مراکز داده آینده

ساختار، بهره وری انرژی، ذخیره سازی، دسترسی به شبکه های فیبر، قیمت منابع انرژی و محیط اطراف، همگی عواملی هستند که در انتخاب محل ساخت مراکز داده نقش دارند.

بر اساس برخی برآوردها، بازار جهانی ساخت و ساز مراکز داده تا سال 2025 تا 57 میلیارد دلار ارزش داشته باشد. بزرگی این چالش به اندازه ای است که غول تجاری املاک و مستغلات CBRE بخشی از گزارش خود را به طور خاص بر روی مراکز داده و راه اندازی آن اختصاص داده است.

ساختمان مرکز داده در نزدیکی منابع برق ارزان

قرار دادن مراکز داده تشنه انرژی، در کنار منابع برق ارزان قیمت می تواند کارکرد آنها را مقرون به صرفه تر کند. شرکت های بزرگ فناوری بیش از پیش بخاطر استفاده از انرژی کثیف برای تامین انرژی مراکز داده مورد سرزنش قرار می گیرند. بنابر این این ساخت این اماکن در نزدیکی منابع برق می تواند یک گزینه تمیزتر باشد.

هم اپل و هم فیسبوک مراکز داده نزدیک منابع انرژی آبی ساخته اند. در Central Oregon، اپل یک پروژه برق آبی برای تامین برق پاک مرکز داده Prineville خود خریداری کرد. طبق مقررات‌ اپل این امکان وجود دارد که به‌جای خرید از شرکت‌های برق محلی، برق را مستقیماً از تأمین‌کنندگان انرژی‌های تجدیدپذیر شخص ثالث خریداری کند. فیسبوک نیز در سوئد، یک مرکز داده بزرگ در کنار یک نیروگاه برق آبی در جایی دارای آب و هوا خنک و بادهای فراوان ساخته است.

شرکت های سازنده مراکز داده علاوه بر نزدیکی به منابع انرژی ارزان و پاک، به دنبال آب و هوای خنک تر نیز هستند. مکان‌های نزدیک به قطب شمال، مانند شمال سوئد، می‌توانند به مراکز داده این اجازه را می دهند که در مصرف انرژی صرفه‌جویی کنند. به گزارش شرکت مخابراتی Altice Portugal مرکز داده Covilhã از هوای بیرون برای خنک کردن سرورهای خود در 99٪ مواقع استفاده می کند. و یک مرکز داده قدیمی گوگل در فنلاند از آب خلیج فنلاند برای خنک کردن تاسیسات و کاهش مصرف انرژی استفاده می کند.

ساخت و ساز در بازارهای نوظهور

قرار دادن یک مرکز داده در هات اسپات ترافیک اینترنتی نوظهور ازدحام را کاهش و سرعت خدمات رسانی به یک منطقه را افزایش می دهد. به عنوان مثال، در سال 2018، Tencent چین، مالک Fortnite و WeChat، مراکز داده را در Mumbai قرار داد. این حرکت نشانه‌ای از رونق استفاده از اینترنت در منطقه و افزایش محبوبیت پلتفرم‌های بازی Tencent بود. ساخت مراکز داده در مناطقی که استفاده از اینترنت رونق دارد نیز می تواند یک حرکت استراتژیک تجاری باشد. معمولا، کسب‌وکارهای محلی در حال رشد، نیز عملیات خود را به مرکز داده نزدیک منتقل می کنند. مراکز داده ای که خدمات خود را به مشتریان دیگر اجاره می دهند، به عنوان تسهیلات کولوکیشن[1]شناخته می شوند. این مراکز یک ساختمان مرکز داده با خنک کننده، برق، پهنای باند و امنیت فیزیکی فراهم کرده، سپس این فضا را همراه با سرورها و فضای ذخیره سازی به مشتریان اجاره می دهند. تمرکز بیشتر ارائه دهندگان تسهیلات کولوکیشن بر روی شرکت هایی با مراکز داده کوچکتر بوده و از این طریق به آنها در صرفه جویی در هزینه های زیرساخت کمک می کنند.

مشوق های مالیاتی و قوانین محلی

مراکز داده منبع درآمد قابل توجهی برای تولیدکنندگان برق هستند. مشوق هایی از سوی دولت ها نیز برای جذب توسعه ارائه می شود. از سال 2017، دولت سوئد 97 درصد مالیات بر برق مصرفی مراکز داده را کاهش داد. این درحالی است که برق سوئد نسبتاً گران بوده و با کاهش مالیات، سوئد را با سایر کشورهای شمال اروپا همتراز کرد. در سال 2018، گوگل در مورد معافیت مالیاتی 100 درصدی مرکز داده در New Albany، Ohioبرای یک مرکز داده 600 میلیون دلاری وارد مذاکره شد. این معافیت با امکان تمدید تا سال 2058 همراه بود. و در همان سال، فرانسه، در دوران پسا برگزیت[2]، به امید جذب استعدادهای اقتصادی و سرمایه جهانی، اعلام کرد که قصد دارد مالیات بر مصرف برق را برای مراکز داده کاهش دهد. اپل در سال 2018 طبق مقررات چین کار ذخیره سازی داده ها را در مرکزی مستقر در Guizhouشروع کرد. این در حالی است که مقامات چینی پیش از آن مجبور بودند برای دسترسی به اطلاعات شهروندان چینی ذخیره شده در یک مرکز داده مستقر در ایالات متحده از سیستم حقوقی ایالات متحده عبور کنند. با این اقدام یک مرکز داده محلی به مقامات اجازه دسترسی آسان تر و سریع تر به اطلاعات شهروندان چینی ذخیره شده در ابر اپل را می دهد.

