資料中心 ESG 綠色永續 淨零排放 能源管理 不斷電系統 機器學習 浸沒式冷卻系統 液冷 PUE ISO 50001

資料中心耗水耗電遭管制 低PUE設計與選用方案須並重

解決冷卻超額配置浪費 數位化有益低碳永續

2023-09-28
面對綠色永續趨勢,新建資料中心一般會從兩個層面著手,一是在設計初期即運用3D建模技術模擬,以作為規劃或修正的參考,或透過目標改善的方式來進行優化。另一層面則是選用合適的配備與技術方案,舉例而言,資料中心最耗能的設備除了冷卻空調外,配電損失也非常可觀,而好的方案能夠在節能的同時還能無損運行效率。

面對加速達標淨零排放的壓力,各國紛紛制定行動計畫,新加坡政府也在2019年暫停新建資料中心,原因在於,資料中心內的IT和冷卻等設備非常耗水耗電。根據資料,目前在新加坡運行的70個資料中心,總容量達1,000MW,約佔該國約7%的電力消耗。而後雖然新加坡政府解除禁令,但也要求新資料中心的PUE值要達到1.3甚至更低。

施耐德電機關鍵電力暨永續部門總經理黃建棠坦承,資料中心內有大量的運算及儲存設備,再加上24小時運行,要實現PUE值達1.3以下確有其難度,「面對綠色永續趨勢,新建資料中心一般會從兩個層面著手,一是在設計初期即運用3D建模技術模擬,以作為規劃或修正的參考,或透過目標改善的方式來進行優化。另一層面則是選用合適的配備與技術方案,舉例而言,資料中心最耗能的設備除了冷卻空調外,配電損失也非常可觀,而好的方案能夠在節能的同時還能無損運行效率。」

他進一步解釋,在還沒有引進技術之前,須預先為資料中心設計,目前也有兩種設計方式。一種是將數據導入在設計中,假設新資料中心要求能源利用效率(PUE)為1.2、水利用效率(WUE)為1.3,而每一機櫃負載從之前的3kW調整為50kW,將這些數據設定好後,就能模擬出每個月的用電量以及須花費的成本,亦即將營運支出(OpEx)以及資本支出(CapEx)都計算出來,而後再從中進行調整與修正。另一種方式則是目標導向,舉例而言,因為被要求降低WUE,所以冰水主機也因而調整,以往是採用氣冷式冰水主機,現在則改採磁浮式冰水主機,以便讓水溫從以前的15℃~17℃提高到22℃~25℃,而且還能達到同樣的效果。

「而在配備與技術的選擇上也須詳加評估,像是配電系統損失產生的電力耗損其實也非常可觀。以不斷電系統為例,企業習慣啟用節能模式,但這項功能一經啟用,不斷電系統的效率就會受到一些影響,」黃建棠提到,但是也有不受影響的解決方案,例如施耐德提供的eConversion高效運行模式,不僅可將UPS能耗降低三倍,效率還能達到99%。

資料中心也須跟進數位化

面對ESG永續熱潮,國際公有雲業者也致力推動雲端資料中心的永續發展,一方面透過創新技術讓資料中心更高效節能,另一方面也採用可再生能源,以AWS為例,目標即是在2050年實現100%可再生能源供電。

「這幾年,國際公有雲大廠接連選擇在台設立資料中心,看重的便是台灣電費便宜的優勢,但也會遇到電力品質的問題,希望IDC業者使用綠電,而這也將促使IDC業者加速碳盤查。而這樣的壓力也讓資料中心有了不一樣的設計思維,」他提到,以往施耐德電機在協助企業設計資料中心時,只需要配電、UPS的專責人員參與,現在還要多派兩組人,一組是協助做減碳路徑圖,另一組人員則協助進行能源審計(Energy Audit)。

