерба для других аспектов эксплуатации ЦОД, таких как задержки при предоставлении услуг.
Ученые отмечают, что многообещающие исследования в перспективе позволят добиться повышения экологической устойчивости дата-центров по всему миру путем сохранения водных ресурсов без высоких первоначальных вложений капитала или модернизации существующих охладительных установок. Иными словами, если вы эксплуатируете ЦОД в регионе с постоянным с дефицитом воды и высоким риском засухи, основанный на программном обеспечении подход может помочь вашему дата-центру сохранить работоспособность в условиях засухи, при этом вам не придется тратить ни копейки на модернизацию вспомогательного оборудования.
