การถกเถียงเรื่องระบบทำความเย็นศูนย์ข้อมูลทวีความรุนแรง ชุมชนตั้งคำถามมาตรฐานอุณหภูมิและการอ้างสิทธิ์ประสิทธิภาพพลังงาน

ชุมชนเทคโนโลยีกำลังถกเถียงกันอย่างกระตือรือร้นเกี่ยวกับประสิทธิผลในโลกแห่งความเป็นจริงของกลยุทธ์การทำความเย็นศูนย์ข้อมูล และตั้งคำถามต่อข้อสมมติฐานที่ยึดถือมานานเกี่ยวกับการจัดการอุณหภูมิ การอภิปรายล่าสุดได้เน้นย้ำถึงช่องว่างที่สำคัญระหว่างการอ้างสิทธิ์ของอุตสาหกรรมกับตัวชี้วัดประสิทธิภาพที่เกิดขึ้นจริง ทำให้เกิดความกังวลเกี่ยวกับทั้งความแม่นยำทางเทคนิคและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

การเปรียบเทียบการใช้พลังงาน

• ตลาดศูนย์ข้อมูล Northern Virginia : กำลังการผลิต 2,190 เมกะวัตต์
• การใช้พลังงานของศูนย์ข้อมูลทั่วโลก: 1-1.5% ของพลังงานโลก (2021)
• ศูนย์ข้อมูลเดียว: เทียบเท่ากับบ้านเรือน 18,000 หลัง
• หนึ่งเมกะวัตต์: จ่ายไฟให้บ้านชาวอเมริกันได้ประมาณ 200 หลัง

การวิจัยอุณหภูมิที่ขัดแย้งกันสร้างความสับสนในอุตสาหกรรม

ประเด็นหลักที่เป็นที่ถกเถียงกันคือการรักษาอุณหภูมิที่ต่ำกว่าจะช่วยยืดอายุการใช้งานของฮาร์ดแวร์จริงหรือไม่ ชุมชนได้ชี้ไปที่การวิจัยที่ขัดแย้งกัน โดยเอกสาร FAST ปี 2007 ของ Google ชี้ให้เห็นว่าอุณหภูมิที่สูงขึ้นไม่จำเป็นต้องมีความสัมพันธ์กับอัตราความเสียหายที่เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม การค้นพบนี้ขัดแย้งกับการวิจัยใหม่ที่แสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิที่สูงขึ้นเพิ่มข้อผิดพลาดของหน่วยความจำและการรั่วไหลของแรงดันไฟฟ้าในส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความหนาแน่นสูง

การถกเถียงทวีความรุนแรงขึ้นเมื่อมาตรฐานอุตสาหกรรมมีการพัฒนา ASHRAE องค์กรที่กำหนดแนวทางด้านสิ่งแวดล้อมศูนย์ข้อมูล ได้ผ่อนคลายคำแนะนำด้านอุณหภูมิอย่างค่อยเป็นค่อยไปจาก 20-25°C เป็นการอนุญาตให้ใช้การออกแบบแบบ ambient ได้สูงถึง 45°C สมาชิกชุมชนบางคนแนะนำว่าการเปลี่ยนแปลงนี้สะท้อนถึงประสบการณ์ในโลกแห่งความเป็นจริงมากกว่าความกังวลเชิงทฤษฎี

ข้อผิดพลาดของหน่วยความจำและการรั่วไหลของแรงดันไฟฟ้าหมายถึงปัญหาทางเทคนิคที่อุณหภูมิสูงทำให้ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ทำงานผิดปกติหรือใช้พลังงานมากกว่าที่ตั้งใจไว้

วิวัฒนาการของมาตรฐานอุณหภูมิ

• คำแนะนำเดิมของ ASHRAE : 20-25°C
• ช่วงที่ใช้กันทั่วไปในปัจจุบันของ ASHRAE : 18-27°C
• ค่าสูงสุดที่ ASHRAE อนุญาต: อุณหภูมิแวดล้อมสูงถึง 45°C
• ขีดจำกัดประสิทธิภาพของการระบายความร้อนด้วยอากาศ: ~30kW ต่อแรค
• แรคสมรรถนะสูงสมัยใหม่: 50kW+ ต่อแรค

การอ้างสิทธิ์การใช้พลังงานถูกตรวจสอบอย่างละเอียด

ผู้เชี่ยวชาญในชุมชนกำลังตั้งคำถามต่อสถิติที่ถูกอ้างอิงอย่างแพร่หลายเกี่ยวกับการใช้พลังงานของศูนย์ข้อมูล โดยเฉพาะการอ้างว่าการทำความเย็นคิดเป็น 40% ของการใช้พลังงานทั้งหมด การวิเคราะห์ทางเทคนิคชี้ให้เห็นว่าตัวเลขนี้อาจสะท้อนถึงสิ่งอำนวยความสะดวกที่ล้าสมัยหรือออกแบบไม่ดีมากกว่าศูนย์ข้อมูลสมัยใหม่

PUE ที่ทันสมัยอยู่ต่ำกว่า 1.1 บทความจากนั้นลิงก์ไปยังแหล่งข้อมูลที่ค่อนข้างไม่น่าเชื่อถือที่บอกว่าโหลดเซิร์ฟเวอร์คือ 40% ... สิ่งนี้บ่งบอกถึง PUE ที่ 2.5

