Datacenters en energie - Waar zit het probleem, waar de oplossing?

In 2019 voorspelde marktonderzoeker Gartner dat tegen 2025 85% van de grote ondernemingen hun traditionele datacenters zouden sluiten. Zo’n vaart lijkt het wel niet te lopen maar toch wordt er ernstig over nagedacht: energie- en waterverbruik, nieuwe koeltechnieken, uptime en back-up, allemaal factoren die meespelen in de afweging tussen intern en extern computergebruik. (Frans Godden)

Datacenters zijn een oud fenomeen, de wieg stond ergens in de jaren ’40 van de vorige eeuw toen het Amerikaanse leger de ENIAC bouwde, de eerste elektronische computer die tijdens WOII vooral gebruikt werd voor artillerieberekeningen en de ontwikkeling van de eerste atoombom. Via mainframes, microcomputers en servers zijn we dan uiteindelijk beland in de datacenters van vandaag die zowel on-premise (binnen de bedrijfsmuren) als in de cloud draaien en die uitgegroeid zijn tot een cruciaal element van onze moderne samenleving.

De verschuiving van intern naar extern heeft voor een deel te maken met het energieverbruik. Volgens denktank Energy Innovation nemen servers en koeling in een datacenter bijna 86% van het elektriciteitsverbruik voor hun rekening, gevolgd door opslag (11%) en netwerk (3%). Het is ironisch te zien dat ICT vaak naar voren geschoven wordt als een middel om energie te besparen terwijl het de voorbije decennia zelf meer elektriciteit is gaan verbruiken. Waarom? Wel, je moet datacenters zien als het hart van het internet – ze verwerken, bewaren en communiceren al de gegevens van de diensten die wij dagelijks gebruiken, van sociale media tot wetenschappelijke berekeningen. En dat met behulp van een waaier van toestellen die allemaal energie verbruiken – servers, harde schijven, netwerkapparaten, enz. Elk van die toestellen wordt ook warm en dus moet een datacenter ook voor afkoeling zorgen – wat dan op zijn beurt weer energie kost.

Virtualiseren

Veel bedrijven hebben intussen wel de stap gezet naar virtuele servers: in plaats van een massa fysieke servers die allemaal ruimte en stroom nodig hebben, hebben ze virtuele servers in gebruik genomen die werken zoals fysieke servers maar in feite via virtualisatiesoftware samen op één fysieke server zijn ondergebracht – en op die manier de energiekosten sterk kunnen drukken. Ook in opslagsystemen kan nog grote winst geboekt worden, niet zelden worden in datacenters 20 of meer kopieën van dezelfde data bewaard.

Toch zien we al geruime tijd een andere tendens: bedrijven doen hun eigen servers weg en huren ruimte op cloudservers, vaak goedkoper en ook gemakkelijker omdat het beheer uitbesteed wordt naar specialisten in die colocatiecenters voor meerdere gebruikers. De schaalvoordelen van dergelijke grote datacenters maken dat ze ook energiezuiniger kunnen zijn, vooral in het geval van hyperscale datacenters. Die laatste zijn door hun omvang niet overal welkom. Vorig jaar nog moest Meta, het moederbedrijf boven Facebook, afzien van plannen om in het Nederlandse Zeewolde zo’n megadatacenter te bouwen nadat de plaatselijke bevolking bezwaar had ingediend omwille van de stroomverslindende activiteiten van het project.

Onderdompelen

Eén van de grootste problemen voor de grotere datacenters is koeling, vooral nu door de opwarming van de aarde de temperaturen alsmaar hoger oplopen. In toenemende mate blijkt nu dat koelen met lucht (airconditioning) of water niet langer volstaat – en ook op zich alweer veel energie vereist. En dus wordt steeds vaker een beroep gedaan op liquid cooling en dan vooral liquid immersion cooling. Daarbij wordt een server volledig ondergedompeld in een bad met een speciale niet-geleidende thermische vloeistof die in staat is tot 1.500 keer meer hitte te absorberen dan lucht, zonder dat hier nog koelwater of bewegende delen zoals een ventilator bij komen kijken.

Ook een andere grote energieverslinder in datacenters lijkt stilaan op weg naar de uitgang, nl. de dieselgenerator. Zodra de stroomvoorziening in een datacenter uitvalt, komt een dieselgenerator in actie om de onderbreking op te vangen en stroom te leveren zodat al het computermateriaal kan blijven draaien. Maar hij heeft nogal wat nadelen: hij produceert uitlaatgassen, maakt veel lawaai, verbruikt flink wat brandstof en is vrij omvangrijk. Er wordt dan ook steeds vaker geprobeerd om de generatoren te vervangen door batterijen, in de nabije toekomst vooral waterstofcellen.

