云数据中心用水量的削减方法

2024/12/02

如何减少云数据中心的用水量

   提及大型数据中心,人们往往不会率先联想到水,然而水却是数据中心正常运转的根基所在。


  水主要应用于冷却系统,以此保障服务器不会因过热而出现故障,全球的数据中心每日都有海量的水处于循环状态。鉴于对云服务的需求持续猛涨,各大云服务提供商正大力构建更多设施以满足需求。在全球水资源短缺的严峻形势下,行业实现水资源的可持续利用显得极为关键。为此,主要的云服务提供商(CSP)纷纷采用创新的节水技术与举措。


数据中心究竟是怎样利用水的?水又为何如此关键呢?


   在探讨数据中心用水所产生的影响前,我们有必要知晓其大量用水背后的缘由。数据中心的平均面积可达 100,000 平方英尺,众多数据中心容纳着数千台服务器。这些服务器执行各项任务时均需消耗能量,而能量会转化为热量。由于安装了众多机器,热量会不断积聚,故而必须采取强有力的冷却措施,防止设备与服务遭受损害。


   数据中心的冷却方式主要依赖水基系统,大量的水在其中吸收并驱散服务器散发的热量。下面简要阐述其工作原理:水冷器促使水在数据中心内部循环,吸收设备产生的热量。随后,受热的水被输送至冷却塔,热量在此得以消散。冷却后的水又被重新循环回数据中心,如此循环往复。不过这种方式存在弊端,大部分水在循环过程中无法留存。在此过程中,80% 的水会蒸发,剩余的盐和矿物质会溶解于剩余的水中。随着更多水的蒸发,剩余的水会逐渐浓缩,这可能会对系统造成损害,意味着每隔若干轮就需要更新水。


   平均而言,在一千瓦时(kWh)的冷却过程中,会蒸发一到九升水,这等同于为一台功率为 1,000 瓦的机器供电一小时所需的能量。这一较大的范围源于各数据中心效率水平的差异,并且天气状况也可能影响该过程的有效性。这里所涉及的水量极为庞大,每月可达数千万升。依据谷歌 2023 年的环境报告,其数据中心在 2023 年消耗了 52 亿加仑的水,平均每个数据中心每天消耗约 50 万加仑水,这些数据着实令人震惊。


影响方面:


  数据中心的大量用水并非毫无代价,它对全球环境与经济均造成了损害。这些负面后果在水资源匮乏的地区尤为突出,当地居民担忧自身的基本资源被大型企业占用,从而影响本地需求。


    北美和拉丁美洲等地区面临困境,在遭受当地水资源短缺危机的同时,又不幸成为数据中心布局的战略要地,每日消耗数百万加仑的水。这些水量相当于小型城镇的用水量,使得这些社区本就艰难的处境愈发严峻。谷歌计划通过净化废水以及助力自然生态系统的恢复来补充 120% 的用水量。然而,根据其 2023 年的报告,目前仅补充了 6%。


数据中心冷却的可持续实践与未来趋向:


   随着数据中心对环境的影响日益加剧,谷歌、亚马逊以及微软纷纷采用并尝试创新方法以最大程度减少用水量。例如,谷歌借助机器学习开发预测性冷却系统,以便依据实时需求动态调整;亚马逊探索先进的蒸发冷却与模块化数据中心设计,旨在优化气流并降低冷却需求。与此同时,微软研究海水与地热能等天然冷却资源,并通过其 Natick 项目试验水下数据中心(尽管该项目已停止)。


  这些举措标志着向可持续数据中心运营的重大转变,其目的不仅在于缓解问题,更在于彻底解决问题。例如,谷歌和微软正努力在 2030 年前达成水资源节约目标,彰显出它们扭转用水消耗趋势的决心。


云行业如何达成节水目标呢?


   为使云行业实现这些可持续发展目标,必须采用更具可持续性的做法。


   收集用水数据或许是最为关键的步骤。当前,仅有半数的数据中心对其用水情况予以追踪。优化资源是 Zesty 的工作内容,尽管方式各异,但我们深知了解资源使用状况对于实现减少浪费的目标至关重要。若不清楚使用率高的环节,便几乎无法知晓原因以及如何缓解。


   更新老旧系统同样不可或缺。通过升级过时的冷却技术,数据中心能够借助现代且更高效的技术大幅降低水与能源的消耗。我们还需探寻冷却数据中心的新途径以及利用其他水资源进行冷却的方法,例如中水与雨水收集。同时,必须更加谨慎地考量数据中心的部署位置。


   在气候较为寒冷的地区建设数据中心属于一种战略布局,借助自然冷空气辅助冷却,从而削减对机械冷却系统的依赖。这种地理战略不但能提升运营的可持续性,还可减少能源与水的使用。


塑造云的可持续未来:


   云数据中心的高耗水量给云行业带来了重大挑战,并且对环境、经济与社会产生了影响。谷歌、亚马逊和微软等科技巨头的开创性努力表明了它们通过创新冷却技术降低影响的决心。然而,目标仍有距离,需要持续创新以及支持性政策来推动全行业的可持续实践。通过将行业领导者的努力与切实可行的可持续发展计划相结合,我们能够确保数字基础设施的可持续性以及技术生态系统的未来发展更具责任感。


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