Microsoft, Veri Merkezi Soğutmasının Çevresel Etkilerini "Beşikten Mezara" Ölçüyor
Microsoft, Nature dergisinde yayınlanan yeni bir çalışmada veri merkezi soğutmasının çevresel etkilerini "beşikten mezara" ölçüyor. Microsoft araştırmacıları, Nature dergisinde, veri merkezlerinin tüm ömrü boyunca dört veri merkezi soğutma tekniği tarafından ne kadar enerji ve su tüketildiğini ve sera gazı emisyonlarının ne kadar üretildiğini ilk kez ölçen bir makale yayınladı.
Bu yaşam döngüsü değerlendirmesi, veri merkezi operasyonları sırasında hangi kaynakların tüketildiğini değerlendirmekten daha fazlasını ele alıyor; ayrıca tüm sanal makineleri, çipleri, sunucuları, soğutmayı ve ham maddelerin çıkarılması, üretim bileşenlerinin, sürecin farklı noktalarındaki nakliyenin ve hatta nihai bertarafın da dahil olduğu diğer destek ekipmanlarını üretmek için gerekenleri de araştırıyor. Araştırmacılar, şirketlerin daha az karbon, enerji ve su kullanacak şekilde veri merkezleri tasarlamalarına yardımcı olabileceğini söylüyor.
Microsoft'ta Bulut Operasyonları ve İnovasyon bölümünde Sistem Teknolojisi Direktörü ve yaşam döngüsü değerlendirme çalışmasının lideri olan Husam Alissa, "Birçok kişi, bir veri merkezinin inşa edildikten sonraki çevresel etkisini anlamak için, yaşam döngüsü değerlendirmelerini sonradan yapıyor. Gelecekteki tasarım kararlarını almaya çalışırken, genellikle toplam sahip olma maliyetine, performansa, sürdürülebilirliğe ve diğer faktörlere bakarız. Bu makalede, mühendislik kararlarına erkenden rehberlik etmek için yaşam döngüsü değerlendirme araçlarının kullanılmasını ve ayrıca benimsenmesini kolaylaştırmak için aracın sektörle paylaşılmasını savunuyoruz" dedi.
Microsoft, veri merkezlerinin karbon, su ve enerji etkilerini hesaba katan yaşam döngüsü değerlendirmelerinden elde edilen bulguları yeni veri merkezi tasarımlarını ve bulut operasyonlarını bilgilendirmek ve daha geniş sürdürülebilirlik hedeflerine ulaşmaya yardımcı olmak için kullanmayı planlıyor.
Örneğin, çalışma, hava soğutmadan veri merkezi çiplerini daha doğrudan soğutan soğuk plakalara geçmenin (Microsoft'un veri merkezlerinde uyguladığı daha yeni bir teknoloji) sera gazı emisyonlarını ve enerji talebini veri merkezlerinin tüm yaşam süreleri boyunca yaklaşık %15, su tüketimini ise %30 ila %50 oranında azaltabileceğini buldu. Bu sadece soğutma için kullanılan su değil, aynı zamanda güç üretimi ve bileşen imalatında da kullanılan sudur.
Bu sonuçlar tasarım kriterlerine duyarlıdır ve kullanılan varsayımlara göre değişebilir.
Bu düzeydeki ayrıntı nadirdir ve ortaya çıkarılması zordur; aslında ekibin analizi tamamlaması iki yıldan fazla sürdü.
Bu nedenle Microsoft, metodolojiyi açık bir araştırma platformu aracılığıyla sektördeki diğer kişilere de sunuyor. Araştırmacılar ayrıca, sektörün artan bilgi işlem altyapısı talebini desteklemek için donanım tasarımlarını ve en iyi uygulamaları paylaştığı Açık Hesaplama Projesi (OCP) Küresel Zirvesi'nde ön sonuçları sundular. Çalışma, Microsoft'un bulut sağlayıcıları için birleşik yaşam döngüsü değerlendirme yöntemleri ve araçları oluşturma yönündeki sürekli çabalarına dayanmaktadır.
Bu makale, yazılım, çipler, sunucular, binalar ve enerji şebekesini hesaba katarak bulut operasyonlarında soğutma için bir yaşam döngüsü değerlendirmesinin nasıl oluşturulacağını ayrıntılı olarak açıklayan ilk makaledir. Ayrıca, başkalarının çevresel yükün “elma ile elma” karşılaştırmalarını oluşturmasına yardımcı olmak için yeni bir yaklaşım da sunmaktadır. Açık araştırma platformu aracılığıyla, sektördeki herkes kendi operasyonlarının yaşam döngüsü değerlendirmesini yapmak için kendi verilerini ve senaryolarını ekleyebilecektir.
Alissa şöyle diyor; "Amacımız 'bu doğru teknoloji' demek değil. Hepsi olabilir. Bir teknolojiyi kullanmanızı sağlayan farklı koşullar vardır. Burada yapmaya çalıştığımız şey, sektöre 'İşte soğutmayı hesaba katan uçtan uca bir yaşam döngüsü değerlendirmesinin nasıl oluşturulacağı. İşte sizin özel ihtiyaçlarınıza göre özelleştirebileceğiniz ve ardından bir karar verebileceğiniz bir araç' demek."
Yayınlanan Nature araştırması, yapay zeka iş yüklerini idare etmek üzere tasarlanmış özel çipleri değil, genel hesaplama veya CPU'lar için soğutma çiplerini de kapsıyor. Ekip, yapay zeka çiplerinin yaşam döngüsü etkilerini incelemek için bir takip çalışması üzerinde çalışıyor ve gelişmiş soğutma yöntemleriyle benzer iyileştirmeler görmeyi bekliyor.