اتصال به فیبر و امنیت

دو نکته مهم دیگر در مورد مکان های مرکز داده، اتصال به شبکه های فیبر و تمهیدات امنیتی شدید می باشد. برای سال‌های متمادی، شبکه‌های فیبر عامل کلیدی در انتخاب محل ساخت مراکز داده بوده‌اند. در حالی که داده‌ها اغلب از طریق شبکه‌های بی‌سیم یا Wi-Fi محلی به دستگاه‌های تلفن همراه تحویل داده می‌شوند. بیشتر اوقات، داده‌ها از طریق کابل‌های فیبر نوری به تأسیسات ذخیره‌سازی داده‌ها می‌رسند و فیبر را به سیستم عصبی اینترنت تبدیل می‌کنند. فیبر مراکز داده را به آنتن های سلولی، روترهای داخلی[3] و سایر امکانات ذخیره سازی داده متصل می کند.

مناطق مجاور Ashburn ویرجینیا به عنوان یک بازار بزرگ نوظهور برای مراکز داده شناخته شده اند که دلیل آن هم بیشتر به دلیل شبکه بزرگ زیرساخت فیبر منطقه ای است که توسط شرکت اینترنتی AOL هنگام ساخت دفتر مرکزی خود در آنجا ایجاد شد. هنگامی که شرکت‌های دیگری مانند Equinix به منطقه نقل مکان کردند و مراکز داده خود را ساختند، شبکه‌های فیبر منطقه به رشد خود ادامه دادند، و حتی مراکز داده جدید بیشتری را جذب کردند.

فیسبوک حدود 2 میلیارد دلار در مرکز داده ای در Henrico، ویرجینیا سرمایه گذاری کرده است و در 2019 مایکروسافت برای ششمین بار مجوز کمک مالی 1.5 میلیون دلاری را برای توسعه مرکز داده Southside ویرجینیا دریافت کرد. به همین ترتیب در بازارهای توسعه‌یافته و نوظهور وابستگی به کابل فیبر نوری افزایش می‌یابد. انتظار می‌رود هزینه‌های سرمایه گذاری برای زیرساخت‌ها تا سال ۲۰۱۹ به نزدیک به ۱۵۰ میلیارد دلار برسد. اما جایگزین های جدیدی برای شبکه های فیبر در حال ظهور هستند.

در 2016، فیس‌بوک و مایکروسافت اعلام کردند که برای ساخت کابل زیر دریایی بین Virginia Beach، Virginiaو Bilbao در اسپانیا با یکدیگر همکاری می‌کنند. در سال 2017، فیس بوک اعلام کرد که قصد دارد شبکه فیبر طولانی 200 مایلی خود را در منطقه ای در Las Lunas، نیومکزیکو بسازد تا مرکز داده نیومکزیکو برنامه ریزی شده خود را به مزارع سرور دیگر متصل کند. سیستم فیبر زیرزمینی[4] سه مسیر شبکه منحصربفرد را برای انتقال اطلاعات به Las Lunas ایجاد خواهد کرد.

علاوه بر اتصال، امنیت یکی دیگر از موارد مهم است. این امر به ویژه برای مراکز داده ای که اطلاعات حساس را در خود جای می دهند بسیار مهم است. به عنوان مثال، غول مالی نروژی DNB با مرکز داده Green Mountain برای ایجاد مرکز داده خود شریک شد. Green Mountain مرکز داده DNB را در تاسیسات فوق امنیتی خود، یعنی در پناهگاهی داخل کوه قرار داد. Green Mountain ادعا می کند که کوه کاملا در برابر انواع خطرات، از جمله متجاوزان، حملات تروریستی، آتشفشان ها، طوفان ها، زلزله ها و تبه کاری غیرقابل نفوذ است.

مرکز داده Swiss Fort Knox با یک استتار ویژه در زیر کوه های آلپ سوئیس به شکل تونل در واقع شده است. این مرکز با دری استتار شده که شبیه سنگ است. مرکز داده با موتورهای دیزل اضطراری و یک سیستم فشار هوا محافظت می شود که از ورود هر گونه گاز سمی به محل جلوگیری می کند. "Fort Knox of Sweden" هم از نظر فیزیکی و هم از نظر دیجیتالی فوق امن است.

به دلیل ماهیت امنیتی بالای سرورها در مراکز داده خاص، مراکز داده بسیاری نیز وجود دارد که مکان آنها هرگز فاش نشده است. برای این مراکز، اطلاعات مکانی می تواند به عنوان یک سلاح استفاده شود.

