グリーンデータセンター

グリーン データ センター、または持続可能な データ センターは、エネルギー効率の高いテクノロジーを活用したサービス施設です。これらのデータ センターには、古いシステム (非アクティブまたは十分に使用されていないサーバーなど) は含まれず、より新しく、より効率的なテクノロジーが活用されています。

インターネットの急速な成長と利用により、データセンターの電力消費は大幅に増加しました。その結果生じる環境への影響、国民の意識の高まり、エネルギーコストの上昇、立法措置により、企業にはグリーンポリシーに従うよう圧力が高まっています。これらの理由から、持続可能なデータセンターの構築は、環境的にもビジネス的にも不可欠になっています。^[1]

高性能コンピューティング技術の使用が増加し、エネルギー消費と引き換えにパフォーマンスが向上しました。業界の推定によると、データセンターは世界のエネルギーの3〜5％を消費しています。^[2] AFCOMのデータセンターの現状調査によると、データセンタープロバイダーの70％が、ラックあたりの電力密度が2013年以降大幅に増加したと述べています。管理者は、水力、 ^[3]太陽光、地熱、風力などの再生可能エネルギー源を使用してデータセンターに電力を供給する新しい方法を見つける必要に迫られています。データセンターの電力消費を減らすために、より効率的な技術が開発されました。^[4]

データ センターの電力効率を測定するための指標がいくつか開発されています。電力使用効率(PUE) と炭素使用効率 (CUE) は、データ センターのエネルギー効率の向上に取り組む世界的なコンソーシアムであるGreen Grid (TGG)によって作成された、よく使用される 2 つの指標です。

PUE は 2007 年に発明され、データセンターのエネルギー使用量を測定するための新しいガイドラインを提案しました。

${\displaystyle \mathrm {PUE} ={{\mbox{施設の総電力}} \over {\mbox{IT機器の電力}}}}$

この比率は、データセンターがIT機器を維持するために、機器に供給されるワットごとにどれだけの追加エネルギーが必要かを表します。データセンターが達成できる最高のPUEは1です。これは、余分なエネルギーを消費しない理想的な状況です。PUEが導入されたとき、調査では業界平均のPUEが2.5～3であることが分かりました。最近の調査では、このフレームワークを使用することで平均PUEが約1.7に低下しました。PUEは、データセンター業界がエネルギー効率化に向かう​​きっかけとなりました。^[5]

PUEはデータセンターのエネルギー効率を測定するために最も頻繁に使用される指標であるが、その信頼性については依然として議論がある。^{[7] [8]}

炭素利用効率（CUE）は、データセンターのエネルギー使用量と持続可能性を測定するために使用されるもう1つの指標です。これは次の式で計算されます：^[9]

${\displaystyle \mathrm {CUE} ={\frac {合計{\rm {{CO_{2}}排出量}}}{ITEqipmentPower}}}$

この式を別の方法で表現すると、二酸化炭素排出係数 (CEF) と PUEの積になります。CEF は、 1 キロワット時の電力あたりに生成される kg です。${\displaystyle {\ce {CO2}}}$

${\displaystyle \mathrm {CUE} ={\frac {\rm {{CO_{2}}排出量(kg{\rm {{CO_{2}}当量)}}}}{エネルギー単位(kWh)}}}$×${\displaystyle {\frac {施設総電力}{ITEqipmentPower}}}$

米国のデータセンターは、グリーンデータセンターとして認定を受けるために申請することができます。最も広く使用されているグリーンビルディングの評価システムは、エネルギーと環境デザインにおけるリーダーシップ（LEED）です。米国グリーンビルディング協会によって開発され、いくつかのカテゴリで利用可能です。評価に応じて、データセンターはシルバー、ゴールド、またはプラチナの認定を受けることができます。プラチナ認定は、環境に配慮した建設とリソースの効率的な使用の最高レベルを備えたデータセンターに与えられます。^[13]

データセンターは、米国環境保護庁と米国エネルギー省の取り組みの一環であるEnergy Starによる国家データセンターエネルギー効率情報プログラムの認定を受けることもできます。このプログラムは、建物や消費者製品のエネルギー効率を認定するものです。エネルギーパフォーマンスが上位25%に入るデータセンターのみがEnergy Star認定を受けることができます。^[14]

