Ο ψυχρός αέρας και το θαλασσινό νερό δεν αρκούν για να κάνουν τα κέντρα δεδομένων πιο αποδοτικά
Τα data centers έχουν ένα σημαντικό πρόβλημα: παράγουν τεράστιες ποσότητες θερμότητας. Χιλιάδες επεξεργαστές εκτελούν υπολογισμούς, εκπαιδεύουν μοντέλα τεχνητής νοημοσύνης και αποθηκεύουν τον τεράστιο όγκο ψηφιακών πληροφοριών του κόσμου, με αποτέλεσμα να απαιτούνται μεγάλες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας για την ψύξη τους. Η διαχείριση της θερμότητας αποτελεί, επομένως, μία από τις μεγαλύτερες τεχνικές προκλήσεις του κλάδου.
Γιατί, λοιπόν, να μην κατασκευάζονται σε περιοχές με φυσικά χαμηλές θερμοκρασίες; Η Αρκτική διαθέτει άφθονο ψυχρό αέρα, ενώ οι ωκεανοί αποτελούν μια τεράστια δεξαμενή σχετικά κρύου νερού. Ακόμη πιο ενδιαφέρουσα φαίνεται η ιδέα της εγκατάστασης διακομιστών απευθείας κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας, ώστε να αξιοποιείται το θαλασσινό νερό για την ψύξη τους.
Η ιδέα ακούγεται απλή και οι μηχανικοί έχουν ήδη εξετάσει αυτές τις λύσεις. Ωστόσο, η κατασκευή ενός data center εξαρτάται από πολύ περισσότερους παράγοντες πέρα από τη διατήρηση χαμηλής θερμοκρασίας στους διακομιστές.
Το πλεονέκτημα της Αρκτικής στην ψύξη
Τα data centers που βρίσκονται σε ψυχρά κλίματα μπορούν να αξιοποιήσουν μια τεχνική γνωστή ως free cooling (φυσική ψύξη). Αντί να βασίζονται αποκλειστικά σε ενεργοβόρα συστήματα ψύξης και κλιματισμού, χρησιμοποιούν τον κρύο εξωτερικό αέρα ή το νερό για την απομάκρυνση της θερμότητας από τον εξοπλισμό τους.
Η συγκεκριμένη μέθοδος μπορεί να περιορίσει σημαντικά την ηλεκτρική ενέργεια που απαιτείται για την ψύξη. Αυτός είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους μεγάλες εταιρείες έχουν εγκαταστήσει data centers σε χώρες όπως η Σουηδία, η Φινλανδία, η Ισλανδία και η Νορβηγία. Ενδεικτικά, η εγκατάσταση της Google στη Χαμίνα της Φινλανδίας χρησιμοποιεί θαλασσινό νερό από τον Κόλπο της Φινλανδίας για τις ανάγκες ψύξης.
Ωστόσο, υπάρχει σημαντική διαφορά ανάμεσα στην κατασκευή ενός data center σε μια ψυχρή χώρα και στην εγκατάστασή του στην απομονωμένη περιοχή της Αρκτικής.
Όσο βορειότερα βρίσκεται μια εγκατάσταση, τόσο δυσκολότερη γίνεται η πρόσβαση σε αξιόπιστη ηλεκτροδότηση, δίκτυα οπτικών ινών υψηλής χωρητικότητας, εξειδικευμένο προσωπικό και μεταφορικές υποδομές. Ένα data center μπορεί να χρειάζεται λιγότερη ενέργεια για την ψύξη των διακομιστών του, αλλά εξακολουθεί να απαιτεί τεράστιες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας για τη λειτουργία τους.
Το πρόβλημα γίνεται ολοένα σημαντικότερο. Ο Διεθνής Οργανισμός Ενέργειας (IEA) έχει επισημάνει την αυξανόμενη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας από τα data centers, ενώ οι καθυστερήσεις στη σύνδεση με τα δίκτυα και οι περιορισμένες ενεργειακές υποδομές αποτελούν πλέον σημαντικά εμπόδια στην ανάπτυξή τους.
