Мировые объемы данных растут с головокружительной скоростью, превращая ИТ-инфраструктуру в крупнейшего потребителя энергии. В центре этой динамики — центры обработки данных, чья энергетическая зависимость приводит к увеличению углеродного следа. Но, как это часто бывает, кризис стал трамплином для перемен.
В статье рассмотрим ключевые аспекты и тенденции устойчивого хранения данных, которые помогут уменьшить углеродный след и минимизировать негативное воздействие на окружающую среду.
Проблемы традиционного хранения данных
Традиционные методы хранения данных, особенно дата-центры, действительно оказывают значительное влияние на окружающую среду, главным образом из-за высоких энергетических потребностей.
Согласно исследованию, проведенному в 2022 году, дата-центры потребляют около 1% мировой электроэнергии. Хотя этот процент кажется небольшим, в абсолютных цифрах это огромные объемы энергии. Например, ChatGPT обрабатывает около 200 млн запросов, расходуя свыше 500 тыс. киловатт-часов электричества. В это же время Google расходует 12 млрд киловатт-часов в день, и если в поиск будет внедрен ИИ, эта цифра может увеличиться в 2,5 раза.
Особую обеспокоенность вызывает то, что многие дата-центры используют энергию из невозобновляемых источников, усугубляя климатические проблемы.
«Если энергия для данных целей производится из невозобновляемых ископаемых топливных источников, в которую входят мощности электрогенерации на угле, мазуте и газе, то это может способствовать увеличению выбросов углекислого газа».
Михаил Старцев, пресейл-инженер СРК «Тринити»
Важен не только объем потребляемой электроэнергии, но и углеродный след. Дата-центры работают круглосуточно, увеличивая нагрузку на энергосистемы. Около 40% электроэнергии, потребляемой ими, расходуется на системы охлаждения и поддержание условий работы серверов. «Переход на более эффективные и устойчивые технологии, такие как облачные вычисления и использование возобновляемых источников энергии, может помочь уменьшить экологическое воздействие хранения данных», — поясняет Старцев.
Сундар Пичаи, генеральный директор Google, заявил Nikkei Asia, что выбросы парниковых газов компании в 2023 году выросли на 48% по сравнению с 2019 годом из-за активного использования ИИ.
Актуальна и проблема утилизации электронного оборудования.
«Сейчас основная масса данных в дата-центрах хранится на технологиях магнитных дисков и дисков SSD. Срок их службы составляет всего от 3 до 5 лет, после чего их необходимо полностью заменить новыми дисками и утилизировать. При прогнозируемом росте количества данных в мире объем жестких дисков, которые ежегодно уходят на переработку, исчисляется миллионами штук».
Андрей Малов, директор по продукту «ТТК.Облако»
Серверы также имеют ограниченный срок службы, и их замена создает дополнительную нагрузку на окружающую среду из-за образования электронных отходов, которые часто содержат токсичные материалы.
«Конечно, технологии развиваются, и современные производства стараются все меньше использовать тяжелые металлы из-за их токсичности, но, к сожалению, полностью отказаться от их использования при существующих технологиях невозможно. Мир все больше переходит на полупроводники, в которых используются германий, галлий и скандий».
Михаил Старцев, пресейл-инженер СРК «Тринити»
«Маркетинговые же модели современных процессоростроителей довольно далеки от того, чтобы продавать универсальные, экологичные и недорогие чипы для замены, например, в потребительской электронике, а не смартфонах и ПК», — дополняет эксперт.
Инновации для снижения углеродного следа
Несмотря на глобальные усилия по сокращению выбросов парниковых газов, дата-центры наносят серьезный вред экологии. В связи с этим компании все чаще переходят на «зеленую» энергию и внедряют инновационные решения.
Возобновляемые источники энергии
Многие крупные операторы дата-центров вкладываются в ветряную, солнечную и гидроэнергию, чтобы уменьшить зависимость от ископаемого топлива. Например, Microsoft и Amazon инвестируют в центры обработки данных на возобновляемых источниках энергии. А Google уже сейчас использует атомную энергетику как надежный и низкоуглеродный источник для своих дата-центров.
Используя возобновляемые источники энергии, ЦОДы не только сокращают выбросы углекислого газа, но и обеспечивают более стабильное и предсказуемое энергоснабжение.