能源審計的目的是為了瞭解使用者能源使用的情形,以及設備的效率耗能狀況,並且從中找出能源浪費原因,進一步提出節能改善建議,以提升整體能源使用效率並降低費用支出。

「近期合作的醫療中心擴建案就進行了能源審計盤點,並且以數位方式呈現結果。」黃建棠觀察,新興技術發展快速,國際對於ESG永續要求也日趨嚴格,面對此一趨勢,資料中心的數位化就顯得相當重要,現今仍有不少醫療院所的資料中心,管理並沒有很妥善,採下吹式空調、沒有高架地板、動線規劃也不良,導致維護困難,只能仰賴門口螢幕呈現的數據來判斷。「在能源審計之外,我們也會建議企業加裝資產管理軟體(Asset Management),」他提到,資產管理在歐美推動得很快,未來也可望在台灣成為一股趨勢,藉由在每台伺服器上安裝感測器,自動顯現伺服器或電池插拔、汰換的情況,而且遇到工作負載太高或電池快沒電時,也會提前發出預警,並且以3D可視圖呈現。

導入機器學習解冷卻超額配置

資料中心生命週期普遍都會設定在15年以上,早期採購的空調設備受限於當時的技術發展,轉換效率較低,使得每次的轉換都有較高的耗損。然而,隨著半導體技術演進以及數位化發展,資訊設備效能愈來愈強悍,運算力與儲存容量也不斷攀升,資料中心的用電也成一項課題。

不過,黃建棠發現,台灣其實有不少資料中心的冷卻空調都超額配置,明明只有8個機櫃卻放了4台機櫃式空調,這些空調24小時運轉,想當然爾,機房的溫度一定非常冷。「超額設計是可以優先改善的,只要安裝智能空調優化系統來進行製冷優化(Cooling Optimize),先把冷卻空調智能化,透過機器學習,調整冷氣空調的出風溫度,瞬間就能減少40%以上的能耗。」

施耐德電機關鍵電力暨永續部門總經理黃建棠發現,台灣其實有不少資料中心的冷卻空調都超額配置,其實可以優先改善。

Cooling Optimize能有效偵測現場環境溫度,即時調節空調設備運轉,且可透過AI自我學習,使能源供給貼近真實需求,減少能源浪費,並實現最低能源消耗。假設以往伺服器需要維持在19度的溫度,24小時365天不停運轉,但安裝Cooling Optimize後,冷卻空調就可以自我學習,依據當時環境調整,例如一台機櫃式空調出風溫度保持在19度,而另一台機櫃式空調則調整到27度,而這些調整也會很直接地反映在電費上。

另一項值得觀察的趨勢即是浸沒式冷卻(Immersion Cooling)的發展,這是暨氣冷、機櫃式空調、風墻式空調系統之後,發展出Direct to chip的散熱方案。目前施耐德電機已與CoolIT Systems合作,由於浸沒式冷卻能夠容忍更高密度的發熱,因此施耐德電機也開始著手開發新型的排插、機櫃、排管跟管道(Piping),甚至連匯流排都需要更新。

人才斷層孕育新型態顧問服務

他最後強調,現今已有不少企業意識到資料中心終究脫離不了減碳的壓力,因此在規劃未來的資料中心時,就會添加永續的概念進行全盤考量。而國外來台投資的業者則會走得更前面,除了在設計初期規劃並且發包給機電供應商之外,還會把資料中心生命週期中總共會排放多少碳,轉換成財務模型(Financial Model)。例如以30年到50年為生命週期,模擬假設當200座機櫃全都租賃出去,會有多少碳排放,有多少折舊、IT的損耗這些都會逐步模擬出來。施耐德電機目前有免費的工具可以協助客戶模擬出一個財務模型,不過,過程中往往需要與技師配合,這也顯示出技師人才斷層的問題,因為多數的技師主要聚焦在水、電,這個領域並不擅長,所以可能會發展出新型態的顧問服務,專門針對永續層面來提供相關的服務。


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