در 2018، WikiLeaks یک لیست داخلی از امکانات سرویس‌های وب آمازون [5]AWS را منتشر کرد. مثلا یکی از اطلاعات فاش شده این بود که آمازون مدعی ساخت یک ابر خصوصی به ارزش نزدیک به 10 میلیارد دلار برای وزارت دفاع بود. خود ویکی لیکس در یافتن مرکز داده مناسب برای میزبانی اطلاعات خود با مشکل روبرو بوده است. AWS میزبانی ویکی لیکس را متوقف کرد زیرا این شرکت شرایط خدمات شرکت را نقض کرده بود. بعدها ویکی لیکس به مراکز داده مختلف منتقل شد. در یک مقطع زمانی، حتی شایعه شد که ویکی لیکس در حال بررسی قرار دادن مرکز داده خود در اقیانوس، در ایالت خود منصوب Sealand در دریای شمال است.

ساختار

ساختار مراکز داده نیز مثل مکان یابی نقش مهمی در تضمین قابلیت اطمینان و طول عمر مرکز داده دارد. ساخت یک مرکز داده می تواند آن را در برابر فعالیت های لرزه ای، سیل و سایر انواع بلایای طبیعی مقاوم کند. علاوه بر این، طرح‌های خاصی می‌توانند با گسترش، کاهش هزینه‌های انرژی، یا امکان استفاده از انواع جدید را فراهم کنند. در بیشتر صنایع، از مراقبت های بهداشتی گرفته تا تامین مالی و تولید، شرکت ها برای حمایت از ایجاد و مصرف رو به رشد داده ها به مراکز داده متکی هستند. در برخی موارد، این مراکز داده ممکن است اختصاصی بوده و در محل قرار داشته باشند، و برخی دیگر ممکن است از راه دور به اشتراک گذاشته شوند. در هر صورت، مراکز داده در مرکز تمرکز تکنولوژیک در حال رشد جهان قرار دارند و همچنان تغییرات فیزیکی خود را تجربه می کنند. با توجه به آمار اندازه‌گیری بازار CB Insights، تخمین زده می‌شود که بازار جهانی خدمات مرکز داده تا سال 2020 به 228 میلیارد دلار برسد.

یکی از تغییرات اخیر در ساخت مرکز داده اندازه، آن است. برخی از مراکز داده کوچکتر و پراکنده تر شده اند (این مراکز داده لبه[6]نامیده می شوند). در عین حال، برخی دیگر از مراکز داده بزرگتر و متمرکزتر از قبل شده اند (مراکز داده مگا[7]). در این بخش، هر دو مرکز داده لبه و مگا بررسی می‌شود:

مراکز داده لبه

مراکز داده کوچک و توزیع شده، به نام مراکز داده لبه، برای ارائه ظرفیت ذخیره سازی و پردازش بیش از حد محلی در لبه شبکه مستقر می شوند. در حالی که رایانش ابری به طور سنتی به عنوان وسیله ای قابل اعتماد و مقرون به صرفه برای اتصال بسیاری از دستگاه ها به اینترنت عمل می کرده است، افزایش مداوم اینترنت اشیا و محاسبات تلفن همراه بر پهنای باند شبکه مرکز داده فشار وارد کرده است. فناوری محاسبات لبه اکنون در حال ظهور است تا راه حل جایگزین برای این مسئله ارائه دهد. این شامل قرار دادن منابع محاسباتی نزدیک‌تر به محل منشأ داده‌ها (مانند موتورها، پمپ‌ها، ژنراتورها یا سایر حسگرها)، یا "لبه" است. انجام این کار نیاز به انتقال داده ها را بین مکان های محاسباتی متمرکز مانند ابر کاهش می دهد. علی رغم اینکه این فناوری هنوز در حال رشد است، روش کارآمدتری برای پردازش داده ها برای موارد استفاده متعدد از جمله وسایل نقلیه خودران ارائه می دهد. برای مثال، خودروهای تسلا دارای رایانه‌های قدرتمندی هستند که امکان پردازش داده‌های با تأخیر کم (در زمان واقعی ) را برای داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط ده‌ها حسگر محیطی خودرو فراهم می‌کنند. این به وسیله نقلیه توانایی تصمیم گیری به موقع و خودکار در رانندگی را می دهد.

از سنسورهای لبه تا ابر متمرکز

با این حال، سایر فناوری‌های لبه، مانند دستگاه‌های پزشکی بی‌سیم و حسگرها، فاقد ظرفیت محاسباتی لازم برای پردازش مستقیم جریان‌های بزرگ داده‌های پیچیده هستند. به همین دلیل، مراکز داده کوچکتر و ماژولار راه اندازی می شوند تا ظرفیت ذخیره سازی و پردازش بیش از حد محلی را در لبه فراهم کنند. با توجه به آمار CB Insights، تخمین زده می‌شود که بازار جهانی محاسبات لبه‌ای تا سال 2023 به 34 میلیارد دلار برسد. این مراکز داده، که معمولاً به شکل یک کانتینر قابل حمل و نقل هستند، در پایه ایستگاههای سلولی یا تا حد امکان نزدیک به مبدا داده‌ها قرار می‌گیرند. این مراکز داده لبه مدولار علاوه برحوزه های حمل و نقل و سلامت، در صنایعی مانند تولید، کشاورزی و انرژی و آب و برق مورد استفاده قرار می گیرند. آنها همچنین به اپراتورهای شبکه تلفن همراه (MNO)[8]کمک می کنند تا محتوا را سریعتر به مشترکین تلفن همراه ارائه دهند. این در حالی است که بسیاری از شرکت‌های فناوری از این سیستم‌ها برای ذخیره (یا حافظه پنهان )[9]محتوا نزدیک به کاربران نهایی خود استفاده می‌کنند.

