Как уменьшить углеродный след от цифрового контента и вести экологичную политику хранения данных

ЦОДы потребляют значительные объемы электроэнергии для питания серверов и поддержания систем охлаждения. По данным исследований на глобальном уровне ЦОДы уже расходуют около 1-1,5% всего потребляемого человечеством электричества. Это существенная цифра, которую человечество платит за эру цифровизации. И если для выработки энергии используются ископаемые ресурсы, то это ведет к экологическим проблемам.

Аппаратное обеспечение ЦОДов имеет ограниченный срок службы, и его утилизация часто сопряжена с экологическими рисками из-за содержания токсичных материалов (ртуть, свинец, кислотно-щелочные аккумуляторы и т. д.), которые способны причинить вред окружающей среде и здоровью людей.

Андрей Ардашев

ИТ-архитектор линии внедрения Directum.

Уже сейчас компании могут предпринять ряд действий, чтобы уменьшить углеродный след и в целом вести политику осознанного потребления. Это должно быть на уровне корпоративной культуры и воли на уровне руководства.

Какие инновационные технологии для снижения углеродного следа можно назвать наиболее перспективными?

Наиболее востребованными и перспективными считаю:

1. Энергоэффективное оборудование. Переход на серверы с низким энергопотреблением, использование твердотельных накопителей (SSD) вместо традиционных HDD.
2. Передовые системы охлаждения. Внедрение жидкостного и иммерсионного охлаждения, использование естественного климатического охлаждения в холодных регионах.
3. Искусственный интеллект для оптимизации использования вычислительных мощностей. Применение алгоритмов ИИ для оптимизации работы ЦОДов, уменьшения избыточного энергопотребления и прогнозирования нагрузки, к примеру автоматическое снижение процента выделяемых потоков процессора для не критичных виртуальных машин на гипервизорах.
4. Модульные и распределенные архитектуры. Переход к периферийным вычислениям (edge computing), где данные обрабатываются ближе к источнику, снижает нагрузку на центральные ЦОДы. Это подходит для таких приложений, как распознавание лиц в системах безопасности, игровые серверы (в том числе виртуальной реальности), аудио- и видеохостинги (собственно, все стриминговые платформы) и социальные сети и пр.

Как интегрировать экологически чистых решений в текущую инфраструктуру?

Рекомендую следующие шаги:

1. Проведение «энергоаудита». Для начала нужна плановая оценка текущего энергопотребления и выявление области для улучшения.
2. Модернизация оборудования. Обновить устаревшие серверы и системы хранения на более энергоэффективные модели.
3. Повсеместное внедрение виртуализации. Сократить количество физических серверов путем консолидации рабочих нагрузок в гипервизоре.
4. Использование облачных сервисов. Переход на облачные платформы, которые уже оптимизировали свою инфраструктуру для снижения углеродного следа.
5. Уменьшение утилизации. Использование б/у оборудования с возможностью его модернизации, чтобы минимизировать утилизацию.
6. Обучение персонала. Развивать культуру энергоэффективности среди сотрудников, поощрять практики экономного использования ресурсов.

Есть ли отечественные разработки в области технологий устойчивого хранения данных?

Отечественные компании в целом радуют, есть движение в этом направлении. Успехи и в целом действия показывают, что бизнес в России не рассматривает природу утилитарно, а осознает ценность природных ресурсов. В целом движение есть по разным направлениям.

Наиболее значимыми отмечу:

• Энергоэффективные дата-центры. «Ростелеком» и «Яндекс» строят энергоэффективные дата-центры, оборудованные современными системами охлаждения и энергоменеджмента. Например, дата-центр «Яндекса» во Владимире использует свободное охлаждение, где естественная температура воздуха помогает поддерживать нужный уровень температуры в серверных помещениях.
  