Με άλλα λόγια, είναι πολύ ευκολότερο να βρει κανείς μια ψυχρή περιοχή παρά μια περιοχή που μπορεί να τροφοδοτήσει αξιόπιστα μια τεράστια υπολογιστική εγκατάσταση.
Επιπλέον, υπάρχουν οι δυσκολίες κατασκευής και συντήρησης. Τα οικοδομικά υλικά, οι ανταλλακτικοί διακομιστές και τα τεχνικά συνεργεία πρέπει να μεταφέρονται σε περιοχές όπου οι ακραίες καιρικές συνθήκες, οι μεγάλες αποστάσεις και οι περιορισμένες συγκοινωνιακές συνδέσεις δυσχεραίνουν ακόμη και τις καθημερινές εργασίες. Το μόνιμα παγωμένο έδαφος (permafrost) και οι μεταβολές των κλιματικών συνθηκών στην Αρκτική δημιουργούν πρόσθετες τεχνικές προκλήσεις.
Τι θα συνέβαινε αν τα data centers εγκαθίσταντο κάτω από τη θάλασσα;
Οι ωκεανοί προσφέρουν μια εξίσου ελκυστική εναλλακτική. Η ιδέα είναι να τοποθετηθεί μια στεγανοποιημένη εγκατάσταση στον βυθό, ώστε η θερμότητα να μεταφέρεται στο περιβάλλον θαλασσινό νερό, περιορίζοντας ενδεχομένως την ανάγκη για συμβατικά συστήματα ψύξης.
Η Microsoft δοκίμασε στην πράξη αυτή την ιδέα μέσω του προγράμματος Project Natick.
Το 2018, η εταιρεία εγκατέστησε μια σφραγισμένη μονάδα data center στα ανοιχτά των νησιών Όρκνεϊ της Σκωτίας. Η εγκατάσταση, με μέγεθος περίπου αντίστοιχο ενός εμπορευματοκιβωτίου, φιλοξενούσε 864 διακομιστές και λειτούργησε για περισσότερα από δύο χρόνια.
Τα αποτελέσματα ήταν ιδιαίτερα ενδιαφέροντα. Σύμφωνα με τη Microsoft Research, οι διακομιστές της υποθαλάσσιας εγκατάστασης παρουσίασαν ποσοστό αστοχίας μόλις το ένα όγδοο σε σύγκριση με μια αντίστοιχη εγκατάσταση στην ξηρά.
Η εταιρεία εκτίμησε ότι η ελεγχόμενη ατμόσφαιρα στο εσωτερικό της μονάδας, η οποία περιείχε ξηρό άζωτο αντί για τον συνηθισμένο αέρα, ενδέχεται να συνέβαλε σε αυτό το αποτέλεσμα.
Το πείραμα απέδειξε ότι η λειτουργία υποθαλάσσιων data centers είναι τεχνικά εφικτή. Δεν απέδειξε, όμως, ότι μπορεί να αποτελέσει μια οικονομικά βιώσιμη λύση μεγάλης κλίμακας.
Το πρόβλημα της επισκευής στον βυθό
Ας υποθέσουμε ότι ένας σκληρός δίσκος παρουσιάζει βλάβη σε ένα συμβατικό data center. Ένας τεχνικός μπορεί να τον αντικαταστήσει άμεσα και να επαναφέρει τον εξοπλισμό σε λειτουργία.
Τι συμβαίνει, όμως, όταν η ίδια βλάβη εμφανίζεται σε μια εγκατάσταση αρκετές δεκάδες μέτρα κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας;
Σε αυτή την περίπτωση, ενδέχεται να χρειαστεί να ανασυρθεί ολόκληρη η σφραγισμένη μονάδα, να μεταφερθεί στην επιφάνεια, να ανοιχτεί, να επισκευαστεί και στη συνέχεια να επανατοποθετηθεί στον βυθό. Πρόκειται για μια ιδιαίτερα δαπανηρή διαδικασία, ειδικά όταν απαιτείται η αντικατάσταση ενός μεμονωμένου εξαρτήματος.