Elbette, veri merkezi operasyonları yerel enerji şebekeleri gibi dış faktörlere bağlıdır. Nature makalesi ayrıca, tipik bir enerji şebekesinden %100 yenilenebilir enerji kaynaklarına geçilerek ne kadar enerji, su ve sera gazı emisyonunun tasarruf edilebileceğini de belirleyerek, hangi soğutma teknolojilerinin kullanıldığına bakılmaksızın sera gazı emisyonlarının %85 ila %90 oranında azaltılabileceğini buldu.
Microsoft, enerji yükünü %100 yenilenebilir enerjiyle değiştirmeyi hedefliyor. Yerel şebeke üzerinden tamamen yenilenebilir enerjinin bulunmadığı yerlerde, başka yerlerde bulunan benzer miktarda yenilenebilir enerji satın alıyor.
Dört tip soğutma teknolojisi
Çalışma için ekip, dört soğutma teknolojisini incelemek için iki yıldan fazla zaman harcadı: Hava soğutma, soğuk plakalar, sunucular için tek fazlı daldırma ve iki fazlı daldırma.
Hava soğutma, veri merkezlerini soğutmak için standart bir yaklaşım olmuştur, ancak sektör son zamanlarda ısıyı havadan çok daha doğrudan ve verimli bir şekilde dağıtabilen sıvılara dayanan soğutma teknolojilerini keşfetmeye başlamıştır.
Soğuk plakalar, bir soğutma sıvısının bir döngü içinde sunucu rafındaki çiplerin hemen üstünde bulunan düz bir kaba pompalanması nedeniyle doğrudan çipi soğutma türüdür.
Tek fazlı daldırma, sunucuların bir devrede itilen soğutma sıvısı olan bir tankta çalıştırılmasını içerir. İki fazlı daldırmada, sunucu rafları düşük sıcaklıklarda kaynayan farklı bir sıvı ile dolu bir tanktadır, buhar yoğunlaşmak için yükselir, böylece soğutulur ve tanka geri döner.
Çalışma, soğuk plakaların ve iki daldırma soğutma teknolojisinin, hava soğutmaya kıyasla, veri merkezlerinde sera gazı emisyonlarını tüm yaşam döngüleri boyunca %15 ila %21, enerji talebini %15 ila %20 ve su tüketimini %31 ila %52 oranında azalttığını buldu.
Ekip, üç sıvı yönteminin karbon emisyonları, su ve enerji tüketiminde hava soğutmayı geride bırakmasını bekliyordu, ancak bu faydalar bu teknolojilerin tüm yaşam döngüsü boyunca ölçülmemişti.
İki fazlı daldırma, tüm alanlarda azaltma potansiyeline sahip, ancak şu anda Avrupa Birliği ve ABD'de düzenleyici inceleme altında olan sıvı polifloroalkil maddeler veya PFAS kullanıyor, bu da onları kirlilik azaltma hedefleriyle çeliştiriyor ve muhtemelen gelecekte kullanılamaz hale getiriyor. Microsoft, veri merkezi operasyonlarında daldırma soğutma teknolojilerini araştırdı, ancak şu anda kullanmıyor.
Microsoft, veri merkezlerine soğuk plakalar kurarken aynı zamanda diğer yeni nesil soğutma tekniklerini de araştırıyor. Örneğin Microsoft, en son GPU'larla desteklenen AI altyapı sunucularının yanı sıra ısı eşanjörü üniteleri veya "yardımcıları" kullanarak raf ölçeğinde soğuk plaka soğutma teknolojisini uygulamaya başladı.
Microsoft'ta Bulut Operasyonları ve İnovasyon için doğal sistemler ve sürdürülebilirlik direktörü ve Nature dergisindeki makalenin ortak yazarı Teresa Nick, "Soğuk plakaların iki daldırma soğutma yöntemi kadar iyi olabileceğini görmek ilginçti" dedi.
Doğru yöntemi seçmek karmaşıktır
Toplam sahip olma maliyeti, kullanılabilirlik, pazara sunma süresi ve hatta güvenilirlik gibi tasarım faktörlerinin hesaplanması çoğunlukla ölçülmesi ve karşılaştırılması kolaydır. Sürdürülebilirlik etkileri söz konusu olduğunda durum böyle değildir; bu etkileri tüm tedarik zinciri ve veri merkezi ekosistemi boyunca tanımlamak ve hesaplamak zor olabilir.
Hammaddelerin nasıl elde edildiği ve üretimde yer alan karbon, su ve enerji hakkında bilgi edinmek zor olabilir. Microsoft yazarları, hepsi katılmasa da tedarikçilere bu tür verileri açıklamaları için baskı yaptı, ardından onlar ve diğerleri gelecekte rakamları tahmin edebilsinler diye formüller ürettiler. Alissa, "Somutlaştırılmış emisyonların bilinmesi, kamuya açıklanması ve veri tabanlarında paylaşılması, yaşam döngüsü değerlendirme çabalarını hızlandırmaya yardımcı olabilir" diye ekledi.
Yaşam döngüsü değerlendirmesi, veri merkezinin yapısı ve işlevinin tüm yönlerini bilgilendirmek için de kullanılabilir, buna bir veri merkezini en verimli şekilde nasıl optimize edip çalıştıracağınız da dahildir. Bir teknoloji bir ölçütte daha iyi, diğeri farklı bir ölçütte daha iyi olabilir ve hiçbiri her alanda üstün performans göstermeyebilir.
Nick, "Özetle, dengeleri anlamaya çalışıyoruz, ne yaptığımızın bağlamını ve etkilerinin ne olduğunu anlamaya çalışıyoruz" dedi.
Veriler ve metodoloji hakkında daha fazla ayrıntı dahil olmak üzere daha fazla bilgi için Nature makalesini inceleyin.
