Datová centra: spotřeba energie, chlazení a umístění

Datové centrum je budova plná serverů, která spotřebuje elektřinu srovnatelnou s menším městem a téměř všechnu ji promění v teplo. Odvést toto teplo je druhý největší provozní úkol hned po samotném napájení. Proto o umístění nových center rozhoduje dostupnost elektřiny a možnosti chlazení víc než cena pozemku.

Kam energie teče

Většinu příkonu odebírají servery, úložiště a síťové prvky. Zbytek připadá na chlazení, záložní zdroje, osvětlení a ztráty v rozvodech. Poměr mezi celkovou spotřebou budovy a spotřebou samotné výpočetní techniky vyjadřuje ukazatel PUE.

Hodnota 2 znamená, že na každý watt pro servery padne další watt na režii. Moderní velká centra se blíží k hodnotě 1,1 až 1,2, starší a menší provozy jsou na tom znatelně hůř. Ukazatel má své limity, neříká například nic o tom, jak efektivně servery pracují, pro srovnání budov ale slouží dobře.

Jak se servery chladí

Tradičním způsobem je vzduch. Sály jsou uspořádány do střídavých studených a teplých uliček, studený vzduch se žene k čelům serverů a ohřátý se odsává vzadu. V chladnějším podnebí lze po velkou část roku chladit přímo venkovním vzduchem bez kompresorů, čemuž se říká volné chlazení.

Čipy pro umělou inteligenci ovšem vydávají tolik tepla na malé ploše, že vzduch přestává stačit. Nastupuje kapalinové chlazení, při němž kapalina proudí chladiči přímo na procesorech, nebo ponoření celých serverů do nevodivé lázně.

Voda jako opomíjená položka

Některé chladicí systémy odpařují vodu a u velkého centra jde o značné objemy. V oblastech, kde je vody nedostatek, se z toho stává předmět sporů s místními obyvateli. Provozovatelé proto přecházejí na uzavřené okruhy nebo využívají vodu nepitnou.

Tuhle položku považuji za neprávem přehlíženou. O elektřině se mluví hodně, o vodě málo, a přitom právě ona může být v konkrétní lokalitě tím hlavním omezením.

Podle čeho se vybírá místo

Rozhoduje dostupný příkon ze sítě, a ten bývá úzkým hrdlem, protože připojení velkého odběru trvá roky. Dál blízkost páteřních optických tras a přípojných uzlů, kde se sítě propojují. Pro služby citlivé na odezvu je důležitá i vzdálenost od uživatelů.

Proto vznikla tradiční evropská centra kolem Frankfurtu, Londýna, Amsterdamu, Paříže a Dublinu. Severské země lákají chladným podnebím a dostatkem elektřiny z vodních zdrojů. V Česku se datová centra soustřeďují hlavně v Praze a okolí.

Odkud se bere elektřina

Velcí provozovatelé uzavírají dlouhodobé smlouvy na odběr z obnovitelných zdrojů a rádi uvádějí, že jejich provoz je bezemisní. Je dobré vědět, co to znamená. Často jde o roční bilanci: firma nakoupí tolik zelené elektřiny, kolik spotřebuje, v konkrétní hodině ale servery běží na to, co je právě v síti.

Náročnější cíl, tedy pokrýt spotřebu čistou energií v každé hodině, si klade jen část firem. Záložní napájení zajišťují baterie a dieselové generátory, které se spouštějí při výpadku a při pravidelných zkouškách.

Co s odpadním teplem

Teplo ze serverů má poměrně nízkou teplotu, ale je ho hodně a vzniká nepřetržitě. Ve Skandinávii se běžně dodává do městských teplárenských sítí. Jinde brání využití chybějící infrastruktura nebo vzdálenost od odběratelů. Kapalinové chlazení tu pomáhá, protože kapalina odchází teplejší než vzduch a teplo se z ní získává snáz.

Evropská pravidla pro energetickou účinnost nově ukládají větším centrům vykazovat spotřebu energie i vody a zabývat se využitím odpadního tepla. Data, která dříve byla obchodním tajemstvím, se tak postupně dostávají na veřejnost.

Jak číst zprávy o spotřebě

Čísla o energetické náročnosti umělé inteligence a internetu se v médiích objevují často a často si odporují. Doporučuji se vždy podívat, zda údaj mluví o trénování modelu, nebo o jeho každodenním používání, a zda jde o měření, či o odhad. Rozdíly bývají řádové. Častou chybou je násobit jeden zveřejněný údaj počtem uživatelů a vydávat výsledek za fakt. Kontext k tomu, odkud se hardware pro tato centra bere, dává přehled o výrobě čipů a jejím trhu, a jak firmy výkon center využívají, popisuje text o cloudových službách.

Zdroje

• Směrnice (EU) 2023/1791 o energetické účinnosti
• Electricity – analýzy a prognózy spotřeby datových center, Mezinárodní energetická agentura (IEA)
• Evropský kodex chování pro energetickou účinnost datových center, Společné výzkumné středisko Evropské komise
• Norma ISO/IEC 30134 – Klíčové ukazatele výkonnosti datových center