グリーンデータセンター
コンピューターの列の間の狭い通路
ミシガン州サウスフィールドにある123Netデータセンターの歩道

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とは、エネルギー効率の高い技術を活用したサービス施設です。これらの施設では、旧式のシステム（非稼働または十分に活用されていないサーバーなど）は使用されず、より新しく効率的な技術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伴い、データセンターの電力消費量は大幅に増加しています。環境への影響、国民意識の高まり、エネルギーコストの上昇、そして法規制の強化により、企業にはグリーンポリシーの遵守を求める圧力が高まっています。こうした理由から、持続可能なデータセンターの構築は、環境面でもビジネス面でも不可欠となっています。[ 1 ]

エネルギー使用

高性能コンピューティング技術の利用が増加し、エネルギー消費と引き換えにパフォーマンスが向上しています。業界の推計によると、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回答しています。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利用してデータセンターに電力を供給するための新しい方法を模索せざるを得なくなりました。データセンターの電力消費を削減するために、より効率的な技術が開発されました。[ 4 ]

スイス、データセンターライトの水力発電機

メトリクス

データセンターの電力効率を測定するための指標は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向上に取り組む世界的なコンソーシアムであるグリーングリッド（TGG）によって作成された、よく使用される2つの指標です。

電力使用効率

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。

PあなたE＝施設全体の電力IT機器の電源{\displaystyle \mathrm {PUE} ={{\mbox{施設総電力}} \over {\mbox{IT機器電力}}}}

この比率は、データセンターがIT機器に供給される1ワットあたり、機器の維持に必要な追加エネルギー量を表します。データセンターが達成できる最良のPUEは1、つまり余分なエネルギーを消費しない理想的な状態です。PUEが導入された当時の調査では、業界平均のPUEは2.5～3でした。最近の調査では、このフレームワークを用いることで平均PUEは約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向上へと向かうきっかけとなりました。[ 5 ]

PUE 1.2 1.5 2 2.5 3
効率レベル[ 6 ]非常に効率的効率的平均非効率的非常に非効率的

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

炭素利用効率（CUE）は、データセンターにおける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。これは以下の式で計算されます。[ 9 ]

CあなたE＝Tot1つのlCお2Eメートル私ss私onsC1つのあなたsed私TEqあなた私pメートルentPoわer{\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。ここで、CEF は1 キロワット時の電力あたりに生成される kg です。二酸化炭素2{\displaystyle {\ce {CO2}}}

CあなたE＝Cお2eメートル私tted（けグラムCお2eq）あなたn私tofenerグラムy（けWh）{\displaystyle \mathrm {CUE} ={\frac {\rm {{CO_{2}}排出量(kg{\rm {{CO_{2}}当量)}}}}{単位エネルギー(kWh)}}}×Tot1つのlF1つのc私l私tyPoわer私TEqあなた私pメートルentPoわer{\displaystyle {\frac {施設総電力}{設備電力}}}

水利用の効率

水使用効率（WUE）は、データセンターがIT資産の冷却に使用する水の量を測定するために、2011年にグリーン・グリッドによって作成された持続可能性指標です。 [ 10 ] [ 11 ] 単純なWUEを計算するには、データセンター管理者は、年間の水使用量（リットル）をIT機器のエネルギー使用量（キロワット時（Kwh））で割ります。水使用量には、冷却、湿度調整、そしてオンサイト発電に使用される水が含まれます。[ 12 ]より複雑なWUE計算については、グリーン・グリッドのウェブサイト をご覧ください。

認定資格

3枚の葉が描かれたグレーと白のロゴ
LEEDプラチナ認証
青と白のEnergy Star認証
エネルギースター

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の認証を申請することができます。最も広く利用されているグリーンビルディングの評価システムは、LEED（Leadership in Energy and Environmental Design ）です。これは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ーで提供されています。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証を取得できます。プラチナ認証は、環境に配慮した建設と資源の効率的な利用において最高レベルの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共同事業である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証を受けることができます。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証するものです。エネルギー効率が上位25%に入るデータセンターのみがEnergy Star認証を受けることができます。[ 14 ]