いくつかのテクノロジーにより、データセンターの効率が向上し、エネルギー消費が削減されます。

低電力サーバーは、データセンターの従来のサーバーよりもエネルギー効率に優れています。スマートフォンコンピューティングの技術を使用して、パフォーマンスとエネルギー消費のバランスを取ろうとしています。最初の低電力サーバーは、DellやHewlett-Packardなどの大手ITプロバイダーによって2012年に導入されました。正しく使用すれば、低電力サーバーは従来のサーバーよりもはるかに効率的です。データセンターの効率に大きな影響を与え、電力消費と冷却施設の運用コストを削減できます。^[15]

モジュラーデータセンターは、データ容量が必要な場所ならどこにでも設置できるポータブルデータセンターです。従来のデータセンターと比較して、迅速な導入、エネルギー効率、高密度を実現するように設計されています。これらの既製のボックス型データセンターは非常に人気を博しました。HP EcoPodモジュラーデータセンターは、PUE評価1.05インチと自由気流冷却を備え、4,000を超えるデータセンターをサポートしています。^[15]

フリーエア冷却システムは、従来のデータセンターのコンピュータルームエアコン（CRAC）ユニットの代わりに外部の風を使用します。^[16]屋外の空気を濾過して加湿する必要はありますが、この方法ではデータセンターを冷却するために必要なエネルギーははるかに少なくなります。ここでは屋外の空気温度が問題となり、データセンターの場所がこの技術において重要な役割を果たします。^[17]

この方法では、ラックの列はサーバーの背面が互いに向き合うように配置され、通路は密閉されて空気を捕らえる。ホットアイルコンテインメントでは、サーバーが発する熱が冷却ユニットに送られる。コールドアイルコンテインメントでは、冷たい空気が密閉された通路に送られる。どちらのコンテインメント方法も従来の冷却技術よりも効果的で、エネルギー消費量（およびその影響）を削減できる。実装は難しいかもしれないが、ホットアイルコンテインメントはコールドアイルコンテインメントよりも効果的である。^{[18] [19]}

データ センターは電力を使用し、その 98 パーセント以上を熱として放出します。廃熱は積極的に再利用することができ、データ センターは無駄のない閉ループ暖房システムになります。例:

• スイスのIBM再利用データセンター。その熱で地元のプールが暖められる
• フィンランドでは、Yandexと Academica のデータセンターが、500 ～ 1,000 世帯が使用する熱をデータセンターのエネルギーで置き換えています。
• アマゾンはシアトルのバイオスフィアプロジェクトのために近くのデータセンターの熱を再利用した。^[20]

データセンターが効率的に機能し、デバイスやサーバーの損傷を防ぐためには、ある程度の湿度が必要です。超音波加湿は超音波を使用して水分を作り出し、抵抗蒸気加湿器などの従来の方法よりも90％少ないエネルギーで済みます。^[21]

蒸発冷却は、水の蒸発によって熱を減らす。主に2つの方法、蒸発パッドと高圧スプレーシステムを使用する。より一般的な方法である蒸発パッドでは、空気がパッドを通って引き込まれ、水が蒸発して空気が冷却される。もう1つの技術である高圧スプレーシステムは、より広い面積を必要とし、ポンプでより多くのエネルギーを消費する。蒸発冷却は、地理的な場所と季節に依存します。どちらも空気の水分レベルに影響を与えるからです。従来の機械式冷却システムと比較すると、蒸発冷却は一般的に大幅に少ない電力を使用します。^[22]

テクノロジー企業は、データセンター向けの信頼性の高い低炭素エネルギーソリューションとして原子力発電を検討するようになっている。データ消費が増加するにつれて、安定したスケーラブルな電源の必要性が高まっており、原子力エネルギーは大規模データセンターの高い需要に対応できる安定した出力を提供する。マイクロソフトなどの企業は、小型モジュール炉（SMR）を含む原子力エネルギーの可能性を調査し始めており、エネルギーの信頼性を確保しながら炭素排出量を削減している。しかし、高コスト、規制上のハードル、安全性と廃棄物管理に関する国民の懸念などの課題は、広く採用される上で依然として重要な考慮事項となっている。^{[23] [24]}

直流データセンターは、太陽光パネルで直流電力を生成し、その電力を敷地内のバッテリー貯蔵発電所に蓄えるデータセンターです。コンピューターは直流で動作するため、グリッドからの交流電力を反転させる必要がなくなります。データセンターのサイトでは、グリッドをバックアップするためのソリューションとして交流電力を引き続き使用できます。DCデータセンターは10％効率が向上し、コンポーネントを反転するための床面積が少なくて済みます。^{[25] [26]}

Arizton Advisory & Intelligenceの新しい調査によると、2021年の世界全体のグリーンデータセンター市場への総投資額は355億8000万ドルに達しました。この投資は年平均成長率7.6%で成長すると予想されています。^[27]