  Российские компании также применяют энергоэффективные системы охлаждения с использованием воды и замкнутых воздушных систем, которые позволяют экономить значительные ресурсы, а также минимизировать вредное влияние на окружающую среду.
• Собственные облачные решения. VK Cloud Solutions, SberCloud, «Яндекс.Облако» и Selectel предлагают облачные сервисы, которые позволяют компаниям сократить физическое потребление серверов и использовать облачные ресурсы более оптимально. Эти сервисы работают на крупных дата-центрах, где реализованы принципы устойчивого хранения данных и оптимизированное распределение нагрузки.
  
  Сбер применяет в своих облачных решениях методологии, позволяющие отслеживать углеродный след и энергоэффективность использования дата-центров, а также разрабатывает экологически устойчивые технологии для центров обработки данных.
• Использование отечественных энергоэффективных процессоров. Российские разработчики, такие как «Байкал Электроникс» и MCST (МЦСТ), работают над созданием отечественных энергоэффективных процессоров (например, «Байкал» и «Эльбрус»). Эти процессоры разработаны с учетом минимального потребления энергии и используются в оборудовании, которое может поддерживать высокую производительность при сниженных затратах энергии.
  
  Компании также тестируют эти решения в серверах и системах хранения данных, которые размещаются в дата-центрах и способны работать в энергоэффективном режиме.
• Программные решения для оптимизации хранения данных. И тут тоже есть чем похвастаться. RADIX и «Аэродиск» предлагают системы хранения данных, которые поддерживают автоматическую оптимизацию и распределение данных, что позволяет снизить затраты на хранение и повысить долговечность оборудования.
  
  Также есть интересный проект от ДОМ.РФ и YADRO по реализации объектного хранилища данных — это крупнейшее по объемам хранилище объектных данных в финансовом секторе, построенное исключительно на российском оборудовании. Хранилище распределено по трём дата-центрам, что обеспечивает непрерывность доступа и сохранность информации при выходе из строя дисков, серверов или одного из сегментов центра обработки данных.
• Исследования в области долговременного хранения данных. Российские институты, такие как Физико-технический институт им. Иоффе и Институт систем информатики СО РАН, исследуют методы долговременного хранения данных на новых носителях. Одним из направлений являются исследования в области долговременного хранения на кварцевых носителях, которые могут хранить данные сотни лет и требуют минимальных энергозатрат, так называемый «вечный диск».
• Возобновляемые источники энергии для дата-центров. Растет использования возобновляемой энергии: как пишут Ведомости, в России неплохими темпами развивается зеленая энергетика, стоит ожидать увеличение доли ЦОДов, работающих на таких источниках энергии.
  
  Однако без серьёзной финансовой поддержки ни один дата-центр не сможет использовать в качестве основного источника солнце или ветер.
• Эко-инициативы и стандарты. Российские компании начинают внедрять эко-инициативы, направленные на сокращение углеродного следа, переработку и утилизацию оборудования. Наиболее крупные дата-центры страны начинают соответствовать международным стандартам экологичности, например ISO 14001 (система экологического менеджмента) и ISO 50001 (управление энергией).

Какие тенденции развития устойчивых технологий хранения данных в России видны на ближайшие 5-10 лет?

С одной стороны есть определенные ожидания в этом направлении, и я бы не рассматривал Россию отдельно. Все-таки эра цифровизации наступила для всего человечества. Но в России некоторые тренды могут быть замедленными, если экономика не будет способствовать поступательному развитию, а будет требовать неких сверхмер и быстрой отдачи. Забота об устойчивом развитии может быть целью, только если есть уверенность на перспективу в длительном периоде.

Государства и международные организации разрабатывают законы и регуляции для стимулирования компаний к переходу на экологически чистые технологии. Например, к 2030 году ЕС планирует значительно сократить углеродный след от дата-центров, и эти стандарты могут повлиять на мировую индустрию.

В России также ожидается развитие законодательных инициатив, направленных на поддержание энергоэффективных и устойчивых технологий хранения данных.

