Datakeskusten energiaprofiili ja joustava käyttö

Abstract

Datakeskusten osuus maailmanlaajuisesti energiankulutuksesta on jo yli prosentin ja sen kasvu on yksi suurimmista tekniikan aloilla. Suomessa datakeskusten energiakulutuksen arvioidaan kasvavan jopa nelinkertaiseksi nykypäivästä vuoteen 2030 mennessä. Nämä huomioon ottaen työn tavoitteina oli tuoda lukijalle ilmi mistä tämä merkittävä datakeskusten energiakulutus koostuu käymällä läpi niiden energiaprofiili ensimmäisenä tutkimuskysymyksenä. Toinen tutkimuskysymys koostuu datakeskusten joustavasta käytöstä ja energiankäytön optimoinnista.

Suurimmat tekijät datakeskusten energiaprofiilissa ovat palvelimet ja jäähdytysjärjestelmä. Näiden lisäksi merkittäviä energiankuluttajia ei oikein löydy, vaan suurimmat edistykset datakeskusten toimintaan keskittyvät näihin kahteen. Tehonkäytön tehokkuus oli työkalu, jota käytettiin tässä arvioinnissa. Se vertaa kaiken muun energiakulutuksen osuutta IT-laitteiston osuuteen. Energiaprofiilin osalta varavoimaa ja sähkömarkkinoita tarkasteltiin myös. Varavoimaksi toistaiseksi ei sovellu mikään muu kuin fossiiliset polttoaineet, kun on kyseessä pitkistä sähkökatkoista. Akkujen käyttö soveltuu vain lyhytaikaisiin katkoksiin, kunnes akkuteknologiaan tulee edistyksiä. Sähkömarkkinoita tarkasteltiin siltä tasolta, että nähtiin pörssisähkön mahdollinen käyttö joustavassa käytössä ja PPA-sopimuksien hyötykäyttö. Niiden avulla varmistetaan uusiutuvan energian käyttäminen datakeskuksissa.

Palvelimet ovat energiatehokkaimmillaan noin 60 % kuormituksessa ja niin sanotussa tyhjäkäynnissä oleva palvelin kuluttaa merkittävän määrän energiaa, vaikka se ei tee mitään. Kaikki tehtävät eivät kestä samaa aikaa eivätkä ne vaadi samaa määrää laskemistehoa suoritukselta. Näiden seikkojen takia palvelinten toimintaa on kehitetty virtuaalikoneiden ja monisäikeisyyden avulla. Ne mahdollistavat tehokkaan tehtävien kohdennuksen datakeskuksen sisällä palvelimille. Optimointi palvelinten osalta on energiakäytön minimointi huomioiden rajoitteita kuten aikarajoitteet tehtävillä ja palvelinten kapasiteetti.

Jäähdytyksen osalta vertailtiin ilmajäähdytystä nestejäähdytykseen ja niiden tehokkuuden eroja. Ylipäänsä nestejäähdytys oli tehokkaampaa. Jäähdytyksen optimointi perustuu palvelinten lämpötilan maksimointiin, jotta käytetään mahdollisimman vähän energiaa jäähdyttämiseen. Tärkeänä rajoitteena tietenkin turvalliset IT-laitteiston käyttörajat. Suuret työkalut tässä olivat hukkalämmön hyötykäyttö ja niin sanottu ilmainen jäähdytys, jotka molemmat vähentävät tarvittua energiaa jäähdytysprosessille. Hukkalämpöä käytetään Suomessa kaukolämpöön talouksien lämmitykseen. Tämä vähentää itse jäähdytykseen tarvittavaa energiantarvetta, sillä lämpöpumppujen ottama lämpö poistuu järjestelmästä, jota jäähdytetään. Ilmainen jäähdytys viittaa ilmaston hyötykäyttöön. Esimerkiksi Suomen kylmä ilmasto jäähdyttää Telian suurimman Helsingissä sijaitsevan datakeskuksen operaatioita jatkuvasti.

Kaiken kaikkiaan Suomessa datakeskusten uusiutuvan energian käyttö on erityisen hyvällä tasolla ja täällä käytetään hyödyksi hukkalämpö ja luonnollinen kylmyys datakeskusten toiminnassa. Hyperskaalaisten datakeskusten tehonkäytön tehokkuus kertoimien arvot ovat hyvin lähellä yhtä, jolloin IT-laitteisto on ainoa merkittävä energiankuluttaja. Pienemmissä datakeskuksissa jäähdytysjärjestelmiä voidaan vielä parantaa, mutta suuremmissa ja pienemmissä molemmissa palvelinten toiminnan optimointi on tärkein jatkotarkastelun kohde.