شرکت Vapor IO با قرار دادن مراکز داده کوچک در پایه برج‌های سلولی[10]، خدمات کولوکیشن در لبه ارائه می‌کند. این شرکت با Crown Castle، بزرگترین ارائه دهنده زیرساخت های بی سیم در ایالات متحده، شراکت استراتژیک دارد.

سایر کسب ‌وکارهای مرکز داده لبه، مانند EdgeMicro، مراکز داده میکرو را ارائه می‌کنند که اپراتورهای شبکه تلفن همراه (MNO) را با ارائه‌دهندگان محتوا (CPs)[11]در لبه متصل می‌کنند. بنیانگذاران EdgeMicro تجربه اجرایی را از سازمان هایی مانند Schneider Electric، یکی از بزرگترین شرکت های مدیریت انرژی اروپا، و CyrusOne، یکی از بزرگترین و موفق ترین ارائه دهندگان خدمات مرکز داده در ایالات متحده به ارمغان می آورند.

این شرکت اخیراً اولین واحد تولیدی خود را رونمایی کرده است و قصد دارد خدمات کولوکیشن خود را به ارائه دهندگان محتوا مانند نتفلیکس و آمازون بفروشد که از سرعت و قابلیت اطمینان بیشتری در تحویل محتوا بهره مند خواهند شد. این خدمات کولوکیشن برای کسب و کارهایی که بیشتر به مالکیت اهمیت می دهند تا مدیریت زیرساخت داده، بسیار ایده آل هستند.

استارت‌آپ‌ها تنها کسانی نیستند که در بازار مراکز داده لبه مشارکت دارند.

شرکت‌های بزرگ‌تری مانند Schneider Electric نه تنها با استارت‌آپ‌ها همکاری می‌کنند، بلکه محصولات مرکز داده‌های لبه‌ای را نیز توسعه می‌دهند. اشنایدر تعدادی مراکز داده مدولار پیش ساخته مختلف را ارائه می دهد که برای صنایع مختلفی که نیاز به محاسبات و ظرفیت ذخیره سازی هایپر لوکال[12]دارند، ایده آل هستند. هوآوی[13]یک واحد ماژولار پیش ساخته یکپارچه ارائه می دهد که می تواند در محیط های مختلف برای موارد مختلف استفاده شود.

این نوع راه حل ها سیستم های برق، سرمایش، اطفاء حریق، روشنایی و مدیریت را در یک محفظه ادغام می کنند. آنها برای استقرار سریع، عملیات قابل اعتماد و نظارت از راه دور طراحی شده اند.

مراکز داده مگا

در سمت دیگر این طیف، مراکز داده مگا قرار دارند، مراکز داده ای با حداقل 1Mفوت مربع فضای مرکز داده. این امکانات به اندازه کافی بزرگ هستند تا نیازهای ده ها هزار سازمان را به طور همزمان برآورده و از صرفه جویی در مقیاس بهره ببرند. در حالی که ساخت این مراکز داده گران قیمت است، هزینه هر فوت مربع به مراتب مناسبتر از یک مرکز داده متوسط است. یکی از بزرگترین پروژه ها تاسیسات 17.4M فوت مربع ساخته شده توسط Switch Communications است که ساختمان، خنک کننده، برق، پهنای باند و امنیت فیزیکی سرور را برای کسب و کارهای مختلف فراهم می کند.

پردیس Citadelبزرگترین مرکز داده کولوکیشن در جهان است. این شرکت دارای سه مرکز داده به مساحتهای 3.5M، 1.8M و 1M فوت مربع به ترتیب در Las Vegas، Grand Rapids و Atlanta می باشد.

غول بزرگ فناوری Big tech فعالانه در حال ساخت مراکز داده مگا در ایالات متحده است، که با فیس بوک، مایکروسافت و اپل در زمینه ذخیره سازی داده ها همکاری می کند. فیسبوک در حال ساخت یک مرکز داده 2.5M فوت مربعی در تگزاس برای پردازش و ذخیره سازی اطلاعات شخصی کاربران است.

یکی از جدیدترین سرمایه‌گذاری‌های مایکروسافت، یک مرکز داده خوشه ای در Iowa است که مجموعاً 3.5 میلیارد دلار برای این شرکت هزینه داشت. این خوشه یا مجموعه مراکز داده در مجموع 3.2M فوت مربع فضا دارد که بزرگترین مرکز داده آن 1.7M فوت مربع مساحت دارد. این مرکز داده خاص که Project Osmium نام دارد در زمینی به مساحت 200 هکتار قرار دارد و انتظار می رود تا سال 2022 تکمیل شود. لازم به ذکر است آیووا در سال‌های اخیر به دلیل هزینه‌های انرژی پایین (از کم هزینه ترینها در کشور) و خطر کم بلایای طبیعی، به مکانی محبوب برای مراکز داده تبدیل شده است.

اپل نیز در حال ساخت یک تاسیسات در آیووا است، این تاسیسات 400K فوت مربع وسعت دارد و هزینه ساخت آن 1.3 میلیارد دلار خواهد بود.