Жидкостное охлаждение серверов
Жидкостное охлаждение и охлаждение свободным воздухом значительно снижают потребление энергии, необходимой для поддержания оптимальной температуры серверов. Системы не только потребляют меньше энергии, но и увеличивают срок службы серверов, снижая необходимость частой замены оборудования и минимизируя воздействие центров обработки данных на окружающую среду.
Системы ИИ
Системы, управляемые ИИ, анализируют огромные объемы данных, чтобы прогнозировать потребление энергии, оптимизировать системы охлаждения и даже предвидеть сбои в работе оборудования до их возникновения. Такие системы позволяют дата-центрам работать более эффективно, снижая энергопотребление и эксплуатационные расходы.
Например, Google использует системы с ИИ для управления охлаждением своих ЦОДов, что позволяет добиться экономии энергии до 40%. Системы постоянно находятся под контролем: сотрудники регулируют параметры охлаждения для поддержания оптимальной температуры при минимальном потреблении энергии.
Технология для хранения данных на основе ДНК
Технология хранения данных на основе ДНК использует молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты для записи и хранения информации, позволяя значительно повысить плотность данных по сравнению с традиционными носителями. В каждой молекуле ДНК содержится колоссальный объем информации, которая может быть зашифрована с помощью последовательности нуклеотидов (A, T, C, G).
«Как известно, ДНК отличается суперэффективностью в плане хранения информации: в один грамм можно записать 215 петабайт данных».
Андрей Малов, директор по продукту «ТТК.Облако»
Такой метод хранения не только обеспечивает долговечность данных, поскольку ДНК может сохраняться тысячелетиями, но и предлагает экологически устойчивую альтернативу, снижая потребление энергии и ресурсов для хранения больших объемов данных.
«Исследования показывают, что ДНК может использоваться для хранения огромного объема данных при значительно меньшей энергетической стоимости и плотности хранения. Пока это громоздкая и еще экспериментальная технология, но она, возможно, имеет огромный потенциал».
Михаил Старцев, пресейл-инженер СРК «Тринити»
Блокчейн для распределенных хранилищ
Блокчейн в распределенных хранилищах данных обеспечивает безопасную, прозрачную и децентрализованную инфраструктуру для управления информацией. Технология распределенного реестра позволяет создавать сети, где пользователи могут делиться своими ресурсами для хранения данных, сохраняя при этом контроль над своими активами.
Хранение информации на кристалле или стекле
Такие носители, как кварцевое стекло, могут хранить огромные объемы информации на протяжении тысячелетий, будучи устойчивыми к экстремальным условиям, включая высокие температуры и радиацию.
«Возможности кристалла значительно превосходят потенциал оптического диска в плане высокой плотности хранения данных. На него можно записать информацию в трех измерениях, а на диск всего в двух».
Андрей Малов, директор по продукту «ТТК.Облако»
«Однако пока рабочих образцов таких накопителей нет, поэтому неизвестно, какими реальными характеристиками они будут обладать. Думаю, что это тоже будет вид долгосрочного хранения без больших скоростей чтения/записи», — дополняет Малов.
Квантовые технологии
Квантовые технологии используют принципы квантовой механики, такие как суперпозиция и запутанность, для обработки и хранения информации с невиданной ранее скоростью. Квантовые компьютеры способны выполнять сложные вычисления, которые недоступны классическим ПК, открывая новые горизонты в научных исследованиях, криптографии и ИИ.
«Хотя квантовые компьютеры и хранилища все еще находятся на стадии исследований, их способность выполнять некоторые вычисления с высокой эффективностью может значительно снизить энергоемкость обработки данных и хранения».
Михаил Старцев, пресейл-инженер СРК «Тринити»
Интеграция «зеленых» решений в текущую инфраструктуру хранения данных
Современные технологии помогают оптимизировать обработку данных, снижая энергопотребление и выбросы CO₂. Если компании стремятся повысить экологическую ответственность, они должны интегрировать «зеленые» решения в свою инфраструктуру.
