Theo ``Tình hình thực tế và Dự báo tương lai của Thị trường trung tâm dữ liệu để tiết kiệm năng lượng và không phát thải (Phiên bản 2022)'' do Viện nghiên cứu kinh tế Deloitte Tohmatsu Mic phát hành, thị trường trung tâm dữ liệu dự kiến sẽ tăng từ 3,6 nghìn tỷ yên vào năm 2020 lên 6,2 nghìn tỷ yên vào năm 2026 Mặt khác, tại Nhật Bản, để đạt được một xã hội khử cacbon, một Mục tiêu đã được đặt ra cho các trung tâm dữ liệu là đạt được lượng khí thải CO2 ròng bằng 0, với mục tiêu đạt được mức độ trung hòa carbon vào năm 2050, nghĩa là giảm lượng khí thải CO2 xuống gần như bằng 0 vào năm 2050 Các nhà điều hành trung tâm dữ liệu đang chịu áp lực không chỉ phải mở rộng quy mô phù hợp với tốc độ tăng trưởng của thị trường mà còn phải xem xét các biện pháp nhằm vận hành trung tâm dữ liệu hiệu quả, bảo tồn năng lượng và khử cacbon

Cục Tài nguyên và Năng lượng cũng đặt ra các chỉ số chuẩn tiết kiệm năng lượng cho trung tâm dữ liệu

Kể từ năm 2016, Cục Tài nguyên và Năng lượng đã đánh giá tình trạng tiết kiệm năng lượng của các doanh nghiệp trong từng lĩnh vực công nghiệp bằng cách sử dụng các chỉ số chung của ngành Hệ thống định chuẩn cho từng ngành, lĩnh vực đã được triển khai nhằm giúp mỗi doanh nghiệp thúc đẩy nỗ lực tiết kiệm năng lượng nhằm đạt được mục tiêu đề ra Vào năm 2022, các trung tâm dữ liệu sẽ được bổ sung làm ngành mục tiêu cho hệ thống điểm chuẩn với dự đoán mức sử dụng năng lượng sẽ tăng đáng kể Hệ thống sử dụng PUE, một chỉ số quốc tế về hiệu quả tiêu thụ năng lượng của các trung tâm dữ liệu, làm chỉ số chuẩn Giá trị mục tiêu chuẩn được đặt ở mức 1,4, mức mà 15% doanh nghiệp hàng đầu sẽ đáp ứng

(Hình 1) Các chỉ số chuẩn cho trung tâm dữ liệu nhằm thực hiện việc bảo tồn năng lượng do Cục Tài nguyên và Năng lượng đặt ra
(Nguồn: Trích từ Cục Tài nguyên và Năng lượng vật liệu)

Các cơ sở tạo nên trung tâm dữ liệu được trang bị cái gọi là thiết bị CNTT như máy chủ, bộ lưu trữ và bộ chuyển mạch mạng Vì vậy, tiết kiệm năng lượng trong trung tâm dữ liệu về cơ bản có nghĩa là thực hiện các biện pháp tiết kiệm năng lượng cho phần cứng đó Hiện nay, nhiều nhà sản xuất phần cứng đang nghiên cứu các sáng kiến ​​tiết kiệm năng lượng mới

Thiết bị làm mát ngâm chất lỏng làm mát thiết bị CNTT trung tâm dữ liệu bằng chất lỏng

KDDI, Mitsubishi Heavy Industries và NEC Netsi đã thông báo rằng họ đã tiến hành một thử nghiệm trình diễn giả định sử dụng cấu hình quy mô lớn của thiết bị làm mát ngâm chất lỏng để làm mát thiết bị CNTT bằng chất lỏng Làm mát bằng chất lỏng ngâm là phương pháp trong đó phần cứng như máy chủ được làm mát trực tiếp trong chất lỏng đặc biệt và đang thu hút sự chú ý như một phương pháp thế hệ tiếp theo tiết kiệm năng lượng hơn so với làm mát không khí thông thường

Trong thử nghiệm, Trung tâm Mạng KDDI Oyama bố trí các thiết bị CNTT như máy chủ có công suất 100kVA và hệ thống làm mát ngâm bằng chất lỏng Hơn nữa, chúng tôi đã phát triển một thiết bị làm mát miễn phí có khả năng làm mát không khí bên ngoài được tối ưu hóa và đang đo lường sự cải thiện về khả năng xử lý nhiệt thải và hiệu suất tiết kiệm điện nếu triển khai ở các trung tâm dữ liệu