テクノロジー

いくつかのテクノロジにより、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

低電力サーバーは、データセンターにおいて従来型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採用し、パフォーマンスとエネルギー消費のバランスをとろうとしています。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。適切に使用すれば、低電力サーバーは従来型のサーバーよりもはるかに高い効率を実現できます。データセンターの効率性に大きな影響を与え、消費電力と冷却設備の運用コストを削減することができます。[ 15 ]

モジュラーデータセンター

青いトラクタートレーラーの外観
IBM モジュラーデータセンター

モジュラー型データセンターは、データ容量が必要な場所であればどこにでも設置できるポータブルな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、高密度化を実現するように設計されています。このような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モジュラー型データセンターは、PUE1.05インチ（約1.6kg）の自由気流冷却システムを備え、4,000以上のデータセンターをサポートしています。[ 15 ]

自由空気冷却

冷却システムの2つの図
冷気通路コンテインメントの有無によるサーバーラックの概略図（1）循環空気冷却装置（2）冷気通路（3）サーバーラック（4）暖気通路（5）冷気通路と暖気通路の間の障壁。青線：冷気の流れ、赤線：暖気の流れ

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）の代わりに、外部の風を利用します。[ 16 ]外気を濾過し、加湿する必要がありますが、この方法ではデータセンターの冷却に必要なエネルギーは大幅に削減されます。外気温度が問題となり、データセンターの立地がこの技術において重要な役割を果たします。[ 17 ]

ホットアイルとコールドアイルの封じ込め

この方式では、ラック列はサーバーの背面が互いに向き合うように配置され、通路は密閉されているため、空気を閉じ込めることができます。ホットアイルコンテインメントでは、サーバーから発生する熱が冷却ユニットに送られます。コールドアイルコンテインメントでは、冷気が密閉された通路に送られます。どちらのコンテインメント方式も従来の冷却技術よりも効果的であり、エネルギー消費量（およびその影響）を削減できます。実装はより困難かもしれませんが、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す。[ 18 ] [ 19 ]

廃熱の再利用

データセンターは電力を使用し、その98%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となります。例えば、以下のようなことが挙げられます。

  • 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ている。
  • フィンランドでは、Yandexと Academica のデータセンターが、500 ～ 1,000 世帯で使用され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生物圏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 ]

超音波加湿

データセンターが効率的に稼働し、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用いて水分を生成するため、抵抗蒸気加湿器などの従来の方法に比べて90%のエネルギー消費量を削減できます。[ 21 ]

蒸発冷却

蒸発冷却は、水の蒸発によって熱を下げる方法です。主に2つの方法、蒸発パッドと高圧スプレーシステムが使用されます。より一般的な方法である蒸発パッドでは、空気がパッドを通して引き込まれ、水を蒸発させて空気を冷却します。もう1つの方法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、ポンプによるエネルギー消費量が多くなります。蒸発冷却は、空気中の水分量に影響を与える地理的な場所と季節に依存します。従来の機械式冷却システムと比較して、蒸発冷却は一般的に消費電力が大幅に少なくなります。[ 22 ]

原子力

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、原子力発電の検討をますます進めています。データ消費量が増加するにつれて、安定的で拡張可能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します。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ます。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といった課題は、普及に向けて依然として重要な検討事項となっています。[ 23 ] [ 24 ]

直流データセンター

直流データセンターとは、太陽光パネルを用いて敷地内で直流電力を生成し、その電力を敷地内の蓄電池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、送電網からの交流電力を変換する必要がなくなります。データセンターは、送電網をバックアップとして利用することで、交流電力を引き続き利用できます。直流データセンターは効率が10%向上し、変換機器に必要な床面積も削減できます。[ 25 ] [ 26 ]