Самое очевидная тенденция — это переход к возобновляемым источникам энергии, это общий тренд, не только для сферы хранения. Если обратиться к трендам, которые ближе к цифровизации и непосредственно хранению, я бы выделил девять:

1. Рост гиперлокальных дата-центров (edge computing).
2. Новые типы энергоэффективного оборудования.
3. Хранение данных на долговременных носителях.
4. Использование ИИ и МО для оптимизации потребления энергии.
5. Эко-дизайн оборудования и технологий охлаждения.
6. Технологии для сокращения углеродного следа и утилизации тепла, выделяемого ЦОДами.
7. Рост рынка облачных решений с учетом устойчивости.
8. Развитие распределённых систем хранения на основе блокчейна и Web3.

Рассмотрим эти тренды подробнее.

1. Рост гиперлокальных дата-центров (edge computing). Число таких дата-центров будет расти, особенно в регионах с неравномерно распределенным населением.
   
   Edge computing — распределенные сети дата-центров, расположенные ближе к пользователям, что позволяет сократить задержки при передаче данных. Это снижает нагрузку на центральные дата-центры, оптимизирует энергопотребление и повышает общую устойчивость инфраструктуры.
2. Новые типы энергоэффективного оборудования. Разработка процессоров и других компонентов с ультранизким энергопотреблением продолжит развиваться. Есть вероятность более активного использования ARM-процессоров или более эффективных графических процессоров вместо классической х86-архитектуры, которые смогут более эффективно работать при минимальном энергопотреблении и высокой плотности размещения данных.
   
   SSD и новые типы памяти, такие как 3D NAND и QLC (четырехуровневые ячейки), станут более доступными и энергоэффективными, заменяя традиционные HDD в устойчивых дата-центрах.
3. Хранение данных на долговременных носителях. Долговечные носители, такие как оптические диски на основе кварца и ДНК-хранение, могут заменить магнитные лент для архивного хранения. Эти технологии позволяют хранить данные в течение столетий с минимальными энергозатратами. Зависит от промышленности, насколько удастся вывести цену в приемлемые рамки.
4. Использование AI и ML для оптимизации потребления энергии. Искусственный интеллект и машинное обучение могут применяться для автоматического контроля и регулировки энергопотребления в реальном времени, что позволит оптимизировать охлаждение и распределение нагрузки.
   
   Эти алгоритмы помогут предсказать потребности в ресурсах и оптимизировать их использование, что снизит затраты и улучшит экологическую устойчивость.
5. Эко-дизайн оборудования и технологий охлаждения. Дата-центры смогут чаще использовать жидкостное охлаждение и иммерсионное охлаждение (погружение серверов в специальную охлаждающую жидкость) для снижения температурного режима серверов, что позволит сократить расходы на электроэнергию.
   
   В холодных регионах продолжит развиваться технология естественного охлаждения, при которой холодный наружный воздух используется для охлаждения серверов, минимизируя потребность в кондиционировании.
6. Технологии для сокращения углеродного следа. Многие компании стремятся к углеродной нейтральности, и дата-центры играют в этом ключевую роль. Станут популярными решения по утилизации тепла, выделяемого серверами, для обогрева офисов и других зданий.
   
   Усилится интерес к проектам с нулевым потреблением воды для охлаждения, что позволит снизить не только энергопотребление, но и использование водных ресурсов.
7. Рост рынка облачных решений с учетом устойчивости. Крупные облачные провайдеры будут создавать дата-центры и инфраструктуру, сертифицированные по стандартам устойчивости, таким как LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) и ISO 14001.
   
   Компании начнут уделять больше внимания экологическим аспектам своих ИТ-решений, и устойчивые облачные платформы будут более востребованы среди корпоративных клиентов, стремящихся снизить углеродный след.
8. Развитие распределённых систем хранения на основе блокчейна и Web3. Децентрализованные сети хранения на базе блокчейна, такие как Filecoin и Storj, позволяют создавать распределенные системы хранения данных с меньшим потреблением ресурсов, так как данные распределяются между участниками сети.
   
   Web3-решения могут снизить зависимость от крупных централизованных дата-центров, что может повысить экологическую устойчивость отрасли.