در حالی که برخی از امکانات اپل از ابتدای امر صرفا برای مدیریت حوزه هایی مثل محتوا، اپ استور، سرویس پخش موسیقی، ذخیره سازی iCloud و داده های کاربر برنامه ریزی شده اند، ساختارهای دیگری هستند که برای میزبانی سرورها تغییر کاربری داده شده است. به عنوان مثال، اپل یک مرکز تولید پنل خورشیدی 1.3 فوت مربعی را در Arizona تغییر کاربری داد. درنتیجه این مرکز داده جدید به لطف یک مزرعه خورشیدی با انرژی 100٪ پاک کار می کند.

در خارج از ایالات متحده، مناطق خاصی که این مراکز داده بزرگ را به خود جذب کرده اند شامل شمال اروپا است که به دلیل آب و هوای خنک و روند کاهشی مالیات در آنجا به مکانی محبوب برای غول های فناوری تبدیل شده است.

ایالت Hohhot چین واقع در مغولستان نیز با برخورداری از دسترسی راحت به انرژی ارزان، محلی، دمای خنک، و استعدادهای دانشگاهی مجاور (از دانشگاه مغولستان داخلی) امکانات مناسبی برای مراکز داده مگا ارائه می‌کند. با افزایش فراگیر شدن اهمیت وجود مراکز داده مگا در سراسر، پیشرفت های حاصله در این زمینه در منطقه مغولستان داخلی چشمگیر شده است.

هر سه مرکز داده مهم چین یعنی؛ China Telecom، China Mobile و China Unicom در این منطقه فعالیت می کنند.

نوآوری در مرکز داده

یکی دیگر از روندهای نوظهور در طراحی ساختارهای مراکز داده نوآوری، بهره مندی از محیط های اطراف است. امروزه بسیاری از سازمان‌ها در حال آزمایش مراکز داده‌ای هستند که درون اقیانوس یا روی اقیانوس کار ‌کنند. این ساختارها از محیط خود و منابع آن برای خنک کردن طبیعی سرورها با هزینه کم استفاده می کنند.

یکی از پیشرفته‌ترین نمونه‌های استفاده از اقیانوس برای خنک‌سازی طبیعی، Project Natick مایکروسافت است. طی ثبت پروژه ای تحت عنوان Submerged Data center مشخص شد این شرکت قصد ساخت یک مرکز داده کوچک استوانه ای شکل با قابلیت فرو رفتن در آبهای اسکاتلند را دارد.

این مرکز داده 100 درصد برق تجدیدپذیر تولید شده محلی را از منابع باد و خورشید در ساحل و همچنین منابع جزر و مد و امواج خارج از ساحل اجرا می کند. از اقیانوس نیز برای دفع گرمای اگزوز زیرساخت استفاده می کند.

مایکروسافت با آغاز این پروژه که هنوز در مراحل اولیه آن است، گام های مهمی برداشته است و می تواند اولین نشانه از مراکز داده اقیانوسی[14]در آینده باشد. گوگل نیز مراکز داده اقیانوسی را تست کرده است. در سال 2009، این شرکت پتنتی را برای یک مرکز داده مبتنی بر آب[15]ثبت کرد که مراکز داده را در قایقهای خاص جایسازی می کند. مشابه طراحی مایکروسافت، این سازه از آب اطراف برای خنک کردن طبیعی تاسیسات استفاده می کند. علاوه بر این، قایق می تواند از جریان های اقیانوسی نیز انرژی تولید کند. البته، هیچ گزارشی درخصوص تست این سازه از سوی گوگل اعلام نشده است.

انرژی و بهره وری[16]

در حال حاضر، 3 درصد از کل مصرف برق در سطح جهان از مراکز داده ای که هر روز بر تعدادش افزوده می شود تامین می شود، ولی نکته قابل تأمل اینجاست که این برق همیشه پاک نیست: طبق گفته سازمان ملل، میزان انرژی بخش فناوری اطلاعات و ارتباطات که عمدتاً توسط مراکز داده تامین می‌شود، به اندازه گازهای گلخانه‌ای است که از سوخت بخش هوانوردی ایجاد می شود. با افزایش مصرف اینترنت و تولید داده رشد بی رویه ای در مصرف برق در حوزه فناوری اطلاعات و ارتباطات پدید آمد که در حال حاضر با استرتژی تعطیلی مراکز داده قدیمی و ناکارآمد، بخش عظیمی از آن مهار شده است.

در آینده، دو راه حل کلیدی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای پیش روی مراکز داده وجود دارد: اول، کارآمدتر شدن مصرف انرژی در مرکز داده؛ دوم، استفاده از انرژی پاک.

کاهش مصرف و افزایش بهره وری انرژی

در سال 2016، DeepMind و Google بر روی یک سیستم توصیه هوش مصنوعی[17]کار کردند که به کارآمدتر کردن مراکز داده گوگل در مصرف انرژی کمک می کرد. تمرکز این سیستم روی بهبودهای جزئی بود: انجام تغییرات کوچک نیز کافی بود تا در صرفه جویی انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای کمک شود. اجرا و پیاده سازی توصیه ها به تلاش بیش از حد اپراتور نیاز داشت. اپراتورهای مرکز داده امید داشتند تا توصیه ها به طور مستقل پیاده سازی شوند. هنوز هیچ سیستم هوش مصنوعی برای کنترل کامل فرآیندهای سرمایش و گرمایش مرکز داده به آماده نشده است.

