Efficienza Energetica nel Data Center Design: dal Cooling al Green Computing

Non esiste un’area relativa ai nostri stili di vita che non dipenda da un’infrastruttura digitale. Dalle operazioni aziendali alle banche, dall’istruzione fino alla vita personale, tutto dipende da un’infrastruttura digitale. I Data Center costituiscono la spina dorsale del nostro mondo interconnesso.  Ospitano i server, i sistemi di archiviazione e le apparecchiature di rete che alimentano la nostra vita in ogni ambito. 

Nel contesto dell’era digitale e della digital transformation, la sostenibilità ambientale è necessaria dal punto di vista di risparmio delle risorse nonché un imperativo categorico in ogni settore, compreso quello dell’Information and Communication Technology (ICT). 

I Data Center che servono grandi aziende nelle loro esigenze di elaborazione e storage dei dati, consumano dai 25 ai 50 MW l’anno, elettricità sufficiente per alimentare più di 35.000 case. Inoltre, i server generano enormi quantità di calore e rendono il consumo di acqua per il raffreddamento un’altra fonte di consumo di risorse. Su un’iperscala, i Data Center utilizzano 1,7 milioni di litri di acqua al giorno, creando una notevole pressione sulle riserve disponibili.

L’attività digitale non può essere considerata esente da esigenze di tutela del territorio, utilizzo di energia rinnovabile e abbassamento del valore carbon footprint. La questione sostenibilità va affrontata sia sul macro livello che per quanto riguarda le piccole imprese che desiderano lasciare un’impronta positiva e coltivare un valore aggiunto spendibile sul mercato. Inoltre, è necessario riuscire a mantenere le prestazioni ottimali, ridurre i tempi di inattività e avanzare a livello tecnologico pur cercando di impattare meno sull’ambiente. La soluzione? Il green Data Center design. 

I green Data Center sono concepiti per ridurre l’impatto ambientale tramite: 

• L’ottimizzazione dell’efficienza energetica 
• L’implementazione di sistemi di raffreddamento 
• Il riciclaggio dei materiali
• Lo sfruttamento di energia proveniente da fonti rinnovabili 
• La progettazione di computer, server e sistemi di virtualizzazione con impatto ambientale ridotto. 

L’adozione dell’energia rinnovabile e la stipula di contratti con società che elargiscono energia pulita non solo riduce le emissioni di gas serra, ma aiuta anche i Data Center a raggiungere l’indipendenza energetica e a proteggersi dalle fluttuazioni dei prezzi dell’energia. 

L’adozione di queste pratiche consente anche di ridurre i costi operativi e insieme fungono da catalizzatori per l’innovazione e l’adozione di sistemi all’avanguardia in grado di spingere l’intero settore tecnologico verso un futuro più green. L’impegno delle aziende, supportate da un valido e presente sostegno politico, nella transizione verso i green Data Center comporta un valido contributo nei confronti dell’ambiente e dello sviluppo di soluzioni all’avanguardia come l’automazione e l’apprendimento automatico, e rappresentano lo strumento ideale per sostenere la crescita a lungo termine e soddisfare la domanda crescente di soluzioni informatiche. 

I benefici dei Data Center ecologici si estendono sul ramo economico anche a lungo termine, su quello ambientale e sul fattore sociale. I Data Center sostenibili acquisiscono un vantaggio competitivo sul mercato e investono in pratiche che valorizzano il territorio ottenendo il riconoscimento della comunità. Lo sviluppo e il funzionamento di infrastrutture di energia rinnovabile e Data Center sostenibili possono creare opportunità di lavoro nelle comunità locali e ridurre l’inquinamento atmosferico apportando un miglioramento della qualità dell’aria e della salute pubblica nelle aree circostanti. 