«Можно разбивать данные на «горячие» и «холодные». Информацию, требующую «холодного» хранения, отправлять на медленные и более экологические хранилища, такие как ленточные библиотеки и библиотеки на оптических дисках. Впрочем, многие компании, обладающие огромными объемами информации, и организации, которым нужно хранить данные долго, лет 50, уже достаточно успешно используют эти технологии».
Андрей Малов, директор по продукту «ТТК.Облако»
Кроме того, актуально использование возобновляемых источников энергии или облачных технологий. Михаил Старцев, пресейл-инженер СРК «Тринити», рекомендует перейти на «облачные решения, предоставляемые провайдерами, которые используют ЦОД с применением инновационных систем охлаждения или использующих в том числе возобновляемые источники энергии, и использовать облачные сервисы для хранения данных, где инфраструктура уже оптимизирована для применения устойчивых технологий».
Такие подходы в сочетании с оптимизацией внутренних процессов помогают компаниям не только сохранять данные более эффективно, но и сокращать свои операционные расходы и воздействие на окружающую среду.
Отечественные разработки и тенденции развития устойчивых технологий
В России также активно развиваются технологии, направленные на создание устойчивых систем хранения данных.
«Можно привести в пример компании, успешно работающие с госсектором: «FeroDisk» и «Qtech», «Аквариус», «Гравитон», «YAdro», «Gagarin», «F+», «ICL team», «Арго» и другие. Они разработали собственные модели СХД с использованием отечественных компонентов, которые обеспечивают вполне надежное хранение данных. Конечно, мы понимаем, что до решений мирового класса российским компаниям пока далеко, но необходимо делать первые шаги, что и происходит».
Михаил Старцев, пресейл-инженер СРК «Тринити»
«Относительно SDS в качестве примера, — продолжает Старцев, — можно выделить «Raidix», «Киберинфраструктуру», «Аэродиск vAIR», «vStack» и «Скала-Р». Хотя есть и другие игроки: «Роса», «Баум». В сфере облачных решений успешно развиваются такие отечественные платформы, как «Яндекс.Облако», «Мегафон Облако», «МТС облако», которые предоставляют безопасные среды для хранения данных с учетом законодательства о персональных данных. В контексте систем резервного копирования можно упомянуть «Кибер Бэкап облачный», для использования которого нужно фактически иметь только хорошую сеть, а все серверы, в том числе и сервер управления, можно будет получить из облака».
Крупные технологические компании — «Яндекс» и «МТС» — также делают серьезные шаги в направлении экологичных дата-центров. Компании используют возобновляемую энергию, что позволяет не только существенно снизить затраты на энергопотребление, но и уменьшить углеродный след. Например, дата-центры «Яндекса» активно используют системы охлаждения, а «МТС» принимает участие в климатических инициативах в рамках отраслевых организаций, таких как GSMA и JAC.
«В России также ведутся разработки в области технологий для хранения и защиты данных. Такие проекты, как научные исследования в области новых магнитных материалов и нанотехнологий, были инициированы в российских университетах. Но пока сложно предсказать, как это воспримет отечественный рынок», — дополняет Старцев.
Рост инвестиций в «зеленые» технологии в ближайшие годы станет ключевым фактором развития рынка устойчивого хранения данных. По прогнозам экспертов, в течение следующих пяти лет все больше компаний будут переходить на возобновляемые источники энергии и внедрять энергосберегающие решения в своих дата-центрах.
«Думаю, что разработка более энергоэффективных систем хранения данных, таких как NVMe (Non-Volatile Memory Express), станет приоритетом. На первый план в ближайшем будущем может также выйти и разработка более эффективных квантовых систем, которые, возможно, начнут выводить решения на большой рынок в ближайшие 10 лет».
Михаил Старцев, пресейл-инженер СРК «Тринити»
Также будут развиваться облачные решения. Поставщики облачных услуг будут стремиться к повышению энергетической эффективности своих дата-центров и, возможно, к соблюдению экологической повестки.
Прогнозируется и развитие решений децентрализованного хранения данных со схемами erasure coding, которые уже сейчас меняют подход к архитектуре хранения данных, обеспечивая высокую степень безопасности и устойчивости к сбоям.
Помимо этого, ожидается рост внедрения технологий, способствующих автоматизации управления ресурсами — ИИ и машинное обучение, которые помогут оптимизировать использование энергии в дата-центрах и минимизировать отходы.