سیستم کنترل هوش مصنوعی فعلی گوگل می تواند با اولویت قرار دادن ایمنی و قابلیت اطمینان، به طور متوسط 30 درصد در مصرف انرژی صرفه جویی می کند.

علاوه بر این، گوگل از یک سیستم هوش مصنوعی برای تنظیم کارکرد یک مرکز داده در Midwest هنگام گردباد استفاده کرده است. در حالی که تمرکز اپراتور انسانی روی آماده شدن برای مواجهه با طوفان است، سیستم هوش مصنوعی نیز از شرایط جوی گردباد (مانند افت فشار اتمسفر و تغییرات دما و رطوبت) برای دستکاری سیستم های خنک کننده مرکز داده در راستای بهره وری در مدت گردباد استفاده می کند. سیستم کنترل هوش مصنوعی در طول زمستان، با انطباق دادن خود با آب و هوا انرژی مورد نیاز برای خنک کردن مرکز داده را کاهش می دهد.

با این حال، مشکلاتی در این رویکرد وجود دارد. ضمن اینکه شکاف‌های موجود در فناوری هوش مصنوعی تصمیم‌گیری در بهبود کارایی یک مرکز داده را دشوار می‌کند، اسکیل کردن هوش مصنوعی کار بسیار سختی خواهد بود. هر یک از مراکز داده گوگل هویت منحصر به فرد داشته و به کارگیری یک ابزار هوش مصنوعی برای آنها دشوار است.

راه دیگر برای بهبود کارایی این است که نحوه خنک شدن بخش هایی از مرکز داده که بیش از حد گرم می شوند - مانند سرورها یا انواع خاصی از تراشه ها - تغییر پیدا کند. یکی از این روش ها استفاده از مایع به جای هوا برای خنک کردن قطعات است. ساندار پیچای، مدیرعامل گوگل گفته است که تراشه‌های جدید این شرکت به قدری قدرتمند هستند که شرکت مجبور است آنها را در مایع غوطه‌ور[18]کند تا کاملا خنک شوند.

برخی از مراکز داده در حال آزمایش با غوطه ور کردن مراکز داده در زیر آب هستند تا خنک سازی را آسان تر و کارآمدتر کنند. این به مراکز داده اجازه می دهد تا همیشه به آب خنک طبیعی دریاهای عمیق دسترسی داشته باشند، بنابراین گرما از تجهیزات به اقیانوس اطراف منتقل می شود. با قرار دادن مرکز داده در هر ساحل، می توان آن را به انرژی پاک متصل کرد؛ مانند پروژه Natick مایکروسافت 40 فوتی که با بادهای مجموعه جزایر Orkney تغذیه می شود.

از مزایای دیگر مراکز داده کوچکتر غوطه ور در آب این است که می توانند ماژولار باشند؛ این امر استقرار آنها را نسبت به مراکز جدید در خشکی آسان تر می کند.

با این حال، با وجود این مزایا، برخی از کارشناسان نسبت به غوطه ور کردن مراکز داده در زیر آب هشدار داده اند. از آنجایی که فرآیند خنک‌سازی شامل کشیدن آب تمیز و رهاسازی آب داغ به منطقه اطراف است، این مراکز داده می‌توانند دمای دریا را افزایش داده و زندگی موجودات دریایی را تهدید کند. مورد دیگر آنکه، مراکز داده زیر آب مثل پروژه Natick که از راه دور کنترل می شود درصورت بروز هرگونه مشکل، تعمیر آنها بسیار دشوار خواهد بود.

در آینده، مراکز داده ممکن است با بازیافت بخشی از برق تولیدی خود، به انرژی پاک و کارایی کمک کنند. برخی از پروژه ها در حال بررسی امکان استفاده مجدد حرارتی هستند. شرکت مرکز داده DigiPlex با شرکت Exergi استکهلم، ارائه دهنده سیستمهای گرمایشی و سرمایشی، برای ایجاد یک سیستم استفاده مجدد از گرما همکاری مشارکتی دارند. این راه حل گرمای اضافی را در مرکز داده جمع آوری می کند و آن را به سیستم گرمایش محلی ارسال می کند تا به طور بالقوه تا 10000 اقامتگاه استکهلم را گرم کند.

خرید انرژی پاک تر

به گفته آژانس بین المللی انرژی، صنعت ICT پیشرفت هایی در زمینه انرژی پاک داشته است و تاکنون قراردادهای شرکتی بسیاری برای خرید برق تجدیدپذیر منعقد کرده است.

از سال 2016، گوگل بزرگترین خریدار انرژی های تجدیدپذیر شرکتی در جهان است.

در سال 2018، فیسبوک 200 مگاوات انرژی از یک تعاونی خورشیدی متعلق به اعضای شرکت خریداری کرد. گوگل قصد دارد در سنگاپور، جایی که با نبود زمین کافی مواجه است، 60 مگاوات انرژی خورشیدی پشت بامهای ساختمانی را خریداری کند.