I benefici di adottare un approccio green al Data Center design sono molteplici: i green Data Center sono strutture tendenzialmente più resilienti, capaci di adattarsi alla scarsità di risorse come ad esempio una carenza idrica. Trai vantaggi troviamo: 

• risparmio economico
• maggiore competitività 
• migliore reputazione 
• impatto sociale positivo 
• resilienza 
• maggiore adattabilità agli standard normativi

Poiché i Data Center continuano a evolversi, integrare la sostenibilità nelle loro operazioni diventa non solo una scelta responsabile ma un imperativo strategico. Il viaggio verso la sostenibilità nei Data Center è un imperativo che riflette la convergenza di responsabilità ambientale, fattibilità economica e innovazione tecnologica.

Una strategia chiave nel percorso verso Data Center efficienti dal punto di vista energetico è lo sviluppo di tecnologie di raffreddamento avanzate. Il raffreddamento rappresenta una delle sfide più impegnative nell’ambito della gestione energetica dei data center. In passato, i Data Center tradizionali utilizzavano sistemi di raffreddamento che richiedevano elevate quantità di energia e acqua, contribuendo in modo significativo sia ai costi operativi sia all’impatto ambientale. Con l’avanzamento della tecnologia, e l’attenzione crescente alla sostenibilità, sono stati sviluppati nuovi approcci per ridurre l’energia necessaria al raffreddamento.

Tra i più promettenti approcci innovativi al raffreddamento nei data center, troviamo:

• Free Cooling: una tecnica che sfrutta le basse temperature esterne per raffreddare l’aria all’interno del Data Center senza l’uso di compressori o condizionatori. Questa tecnica risulta particolarmente efficace in regioni con climi temperati o freddi. Sfruttando l’ambiente naturale, i Data Center possono ridurre il consumo energetico e minimizzare la dipendenza dai sistemi di raffreddamento meccanico. 
• Raffreddamento ad acqua: l’uso di sistemi di raffreddamento ad acqua può ridurre in modo significativo i consumi energetici rispetto ai sistemi ad aria. I circuiti chiusi e il riciclo dell’acqua possono ulteriormente migliorare l’efficienza di questo approccio.
• Raffreddamento a liquido immersivo: questo metodo prevede l’immersione dei componenti informatici direttamente in un fluido dielettrico o in olio dielettrico. Questo riduce notevolmente la necessità di energia per il raffreddamento, offrendo allo stesso tempo un’ottima dissipazione del calore.

Oltre all’ottimizzazione dei sistemi di raffreddamento, un altro elemento chiave nell’efficienza energetica dei Data Center è l’adozione di fonti di energia rinnovabile. L’energia solare, eolica e idroelettrica sono solo alcune delle opzioni disponibili per ridurre l’impronta di carbonio dei data center. Integrare queste fonti di energia pulita, non solo riduce l’impatto ambientale, ma può anche contribuire a stabilizzare i costi energetici a lungo termine, fornendo una maggiore sicurezza e sostenibilità al sistema.

Il problema dei consumi energetici e del calore di scarto nei Data Center è una sfida che richiede soluzioni innovative. Una proposta interessante è il riutilizzo del calore di scarto per riscaldare edifici aziendali e/o cittadini ma esistono in questo caso sfide legate alle basse temperature e alla complessità del trasporto termico. Un’alternativa presa in considerazione da realtà come la IBM in Svizzera sono le pompe di calore efficienti con elevato coefficiente di prestazione (COP), che possono aumentare la temperatura del calore residuo rendendolo adatto a varie applicazioni. Infine, è possibile combinare i Data Center con le centrali elettriche esistenti, eliminando perdite di trasmissione e semplificando la trasformazione degli elettroni prodotti. Tuttavia, ci sono sfide logistiche e di progettazione da affrontare, come il costo delle infrastrutture di trasporto termico. 

