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能源猪:世界上庞大的数据中心能否提高效率?

The gigantic data centers that power the internet consume vast amounts of electricity and emit as much CO2 as the airline industry. To change that, data companies need to turn to clean energy sources and dramatically improve energy efficiency.

云层带着颠簸回到地球。在空灵的地方,我们存储数据,流式传输电影和电子邮件世界具有物理状态 - 在数百个巨型数据中心,这些数据中心对地球造成了越来越多的损失。

数据中心是数字时代的工厂。这些大多数无窗的无窗户盒子散布在全球范围内 - 从拉斯维加斯到班加罗尔,再到得梅因再到雷克雅未克。他们运行地球的数字服务。仅他们的施工就花费了全球每年200亿美元

覆盖一百万平方英尺或更高的最大的最大的能力与一百万人的城市一样多。总的来说,他们吃了超过2%的世界电力,并发射了大约二氧化碳作为航空业。随着全球数据流量每四年增加一倍以上,它们的增长迅速。

但是,如果您附近有一个数据中心,那么您可能不知道。而且,您仍然无法知道哪个中心可以使用Netflix下载,也无法使用北极空气冷却的处理器在可再生能源上运行,或者在煤炭上运行并坐在沙漠热中,并由效率低下的冰箱库冷却。

我们经常被告知,世界经济正在贬低 - 物理模拟的东西被数字数据取代,并且该数据具有最小的生态足迹。但不是那么快。如果全球IT行业是一个国家,只有中国和美国才会为气候变化做出更多贡献。绿色和平报告去年发表的“调查建立绿色互联网的竞赛”。

芬兰哈米纳(Hamina)的Google数据中心使用芬兰湾的海水冷却其建筑物,从而减少了能源的使用。

芬兰哈米纳(Hamina)的Google数据中心使用芬兰湾的海水冷却其建筑物,从而减少了能源的使用。谷歌

存储,移动,处理和分析数据都需要能量。很多。最大数据中心的处理器嗡嗡作响的能量尽可能多的能量,由大型电站(1000兆瓦)提供或者更多。而且,可以再次使用尽可能多的精力来防止服务器和周围建筑物过热。

几乎每个击键都会增加。谷歌估计典型搜索使用其服务需要尽可能多的能量来照亮60瓦的灯泡17秒钟,并且通常负责排放0.2克CO2。直到您开始考虑一年中可能进行多少搜索之前,这听起来并不多。

如今,Google是数据系列。通过Internet流式视频真正增加了数据数量。跟踪这些内容的IT Company Cisco认为,到2021年,视频将占互联网流量的82%,从2016年的73%上升。北美约有三分之一的互联网流量仅用于流媒体Netflix服务。

如果要驯服这些失控的野兽,两件事很重要:一个使它们使用可再生或其他低碳能源;另一个正在提高他们的能源效率。在这两个方面,都有一些好消息要报告。甚至绿色和平都这么说。去年的报告总结说:“我们看到,在一些最大的互联网公司中,可再生能源的优先级有显着增加。”

越来越多的IT公司吹嘘他们致力于100%依赖可再生能源的承诺。为了履行此类承诺,一些最大的是建立自己的能源校园。2月,云巨型开关(Cloud Giant Switch)运营着世界十大数据中心中的三个宣布的计划for a solar-powered hub in central Nevada that will be the largest anywhere outside China.

可再生能源的可用性是Google和Microsoft最近在芬兰建造枢纽的原因之一。

数据巨人通常会签署合同,以获得现有风和太阳能农场的专用供应。在美国,这些仍然很难获得。可再生能源的可用性是Google和Microsoft最近建立枢纽的原因之一in Finland, 和Facebook在丹麦和瑞典。去年Google也签署了交易to buy all the energy from the Netherlands’ largest solar energy park, to power one of its four European data centers.