Παράλληλα, οι υποθαλάσσιες εγκαταστάσεις χρειάζονται αξιόπιστη ηλεκτροδότηση και συνδέσεις υψηλής χωρητικότητας με τα επίγεια δίκτυα. Η εγκατάσταση και η συντήρηση υποθαλάσσιων καλωδίων αυξάνουν το κόστος και την πολυπλοκότητα, ενώ η αλμύρα, η πίεση, η διάβρωση και οι συνθήκες του θαλάσσιου περιβάλλοντος δημιουργούν πρόσθετες τεχνικές δυσκολίες.
Παρά τα θετικά αποτελέσματα του Project Natick, η Microsoft τελικά εγκατέλειψε την περαιτέρω ανάπτυξη υποθαλάσσιων data centers. Τον Ιούνιο του 2024, επιβεβαίωσε ότι δεν συνέχιζε το συγκεκριμένο εγχείρημα, επισημαίνοντας ότι θα αξιοποιούσε τα συμπεράσματα και την τεχνογνωσία που αποκτήθηκαν σε άλλους τομείς των δραστηριοτήτων της.
Η ψύξη δεν είναι το μοναδικό ζητούμενο
Ένας ακόμη σημαντικός παράγοντας είναι η απόσταση των data centers από τους πελάτες τους.
Οι υπηρεσίες cloud, τα διαδικτυακά παιχνίδια, οι χρηματοοικονομικές συναλλαγές και πολλές εφαρμογές τεχνητής νοημοσύνης απαιτούν γρήγορη επικοινωνία μεταξύ χρηστών και διακομιστών.
Η εγκατάσταση ενός data center μακριά από τα μεγάλα πληθυσμιακά κέντρα και τους βασικούς τηλεπικοινωνιακούς κόμβους μπορεί να αυξήσει την καθυστέρηση μετάδοσης δεδομένων (latency), δηλαδή τον χρόνο που χρειάζεται για να μεταφερθούν πληροφορίες μεταξύ μιας συσκευής και ενός διακομιστή.
Αυτό μπορεί να μην αποτελεί σημαντικό πρόβλημα για ορισμένες εργασίες μεγάλης υπολογιστικής κλίμακας, είναι όμως κρίσιμο για εφαρμογές που απαιτούν σχεδόν άμεση απόκριση.
Εξίσου σημαντικό είναι το οικονομικό σκέλος. Οι διαχειριστές data centers πρέπει να συνυπολογίζουν το κόστος γης, κατασκευής, ηλεκτρικής ενέργειας, ψύξης, τηλεπικοινωνιακών συνδέσεων, προσωπικού, συντήρησης και αδειοδότησης σε βάθος δεκαετιών.
Επομένως, ένα φθηνότερο σύστημα ψύξης δεν συνεπάγεται αυτομάτως και χαμηλότερο συνολικό κόστος κατασκευής και λειτουργίας.
Η Αμερικανική Εταιρεία Μηχανικών Θέρμανσης, Ψύξης και Κλιματισμού (ASHRAE) συγκαταλέγει τη διαθεσιμότητα ηλεκτρικής ενέργειας, τη χωρητικότητα των δικτύων, τις ανάγκες ψύξης και τις αδειοδοτικές διαδικασίες στους βασικούς παράγοντες επιλογής τοποθεσίας για ένα data center.
Το συμπέρασμα
Η Αρκτική και οι υποθαλάσσιες εγκαταστάσεις θα μπορούσαν να αποτελέσουν ενδιαφέρουσες επιλογές για εξειδικευμένα data centers, ιδιαίτερα σε περιοχές όπου υπάρχουν διαθέσιμες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, κατάλληλες τηλεπικοινωνιακές συνδέσεις και επαρκείς υποδομές.
Ωστόσο, η ψυχρότερη περιοχή του πλανήτη δεν είναι απαραίτητα και η καλύτερη τοποθεσία για ένα data center.
Το ζητούμενο είναι να συνδυάζονται αποτελεσματικά η αξιόπιστη ηλεκτροδότηση, η συνδεσιμότητα, η ψύξη, η δυνατότητα συντήρησης και η οικονομική βιωσιμότητα.
Γιατί, τελικά, η δημιουργία ενός πραγματικού «cloud» μέσα σε ένα σύννεφο πάγου δεν είναι τόσο απλή υπόθεση όσο ακούγεται.
www.worldenergynews.gr