Sistemi di monitoraggio avanzati con AI e IoT

Oltre ai miglioramenti infrastrutturali, l’efficienza energetica nei Data Center può essere raggiunta anche attraverso l’ottimizzazione dei processi IT stessi. Il campo del Green Computing si concentra su come progettare, implementare e utilizzare sistemi informatici in modo più efficiente dal punto di vista energetico. Il Data centre infrastructure management (DCIM) è un software in grado di offrire una visibilità completa sull’infrastruttura fisica di un Data Center e contribuisce alla gestione, al monitoraggio e all’ottimizzazione del sistema.

L’analisi predittiva delle operazioni del data center, il monitoraggio dei carichi e l’anticipazione delle fluttuazioni di temperatura consentono regolazioni proattive che ottimizzano i sistemi di raffreddamento e l’utilizzo dell’energia. Utilizzando l’intelligenza artificiale i fornitori di servizi Data Center possono ottenere un risparmio sostanziale senza compromettere le prestazioni. Ad esempio, attraverso la gestione del carico di lavoro: gli algoritmi di intelligenza artificiale analizzano i dati operativi per identificare i processi ad alta intensità energetica e le aree in cui è possibile implementare l’ottimizzazione. Inoltre, tramite l’AI è possibile allocare dinamicamente le risorse in base alle attuali esigenze informatiche. Questo approccio adattivo garantisce che le risorse siano distribuite in modo efficiente, previene gli sprechi energetici e riduce al minimo i tempi di inattività. 

Infine, i modelli di intelligenza artificiale possono procedere con l’analisi dei sistemi di raffreddamento per assicurarsi che tutta l’energia venga utilizzata nel modo più efficiente possibile. L’intelligenza artificiale permette di analizzare le operazioni, allocare dinamicamente le risorse e ridurre gli sprechi energetici: in questo modo i Data Center possono abbassare il loro impatto ambientale. Questo perché i modelli di intelligenza artificiale apprendono dai dati e, attraverso l’analisi di modelli di consumo energetico e la loro correlazione con carichi di lavoro, temperatura e ora del giorno, sono in grado di  individuare le tendenze e stabilire modelli predittivi. 

Un ruolo fondamentale nell’analisi predittiva è svolto dagli algoritmi di machine learning che studiano i dati scoprendo i modelli che consentono ai Data Center di prevedere con precisione la domanda energetica futura. A loro volta i modelli si aggiornano tramite i nuovi dati provenienti dai dispositivi Internet of Things e i sistemi AI perfezionano le previsioni migliorando la precisione e dimostrando una capacità di adattamento preziosa per un ambiente dinamico, come quello dei data center, dove le richieste di carico di lavoro fluttuano in maniera costante. 

Per garantire la sostenibilità dei data center, esistono diverse norme e standard internazionali. Tra queste, la ISO 14001 e la ISO 50001 sono particolarmente rilevanti. La prima definisce i requisiti per i sistemi di gestione ambientale e fornisce un quadro per il miglioramento delle prestazioni ambientali dei green data center. La ISO 50001 specifica i requisiti per i sistemi di gestione dell’energia o SGE, e insieme al Codice Condotta, riconosce l’impegno e la dedizione dell’azienda nel perseguire il rispetto dell’ambiente in maniera continua. La ISO 50001 fornisce anche linee guida sulla preparazione di un piano di sistema di gestione ambientale (SGA) da presentare come prova per il rispetto dello standard aziendale. 

I Sistemi di Gestione dell’Energia (SGE) monitorano i sistemi elettrici e meccanici di un data center, fornendo informazioni sul consumo di elettricità e sullo stato operativo agli amministratori di sistema e ai gestori delle strutture. Si tratta di un feedback che viene fornito in tempo reale e sostiene le strutture che vogliono ridurre gli sprechi identificando le aree in cui è possibile risparmiare energia. Tramite il monitoraggio è possibile riconoscere come un particolare sistema non venga utilizzato durante gli orari non lavorativi, così il software avvisa gli amministratori il sistema può essere spento durante la notte. In questo modo si riduce la quantità di energia utilizzata e i costi relativi al mantenimento del sistema attivo.