Of the mainstream data crunchers for consumers, Greenpeace singled out Netflix for criticism. It does not have its own data centers. Instead, it uses contractors such as Amazon Web Services, the world’s largest cloud-computing company, which Greenpeace charged with being “almost completely non-transparent about the energy footprint of its massive operations.” Amazon Web Services contested this. A spokesperson toldYale Environment 360该公司拥有“长期承诺100%可再生能源”,并推出了一系列的风能和太阳能项目,现在能够提供约40%的能源。Netflix没有回应置评请求。

亚马逊网络服务公司在北弗吉尼亚州拥有一些最大的业务,这是华盛顿特区波托马克河上方的一个地区,其数据中心浓度最多。根据绿色和平组织的数据,弗吉尼亚州从可再生能源中获得了不到3%的电力,加上核的33%。

一些行业内部人士在互联网巨头的绿色主张中发现了烟雾和镜子的元素。“当大多数数据中心公司谈论可再生能源时,他们指的是可再生能源证书,” Ragingwire数据中心副总裁Phillip Sandino在弗吉尼亚州,加利福尼亚州和德克萨斯州的中心,在在线贸易期刊上声称recently. In the U.S. and some other countries, renewable energy certificates are issued to companies generating renewable energy for a grid, according to the amount generated. The certificates can then be traded and used by purchasers to claim their electricity is from a renewable source, regardless of exactly where their electricity comes from. “In fact,”桑迪诺说,“(数据中心)从电力公司购买的能源无法续签。”

与世界上最大的能源消耗国家相比,全球IT行业2012年全球的电力消耗。

与世界上最大的能源消耗国家相比,全球IT行业2012年全球的电力消耗。绿色和平

其他包括微软在内的其他人可以通过碳抵消项目来维持他们对碳中立性的主张,例如投资于森林,从他们的持续排放中吸收二氧化碳。

Digiplex的创新负责人杰夫·福克斯(Geoff Fox)说,这一切都很重要,因为具有不同能源的数据中心之间的碳排放差异可能是戏剧性的。他使用瑞典国有能源巨头Vattenfall编制的数据声称,在挪威,大多数能量来自水力发电,产生了一千瓦时的电力,仅发出了3克CO2。By comparison,在法国,在加利福尼亚州300克,在弗吉尼亚州有100克,在新墨西哥州,将近600克,超过800克。

Meanwhile, there is growing concern about the carbon footprint of centers being built for Asian internet giants such as Tencent, Baidu, and Alibaba in China; Naver in South Korea; and Tulip Telecom in India. Asia is where the fastest global growth in data traffic is now taking place. These corporations have been tight-lipped about their energy performance, claims Greenpeace. But with most of the region’s energy coming from coal-fired power stations, their carbon footprint cannot be anything but large.

Vattenfall estimates the carbon emissions in Bangalore, home of Tulip’s giant Indian data center, at 900 grams per kilowatt-hour. Even more troubling, theworld’s largest centeris currently the Range International Information Hub, a cloud-data store at Langfang near the megacity of Tianjin in northeast China, where it takes more than 1,000 grams of CO2 for every kilowatt-hour.

大多数最大的数据中心都处于炎热或温带气候中,消耗了大量能量,以防止它们过热。

几乎与将数据中心切换到低碳能源一样重要。这大部分归结为保持处理器凉爽所需的能量。疯狂地,世界上大多数最大的中心都处于炎热或温带气候中,其中大量能量用于防止它们过热。在世界上10个最大的10个中,有2个处于内华达州的沙漠中,而其他人则在佐治亚州,弗吉尼亚州和班加罗尔。

Most would dramatically reduce their energy requirements if they relocated to a cool climate like Scandinavia or Iceland. One fast-emerging data hub is Iceland, where Verne Global, a London company, set up its main operation.

The campus, on the site of an old U.S. Navy base, exchanges data using fiber-optic cables first installed for military use. It is powered by the country’s extensive hydroelectric and geothermal energy sources, which were initially developed for aluminium smelting. In Iceland, temperatures hover around zero Celsius for much of the year. “It is all natural cooling here,” said Verne’s chief technology officer Tate Cantrell, when I visited the complex in 2016. “Our chiller is an open window.”