شرکت‌های بزرگی مانند گوگل و فیس‌بوک منابع لازم برای خرید مقادیر زیادی انرژی تجدیدپذیر را دارا هستند، اما این امر برای شرکت‌های کوچک‌تر دشوار است.

یکی دیگر از گزینه های مقابله با انرژی گران، ریزشبکه[19]است: نصب یک منبع انرژی مستقل در داخل یک مرکز داده.

یکی از نمونه‌های این استراتژی سلول‌های سوختی[20]است، مانند سلول‌هایی که اخیراً توسط Bloom Energy فروخته شده است. سلول ها از هیدروژن به عنوان سوخت برای تولید برق استفاده می کنند. این منابع جایگزین، اغلب به عنوان انرژی پشتیبان در نظر گرفته می شوند. لازم به ذکر است این یک گزینه بسیارگران قیمت است.

روش دیگری که مراکز داده در حال کشف انرژی پاک هستند، اعتبارات انرژی تجدیدپذیر (RECs)[21]است که نشان دهنده مقدار معینی از انرژی پاک است و معمولاً برای متعادل کردن انرژی کثیفی بکار می رود که یک شرکت استفاده کرده است.

روش REC نشان دهنده تولید معادل انرژی پاک در جهان (برای هر مقدار انرژی کثیف تولید شده) هستند. این مقادیر دوباره به بازار انرژی های تجدیدپذیر فروخته می شود.

مدل REC چالش‌هایی نیز دارد. اول اینکه، REC ها فقط انرژی کثیف را خنثی یا جبران می کنند و این به این معنی نیست که یک مرکز داده با انرژی پاک تغذیه می شود. روش REC معمولاً برای شرکت‌های کوچک‌تر که همیشه سرمایه لازم را برای ریسک کردن روی نوسانات مزرعه خورشیدی یا بادی را ندارند، گزینه راحتتری خوهد بود زیرا این راهی ساده‌تر از یافتن منابع قابل دسترس و مقرون به صرفه است.

در آینده، با کمک فناوری همکاری نزدیکتر بین تولیدکنندگان کوچک و خریداران آسان‌تر خواهد شد. با ظهور مدل‌های نوین بازار و پرتفوی انرژی‌های تجدیدپذیر (مانند آن‌هایی که توسط صندوق‌های سرمایه‌گذاری مشترک ایجاد می‌شوند) نوسانات انرژی‌های تجدیدپذیر ارزیابی و کیفیت آنها تعیین خواهد شد.

ذخیره سازی

درایوهای حالت جامد

درایوهای حالت جامد [22]SSD ، نوعی از دستگاه ذخیره‌سازی انبوه هستند که از خواندن و نوشتن داده‌ها پشتیبانی می کند. این دستگاه‌ها می‌توانند داده‌ها را بدون برق ذخیره کنند که به عنوان ذخیره‌سازی دائمی[23]شناخته می‌شود. این درایوها با فرم‌های موقت ذخیره‌سازی داده‌ها، مانند حافظه با دسترسی تصادفی RAM[24]، که فقط اطلاعات را در حین کارکرد دستگاه ذخیره می‌کند، متفاوت است.

درایوهای SSD، رقیب هارد دیسک HDD شکل دیگری از دستگاه ذخیره سازی انبوه است. تفاوت اصلی بین SSD و HDD این است که SSD ها بدون قطعات متحرک کار می کنند به همین دلیل پاسخگوتر، بادوام تر و سبک تر می باشند. با این حال، SSD ها گران تر از HDD های سنتی هستند

درایوهای SSD ها برای لپ تاپ ها، تلفن های هوشمند و سایر دستگاه های با پروفایل های اسلیم استاندارد شده اند و به دلیل قیمت بالا در مراکز داده بزرگ کاربرد کمی داشته و بنابراین کمتر رایج هستند.

طبق IDC، تا پایان سال 2025، بیش از 80 درصد از ظرفیت ذخیره‌سازی داده‌های سازمانی به عنوان HDD باقی خواهد ماند. اما پس از سال 2025، SSD ها ممکن است به سخت افزار ذخیره سازی انتخابی برای شرکت ها و مراکز داده آنها تبدیل شوند.

با گسترش SSDها در لوازم الکترونیکی مصرفی و دستگاه های IoT، تقاضای بیشتر می تواند باعث عرضه بیشتر و در نهایت کاهش هزینه ها شود.

انبار سرد[26]

برخلاف SSDهای جدیدتر، ذخیره سازی سرد از بسیاری از فناوری های قدیمی مانند CD-R و نوارهای مغناطیسی برای ذخیره داده ها با کمترین انرژی ممکن استفاده می کند.

با ذخیره سازی سرد، دسترسی به داده ها بسیار بیشتر از ذخیره سازی داغ (مانند SSD) به طول می انجامد. فقط داده هایی که به ندرت استفاده می شوند باید در این نوع سیستم ها ذخیره شوند.

با این حال، بزرگ‌ترین شرکت‌های فناوری جهان، مانند فیس‌بوک، گوگل و آمازون، همگی از ذخیره‌سازی سرد برای ذخیره‌سازی دقیق‌ترین نقاط داده کاربر استفاده می‌کنند. ارائه دهندگان ابری مانند آمازون، مایکروسافت و گوگل نیز این خدمات را به مشتریانی که مایل به ذخیره داده ها با هزینه کم هستند، ارائه می دهند.