ตัวชี้วัด Power Usage Effectiveness (PUE) ซึ่งวัดพลังงานของสิ่งอำนวยความสะดวกทั้งหมดเทียบกับพลังงานของอุปกรณ์ IT ได้กลายเป็นสนามรบหลัก สิ่งอำนวยความสะดวกสมัยใหม่บรรลุคะแนน PUE ต่ำกว่า 1.1 หมายความว่ามีค่าใช้จ่ายเพียง 10% สำหรับการทำความเย็นและโครงสร้างพื้นฐานอื่นๆ ตัวเลข 40% ของการทำความเย็นที่ถูกโต้แย้งจะบ่งบอกถึง PUE ที่ 2.5 ซึ่งแนะนำว่าเป็นข้อมูลที่ล้าสมัยหรือสิ่งอำนวยความสะดวกที่ออกแบบไม่ดี

PUE (Power Usage Effectiveness) คำนวณโดยการหารพลังงานของสิ่งอำนวยความสะดวกทั้งหมดด้วยพลังงานของอุปกรณ์ IT PUE ที่ 1.0 จะเป็นประสิทธิภาพที่สมบูรณ์แบบ ในขณะที่ตัวเลขที่สูงกว่าบ่งบอกถึงค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมมากกว่า

ตัวชี้วัดประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

• PUE ที่ทันสมัยที่สุด: ต่ำกว่า 1.1
• ค่าใช้จ่ายระบบทำความเย็นที่เป็นข้อโต้แย้ง: 40% (หมายถึง PUE ที่ 2.5)
• ค่าใช้จ่ายสิ่งอำนวยความสะดวกสมัยใหม่: ~10% ( PUE 1.1)
• IT load เทียบกับระบบทำความเย็น: แตกต่างกันอย่างมากตามการออกแบบสิ่งอำนวยความสะดวก

ช่องว่างนวัตกรรมในเทคโนโลยีการทำความเย็น

แม้จะมีความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้นจากภาระงาน AI ชุมชนสังเกตว่าเทคโนโลยีการทำความเย็นที่มีแนวโน้มดียังคงถูกใช้ประโยชน์ไม่เต็มที่ การทำความเย็นแบบแผ่รังสีในเวลากลางวันแบบ passive ซึ่งแปลงความร้อนที่เหลือทิ้งเป็นรังสีอินฟราเรดที่หลบหนีไปยังอวกาศ ได้แสดงศักยภาพมาเป็นเวลาสิบปีแต่ยังไม่บรรลุการใช้งานที่คุ้มค่าในระดับศูนย์ข้อมูล

การอภิปรายเผยให้เห็นความหงุดหงิดกับความช้าของนวัตกรรมการทำความเย็นเมื่อเปรียบเทียบกับการผลิตความร้อนที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจากโปรเซสเซอร์สมัยใหม่ ภาระงานการประมวลผลประสิทธิภาพสูงสามารถผลักดันแร็คเซิร์ฟเวอร์แต่ละตัวให้เกิน 50kW ท้าทายวิธีการทำความเย็นด้วยอากาศแบบดั้งเดิมที่ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพได้สูงสุดประมาณ 30kW ต่อแร็ค

ความกังวลเรื่องผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเพิ่มขึ้น

ชุมชนให้ความสำคัญกับผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของการเติบโตของศูนย์ข้อมูลมากขึ้น การประมาณการปัจจุบันชี้ให้เห็นว่าศูนย์ข้อมูลในขณะนี้มีรอยเท้าคาร์บอนที่ใหญ่กว่าอุตสาหกรรมสายการบินทั้งหมด โดยสิ่งอำนวยความสะดวกแต่ละแห่งใช้พลังงานเท่ากับบ้าน 18,000 หลัง

แรงกดดันด้านสิ่งแวดล้อมนี้กำลังผลักดันบริษัทเทคโนโลยีใหญ่ๆ ไปสู่โซลูชันที่รุนแรง การลงทุน 900 ล้านดอลลาร์สหรัฐล่าสุดของ Microsoft ในสิ่งอำนวยความสะดวกศูนย์ข้อมูลที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานนิวเคลียร์สะท้อนถึงการยอมรับของอุตสาหกรรมว่าพลังงานจากกริดแบบดั้งเดิมอาจไม่สามารถรองรับการเติบโตอย่างต่อเนื่องได้อย่างยั่งยืน

การถกเถียงเน้นย้ำถึงความตึงเครียดพื้นฐานระหว่างลักษณะที่สำคัญของบริการศูนย์ข้อมูลและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ดังที่สมาชิกชุมชนคนหนึ่งกล่าวไว้ สิ่งอำนวยความสะดวกเหล่านี้ทำให้เครื่องบินอยู่ในอากาศ โรงพยาบาลออนไลน์ และฟังก์ชันสำคัญอื่นๆ อีกมากมายทำงานต่อไป ทำให้การหยุดทำงานเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้ในขณะที่ความกังวลด้านสิ่งแวดล้อมเพิ่มความกดดันมากขึ้น

อ้างอิง: Data Centers, Temperature, and Power