凡尔纳(Verne)的客户包括具有庞大数据处理需求的欧洲公司,例如德国汽车巨头宝马和大众汽车,以及运行用于比特币“采矿”能源密集型计算的公司。

冰岛凯夫拉维克的Verne全球数据中心完全由可再生能源提供动力,并使用北极空气来冷却其建筑物。

The Verne Global data center in Keflavik, Iceland is powered entirely by renewable energy sources and uses Arctic air to cool its buildings.Fred Rollison/Verne

其他北欧数据公司还利用该地区的气候。挪威最大的银行DNB在Stavanger附近的一个地下掩体中经营其主要数据中心,该数据中心通过将水从附近的峡湾冻结而冷却。同时,世界上最大的数据中心计划用于Ballangen,北极圈内的一个小型挪威峡湾小镇,毗邻洛芬群岛。

The industry’s standard measure of energy efficiency is the Power Use Effectiveness (PUE), an index that divides the total amount of energy used in the center by the amount needed to run the processors themselves.

An industry analysis a decade ago in the U.S. found an average PUE of 2.5, suggesting that total energy use, including cooling, was 2.5 times the energy expended on running the processors. Best practice PUE被认为是那时1.6。

从那时起,事情就大大改善了。去年关于欧洲数据中心的一项研究认为平均水平是现在大约1.8。但是,北欧公司的冷却要求最少的公司声称做得更好。和Google是far from alone平均声称为1.12。尽管如此,行业平均水平和最佳实践之间仍然存在巨大差距。

劳伦斯·伯克利国家能源部国家实验室在2016年发布的一份报告估计,效率的提高现在几乎可以消除数据中心业务不断增长的能力。它发现,2014年,美国中心使用了700亿千瓦时(kWh),但预计到2020年,它只会增加到730亿千瓦时。到现在为1600亿千瓦时。

数据中心具有迅速变化的财务资源,他们这样做的压力正在增加。

Even so, the improvements are relative. By implementing best practice, the report said, electricity use could have been少三分之一比目前的费率。

下一步不仅是消散加热器的热量,而且是为了使其有效地使用它。同样,这里有一个寒冷的气候。它使热量成为有价值的商品。Digiplex的斯德哥尔摩建筑群将其热空气转移到穿过城市地区供暖系统的热水中。它最终会加热约10,000套公寓。

Digiplex首席战略官Fredrik Jansson为这个项目感到自豪。“当我的儿子在斯德哥尔摩的家里iPa​​d上时,我可以告诉他,他的数字活动最终帮助加热了他房间的散热器。”

As the energy costs of cooling data centers come down, however, the calls will increase to save more energy. The drive for more efficient chips continues. But DigiPlex is working with academics at the University of Leeds in England who正在调查通过将芯片直接与水或其他液体接触,使冷却更有效。大学的乔恩·萨默斯(Jon Summers)估计,这最终可能会将冷却成本降低80%或以上。

绿色和平says the very size of the internet business, and its exposure to criticism for its contribution to climate change, has the potential to turn it from being part of the problem to part of the solution. Data centers have the resources to change rapidly. And pressure is growing for them to do so.

希望他们能带来许多其他巨头公司。绿色和平组织报告的主要作者加里·库克(Gary Cook)表示:“主要互联网公司的领导力一直是公司中更广泛的催化剂,以采用100%可再生目标。”“他们的行动发出了重要的市场信号。”

但是,福克斯说,最大的信号将来自我们,数字消费者。他越来越多地说:“他们了解每个云都生活在数据中心内。每个人都有不同的占地面积。”他认为,我们将很快所有人都要求知道我们的视频流和互联网搜索的碳足迹。当天,大数据公司正准备的更远。“我完全希望我们可能会在五年内将数字资源的绿色标签视为常规。”

更正,2018年4月5日:本文的较早版本错误地指出,数据中心产生了3%的全球二氧化碳排放。