بر اساس ابزار CB Insights Market Sizing، انتظار می‌رود که بازار ذخیره‌سازی سرد تا سال ۲۰۲۵ به ۲۱۳ میلیارد دلار برسد.

اکثر سازمان‌ها استدلال می‌کنند که بهتر است امروز تا آنجا که ممکن است داده جمع‌آوری شود، حتی اگر هنوز تعیین نکرده باشند که فردا چگونه از آن استفاده می‌شود.

به این نوع داده های استفاده نشده، داده های تاریک[27]گفته می شود. اینها داده‌هایی هستند که جمع‌آوری، پردازش و ذخیره می‌شوند، اما معمولاً برای هدف خاصی استفاده نمی‌شوند. طبق برآوردهای IBM، تقریباً 90 درصد از داده های حسگرهای جمع آوری شده از دستگاه های اینترنت اشیا هرگز استفاده نمی شود.

در آینده ممکن است راه های بهتری برای کاهش مقدار کلی داده های تاریک جمع آوری و ذخیره شده وجود داشته باشد. اما در حال حاضر، حتی با پیشرفت‌هایی در زمینه هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی، کسب‌وکارها همچنان انگیزه دارند تا حداکثر داده‌ها را جمع‌آوری و ذخیره کنند تا از فرصت‌های مبتنی بر داده‌های آینده سرمایه‌گذاری کنند.

بنابراین فعلا تا آن زمان که قابل پیش بینی باشد، بهترین راه برای ذخیره این اطلاعات باید کم هزینه ترین آنها باشد. کسب و کارها می توانند این کار را با ذخیره سازی سرد انجام دهند.

اشکال دیگر ذخیره سازی داده ها

علاوه بر SSD ها، HDD ها، CD ها و نوارهای مغناطیسی، تعدادی فناوری ذخیره سازی در حال ظهور هستند که وعده ظرفیت ذخیره سازی بیشتر در هر واحد را می دهد.

یکی از فناوری‌هایی که وعده جالب توجهی داشته است، ضبط مغناطیسی به کمک گرما یا [28]HAMR است. HAMR با گرم کردن سطح دیسک با لیزر با دقت بالا در حین نوشتن، مقدار داده‌هایی را که می‌توان روی دستگاه‌هایی مانند HDD ذخیره کرد، بسیار افزایش می‌دهد. این امکان نوشتن داده های دقیق تر و پایدارتر را فراهم می کند که ظرفیت ذخیره سازی را افزایش می دهد.

انتظار می رود این فناوری تا سال 2020 تا 20 ترابایت حافظه HDD روی یک درایو 3.5 اینچی تولید کند و پس از آن هر سال 30 تا 40 درصد ظرفیت را افزایش دهد. Seagate قبلاً یک درایو 3.5 اینچی 16 ترابایتی ایجاد کرده است که در دسامبر 2018 اعلام کرد.

شرکت Seagate ده سال درگیر ثبت اختراع این فناوری HAMR بوده است. در سال 2017، این شرکت برای ثبت تعداد ثبت اختراعات مربوط به این فناوری رکورد زد.

هزینه های این فناوری در مقایسه با HDD های استاندارد ارائه شده امروزی بسیار مناسب است. دلیل آن این است که نوآوری اصلی فقط لیزر مورد استفاده برای گرم کردن سطح دیسک مغناطیسی است و سایر فناوری های آن بدون تغییر باقی می مانند.

شرکت های ذخیره سازی مانند Western Digital در حال توسعه فناوری های مشابه هستند. با این حال، این شرکت از ضبط مغناطیسی به کمک مایکروویو (MAMR)[29] استفاده می کند که به جای استفاده از امواج مایکروویو از لیزر بکار می رود.

انتظار آن می رود که ظرفیت ذخیره سازی هارد دیسک ها به لطف فناوری های ضبط با کمک گرما به طور قابل توجهی بیشتر شود.

تعدادی دیگر از مفاهیم نوظهور ذخیره سازی داده وجود دارد که بسیار امیدوار کننده هستند. یکی از آنها ذخیره سازی در حالت مایع[30]است که داده ها را در مایعی به نام دی اکسید وانادیم ذخیره می کند. طبق برآوردها، تقریباً 1 ترابایت داده را می توان در یک قاشق غذاخوری مایع ذخیره کرد.

Ref.: https://www.cbinsights.com/research/future-of-data-centers/#structures

[1] Colocation

[2] post-Brexit

[3] in-home routers

[4] underground fiber system

[5] Amazon Web Services

[6] EDGE

[7] mega

[8] mobile network operators

[9] cache

[10] cell towers

[11] Content Providers

[12] hyper-local

[13] Huawei

[14] oceanic data

[15] Water-Based Data Center

[16] Energy & efficiency

[17] AI recommendation system

[18] submerge

[19] microgridding

[20] fuel cells

[21] renewable energy credits

[22] Solid State Drives

[23] persistent storage

[24] Random Access Memory

[25] Hard Drive Disk

[26] COLD STORAGE

[27] dark data

[28] heat-assisted magnetic recording

[29] microwave-assisted magnetic recording

[30] Liquid-State Storage