Ottenere la certificazione secondo questi standard può aiutare le aziende a dimostrare il loro impegno per la sostenibilità e adottare pratiche migliori per la gestione dei data center. La norma universalmente riconosciuta per i Data Center come standard di riferimento è la ANSI/TIA 942.

Oltre agli standard internazionali, esistono anche politiche e iniziative a livello nazionale e internazionale volte a promuovere la sostenibilità dei data center. Queste includono incentivi fiscali per le aziende che implementano tecnologie sostenibili, come ad esempio Digital Europe o Horizon Europe, normative ambientali che impongono standard minimi di efficienza energetica e programmi di certificazione che valutano le prestazioni ambientali dei data center.

Un esempio di iniziativa internazionale è il Climate Neutral Data Center Pact, che riunisce operatori di Data Center e fornitori di servizi cloud impegnati a raggiungere la neutralità climatica entro il 2030. Questa iniziativa di autoregolamentazione prevede obiettivi ambiziosi per migliorare l’efficienza energetica, utilizzare energia verde e ridurre l’impatto ambientale dei Data Center migliorando il dato PUE (Power Usage Effectiveness) di efficienza di utilizzo dell’energia, che soddisfa alcuni requisiti indispensabili per raggiungere l’obiettivo europeo di climate neutrality entro il 2050. 

L’adozione del Cloud Computing permette di supportare il cambiamento verso la green technology tramite diverse implementazioni, come ad esempio il provisioning dinamico. I fornitori di servizi cloud prevedono e monitorano la domanda di risorse applicative, in questo modo possono allocare di conseguenza i carichi e consolidare le applicazioni che richiedono meno risorse sullo stesso server. In questo modo i Data Center possono mantenere costantemente i server attivi in base alla domanda attuale diminuendo il consumo energetico rispetto all’approccio tradizionale. 

La virtualizzazione consente di ospitare ed eseguire più applicazioni sullo stesso server e riduce il numero di server attivi. I fornitori di Software as a Service (SaaS) possono utilizzare la stessa infrastruttura e lo stesso software per servire più aziende. Dal punto di vista energetico si tratta di una strategia più efficiente rispetto a numerose copie di software installate su infrastrutture diverse. La strategia multi-tenant consente quindi l’esecuzione di più macchine virtuali su un singolo server. Attraverso il controllo della domanda è possibile quindi ridurre la necessità di infrastrutture aggiuntive. 

Nel green cloud computing rientrano tutte quelle pratiche finalizzate alla produzione di un’impronta ecologica minima da parte dei servizi di cloud computing. Si tratta quindi di soluzioni e scelte tecniche ideali per ottimizzare i consumi energetici, gli sprechi di energia e i rifiuti generati promuovendo un’economia circolare. Il cloud è di per sé una scelta più sostenibile: i provider cloud possiedono un’impronta di carbonio inferiore e sono più efficienti dal punto di vista energetico rispetto a un Data Center locale. Le risorse di rete condivise sulle quali si basa il cloud computing sono pensate per il massimo sfruttamento e la migliore resa. 

L’adozione delle tecnologie rinnovabili offre miglioramenti a livello economico nella produttività, ma non possiamo restare fermi: l’efficienza non migliora automaticamente. Le aziende hanno il dovere di implementare con attenzione le nuove tecnologie e tenere d’occhio i processi. D’altra parte, i fornitori di servizi cloud devono comprendere meglio i flussi energetici e rendere i consumi più trasparenti, soprattutto per i consumatori.

Mentre la trasformazione digitale continua a plasmare il nostro mondo, i Data Center rimangono in prima linea nella rivoluzione digitale. È fondamentale non solo soddisfare la crescente domanda di potenza di calcolo, ma anche farlo in modo responsabile dal punto di vista ambientale. La sostenibilità non è più una scelta ma una necessità: un impegno a costruire un’infrastruttura digitale più verde, più resiliente e più sostenibile.