Kết quả là, so với một trung tâm dữ liệu thông thường (trung tâm dữ liệu có giá trị PUE là 1,7), lượng điện năng tiêu thụ để làm mát máy chủ đã giảm 94%, đạt được giá trị PUE là 1,05, là chỉ số chuẩn do Cơ quan Tài nguyên và Năng lượng đặt ra Ngoài ra, trong số các tiêu chuẩn đánh giá và phân loại chất lượng trung tâm dữ liệu, chúng tôi đã thành công trong việc vận hành ổn định ở cấp độ Tier 4, được cho là duy trì chất lượng cao nhất của một trung tâm dữ liệu do các yếu tố như sự dư thừa của thiết bị phụ trợ

(Hình 2) Cấu hình thiết bị làm mát ngâm chất lỏng và thiết bị làm mát tự do được sử dụng trong thí nghiệm trình diễn
(Nguồn: Trích từ KDDI, Mitsubishi Heavy Industries, thông cáo báo chí của NEC Netssi)

NTT Data cũng thông báo đã xây dựng hệ thống làm mát trung tâm dữ liệu sử dụng phương pháp làm mát ngâm bằng chất lỏng tại Trung tâm dữ liệu Mitaka EAST và tiến hành kiểm chứng thực tế

Kết quả là, so với cùng một trung tâm dữ liệu thông thường, chúng tôi có thể giảm tới 97% điện năng tiêu thụ để làm mát máy chủ và khẳng định thiết bị máy chủ và thiết bị mạng hoạt động ổn định Hơn nữa, họ đã hoàn thành việc xác định các vấn đề thực tế liên quan đến vận hành thiết bị, bao gồm cả bảo trì Giá trị PUE được ước tính là 1,07 Dựa trên kết quả thu được từ quá trình xác minh thiết bị thực tế này, NTT Data sẽ nỗ lực triển khai và cung cấp các dịch vụ trung tâm dữ liệu tiết kiệm năng lượng sử dụng hệ thống làm mát ngâm bằng chất lỏng vào cuối năm 2023

(Hình 3) Tổng quan về hệ thống làm mát ngâm chất lỏng do NTT Data chế tạo
(Nguồn: Trích từ thông cáo báo chí của NTT Data)

Tiết kiệm năng lượng bằng cách chuyển đổi thông tin liên lạc trong trung tâm dữ liệu sang tín hiệu quang

Cũng có những nỗ lực nhằm tiết kiệm năng lượng trong trung tâm dữ liệu bằng cách nâng cấp hiệu suất của chính phần cứng Trong phần cứng như máy chủ được sử dụng trong trung tâm dữ liệu, dây đồng điển hình được sử dụng để gửi và nhận tín hiệu điện bị mất tín hiệu lớn, yêu cầu đầu ra vượt quá lượng dữ liệu thực sự có thể được truyền đi

Để đạt được mục tiêu tiết kiệm điện năng trong các trung tâm dữ liệu, Kyocera đã phát triển một ``mô-đun tích hợp quang điện tử tích hợp'' được lắp đặt trên bảng mạch in bên trong máy chủ và chuyển đổi tín hiệu điện đầu ra từ bộ xử lý thành tín hiệu quang ở giai đoạn trước Bằng cách thu nhỏ thân mô-đun, nó có thể được gắn gần bộ xử lý Tín hiệu được gửi từ bộ xử lý ngay lập tức được chuyển đổi thành dây quang với mức suy hao thấp và ngay cả khi nhận được, nó vẫn được gửi dưới dạng tín hiệu quang cho đến ngay trước khi đến bộ xử lý Do đó, năng lượng cần thiết để truyền dữ liệu có thể giảm khoảng 40% so với các hệ thống thông thường, giảm mức tiêu thụ điện năng của toàn bộ trung tâm dữ liệu

(Hình 4) Mô-đun tích hợp quang điện gắn trên bảng dây in để chuyển đổi thông tin liên lạc thành tín hiệu quang
(Nguồn: Trích từ thông cáo báo chí của Kyocera)