グリーンデータセンターへの投資

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、今後7.6%のCAGRで成長すると予想されています。[ 27 ]

生分解性電気部品は、持続可能な技術の進歩の成果です。これらの部品は有機的に分解されるように作られているため、環境と電子廃棄物への影響を軽減します。データセンター機器に生分解性材料を組み込むことは、より持続可能なデータセンター運用をサポートし、グリーンコンピューティングの目標にも合致しています。[ 28 ]

参考文献

  1. ^ 「持続可能なデータセンター：5つの重要な質問」 2016年11月21日。
  2. ^ 「Focus Green データセンター」(PDF) . docs.media.bitpipe.com .
  3. ^ 「スイスの水力発電データセンター」 . datacenterlight.ch/en-us/cms/hydropower/ .
  4. ^ Inc. 、 Advanced Solutions International。「AFCOMホーム」。www.afcom.com 。{{cite web}}:|last=一般的な名前があります（ヘルプ）
  5. ^「データセンター効率のパフォーマンス指標の分析 - 電力利用効率PUEは依然として主要指標として使用すべきか? (パート1): REHVA」www.rehva.eu
  6. ^ 「PUE計算機 – 42U」。
  7. ^ 「Green Power Usage Effectiveness - GPUE」 。2012年3月7日。 2016年3月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年7月1日閲覧。
  8. ^ 「電力使用効率（PUE）=冷却+電力+照明+ITなどのグリーンKPIを測定していますか？ - Anaeko」 2013年5月13日。
  9. ^ 「ホワイトペーパーガイドライン」（PDF） . tmp2014.airatwork.com .オリジナル（PDF）から2018年9月3日にアーカイブ。 2018年7月1日閲覧。
  10. ^ "「Green Grid WP#35-Water Usage Effectiveness (WUE™): A Green Grid Data Center Sustainability Metric」、2015年9月4日閲覧。2015年5月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年9月4日閲覧。
  11. ^ DataCenterKnowledge.com、「データセンターの水利用が最前線へ」、2015年9月4日閲覧
  12. ^ searchdatacenter.techtarget.com、データセンターのエネルギー効率、2015年9月16日閲覧
  13. ^ 「データセンターのLEED認証とは？ - Lifeline Data Centers」 2014年10月23日。
  14. ^ 「Energy star 認証」 . datacenterknowledge.com. 2012年8月27日. 2018年9月1日閲覧。
  15. ^ a b「データセンターをグリーン化できるトップテクノロジー」。
  16. ^ 「フリーエア冷却 - データセンターでの自然冷却の利用」。
  17. ^ “ホワイトペーパー” . www.stulz.de。
  18. ^ 「ホットアイルとコールドアイルのコンテインメントがデータセンターの温度と効率に与える影響」（PDF） 。 2018年9月4日閲覧。
  19. ^ 「エネルギー節約のために箱の内側で考え、封じ込めを実装する」www.greenhousedata.com。
  20. ^ 「データセンターの廃熱を賢く再利用する方法」 2016年5月10日。
  21. ^ 「ファクトシート」（PDF）www.energystar.gov。
  22. ^ 「データセンターにおける蒸発冷却はどの程度無料か」 www.greenhousedata.com 。 2018年9月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年7月1日閲覧。
  23. ^ 「テクノロジー企業が信頼性の高い原子力発電を求める」 2024年7月12日。
  24. ^ 「2024年のデータセンタートレンド：コロケーション、持続可能性、グリーンエネルギー」 2024年10月。
  25. ^ 「DCは新データセンターの電流戦争に勝てるか？」 2024年2月12日。
  26. ^ 「直流（DC）電力 | データセンターのエネルギー効率に関する専門センター」。
  27. ^ 「グリーンデータセンター市場、規模、世界産業レポート2027」。
  28. ^ Chen, Fan (2024). 「データセンターにおける環境的に持続可能なコンピューティングのためのシステムサポート」. arXiv : 2403.12698 [ cs.AR ].
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