Betere servers

Uiteraard zorgen nieuwe technologische ontwikkelingen ook voor efficiënter materiaal, in casu servers en netwerkapparatuur. Onderzoek van het Uptime Institute heeft uitgewezen dat 40% van de geïnstalleerde servers in datacenters meer dan 5 jaar oud zijn en 66% van de energie verbruiken terwijl ze maar 7% van het werk doen. EPA, het Environmental Protection Agency in de VS, kent sedert 1992 het Energy Star-label toe aan apparatuur die efficiënt met energie omspringt. Steeds meer bedrijven laten zich door die standaard leiden bij het aankopen van computermateriaal.

Steeds meer datacenters gaan ook de weg op van hernieuwbare energie. Vooral cloudleveranciers pakken graag uit met wind- en zonne-energie, eigen of via contracten met externe providers. Eind 2020 wijdde de Europese Commissie zelfs een rapport aan dat energiethema, ‘Energy-efficient Cloud Computing Technologies and Policies for an Eco-friendly Cloud Market’. Daarin pleitte ze onder meer voor efficiëntere koelsystemen, het hergebruiken van warmte voor bijvoorbeeld het verwarmen van woonwijken, het inzetten van virtualisatiesoftware voor een beter gebruik van servers, het gebruik van hernieuwbare energie en het bouwen van datacenters in regio’s met een kouder klimaat.

Wat met het Internet of Things ?

Als we IoT-toepassingen in de energiesector bekijken, dan is het duidelijk dat sensoren het belangrijkste element vormen. Ze kunnen immers geïntegreerd worden in elke fase van energieproductie, -distributie en -consumptie om cruciale data in real time te monitoren en te optimaliseren. Het gaat daarbij zowel om sensoren voor temperatuur als voor vochtigheid, licht, of beweging. IoT-technologie kan ook ingezet worden voor het real-time bewaken van het energieverbruik zodat op die manier de productie perfect op de distributie afgestemd kan worden. Dit wordt nu al op grote schaal toegepast in smart cities waar IoT-apparaten informatie van sensoren en meters verzamelen, analyseren en die gegevens gebruiken om de infrastructuur en diensten te verbeteren. Niet alleen voor energievoorziening maar ook voor transport, afvalverwerking, lucht- en waterkwaliteit, enz. Marktonderzoeker Statista verwacht dat de investeringen in smart city infrastructuur tegen 2025 tot meer dan 100 miljard dollar zullen oplopen.

En dan is er nog de energie die IoT-apparaten zelf verbruiken. Vaak werken zij met batterijen omdat ze op plaatsen zitten waar geen aansluiting aan het stroomnet mogelijk is, gedurende maanden of soms jaren. Als de batterij bijna leeg is, geven zij een signaal dat ze vervangen moet worden. Sommige van die toestellen die in smart buildings en cities toegepast worden, verbruiken vandaag echter nog veel te veel energie en de industrie is dan ook volop aan het zoeken naar manieren om dat verbruik te verkleinen. Onder meer door sensoren niet constant te voeden als dat niet nodig is, maar slechts af en toe in te schakelen, bijvoorbeeld bij het meten van de kamertemperatuur.

Daar zijn de zombies

Neen, dit is geen grap: in haast elk datacenter staan er hopen zombies. Een zombie of comateuze server is een server die nog wel draaiende is in een datacenter maar in feite geen enkele functie meer heeft en dus louter energie verbruikt en warmte opwekt.

En het is geen nieuw fenomeen, onderzoek van de Anthesis Group en Stanford Research bracht al in 2015 aan het licht dat zowat 30% van alle fysieke servers comateus waren. Een dure grap wel want ze slorpen niet alleen energie op, maar ze geven zoals gezegd ook warmte af, hebben softwarelicenties die betaald moeten worden en brengen bovendien grote veiligheidsrisico’s mee omdat ze niet meer onderhouden en bijgewerkt worden. Soms worden de zombies in eerste instantie behouden als back-up, voor het geval dat, maar daarna worden ze meestal gewoon vergeten.

Volgens Hewlett Packard Enterprise staat in veel datacenters meer dan 20% van het materiaal te niksen en zou het dus net zo goed uitgeschakeld kunnen worden om energie, koeling en ruimte te besparen. Data Center Infrastructure Management (DCIM) software die alle servers in kaart kan brengen en zombies kan opsporen en uitschakelen, is dan ook geen overbodige luxe.

Dit artikel is verschenen in Top ICT, die beschikbaar is in pdf.