Green Cloud Computing, Data Centers and Technology

Para sostener la trayectoria de alto crecimiento a largo plazo de la industria de los centros de datos y satisfacer las crecientes demandas de computación en la nube, el correspondiente aumento del consumo de energía y las emisiones de carbono del sector debe gestionarse de una manera 100% ecológica. A medida que más empresas migran de centros de datos locales heredados a alternativas de computación en la nube, la tecnología verde presenta una oportunidad significativa para que estas organizaciones eviten costosas emisiones de carbono, tanto para sus negocios como para nuestro clima.

La computación en la nube ecológica involucra a un proveedor de servicios en la nube que opera bajo los principios de reducir el consumo de energía y las emisiones de carbono, al operar todos sus centros de datos autooperados y de terceros con electricidad 100 % renovable, a partir de fuentes de energía que incluyen la eólica y la solar.

Según la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), se estima que los centros de datos, incluidos sus 48 millones de servidores, consumen 230 teravatios-hora (TWh) de electricidad al año. A nivel mundial, esto significa que los centros de datos representan alrededor del 2% del consumo de electricidad y el 0,4% de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI).

Dado que el mercado de la computación en la nube continúa creciendo a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) de más del 15 %, es fundamental que el consumo de energía de los centros de datos y las emisiones de carbono se gestionen utilizando enfoques y tecnologías ecológicos.

¿Qué es la computación en la nube ecológica?

La computación en la nube verde es la práctica de un proveedor de servicios en la nube (CSP) que opera bajo los principios de reducir el consumo de energía y las emisiones de carbono, al operar todos sus centros de datos autooperados y de terceros con electricidad 100% renovable, proveniente de fuentes de energía que incluyen eólica, solar e hidroelectricidad.

A su vez, los CSP ayudan a sus propios clientes, como nuevas empresas y grandes empresas, a reducir su consumo de energía y sus emisiones de carbono, al poseer y gestionar los recursos de computación, almacenamiento y redes, que brindan servicios neutros en carbono.

LEER MÁS: Los 10 principales proveedores de servicios en la nube a nivel mundial

Por ejemplo, Google Cloud invierte en energía renovable para igualar la electricidad que utiliza en todas sus operaciones, lo que significa que su cliente TELUS, un proveedor de servicios inalámbricos en Canadá, puede ejecutar cargas de trabajo en Google Cloud que coincidan con las compras de energía renovable de Google.

Como resultado, la huella de carbono operativa de TELUS al ejecutar cualquier carga de trabajo en Google Cloud es cero, lo que reduce sus emisiones de carbono de Alcance 2 y Alcance 3. Además, al trabajar con Google, TELUS recibe el beneficio de economías de escala al utilizar menos electricidad.

Emisiones de carbono de alcance 1, 2 y 3 en centros de datos

Fuente: Equinix.

Con este fin, el CEO de Google Cloud, Thomas Kurian, destacó recientemente que la sostenibilidad es un factor clave en la decisión de una organización de migrar cargas de trabajo de un entorno local a una nube verde:

“A medida que las organizaciones analizan un período de varios años sobre sus compromisos de sostenibilidad, estamos viendo mucho interés en el hecho de que manejamos una nube verde. Hemos sido neutrales en carbono desde 2007, es decir, ya son 14 años. Y ya sea Unilever o varias otras organizaciones, vemos eso como una gran fuente de interés para ayudarlas a cumplir sus objetivos de sostenibilidad también”.

Beneficios de la computación en la nube ecológica

La computación en la nube ofrece beneficios ecológicos, en comparación con los centros de datos locales, al reducir el consumo de energía y las emisiones de carbono de cuatro formas principales: eficiencia de energía y refrigeración, mejor utilización del servidor, eficiencia del hardware y adquisición de energía renovable más óptima.

En general, Accenture afirma que las migraciones de centros de datos locales a computación en la nube verde pueden reducir las emisiones de dióxido de carbono (CO2) en 59 millones de toneladas por año, lo que equivale a sacar de circulación 22 millones de automóviles.

A continuación se detallan más detalles sobre cómo la eficiencia de energía y refrigeración, una mejor utilización de los servidores, la eficiencia del hardware y una adquisición más óptima de energía renovable pueden reducir el consumo de energía y las emisiones de carbono:

1) Eficiencia de energía y refrigeración

El consumo de energía de los centros de datos generalmente se mide utilizando una métrica de eficiencia conocida como eficacia del uso de energía (PUE). Específicamente, PUE es la relación entre la cantidad total de electricidad consumida por un centro de datos, incluida la distribución de energía y la refrigeración, con la cantidad de electricidad entregada a sus equipos de TI (siendo óptima una métrica más cercana a 1,0).

LEER MÁS: Cómo los centros de datos impactan el medio ambiente

Como se muestra a continuación, los proveedores de servicios en la nube (CSP) como Microsoft Azure, Google Cloud y Alibaba Cloud reportan un PUE materialmente más bajo (en el rango de 1,10 a 1,25) en comparación con el centro de datos promedio, que alcanza un PUE de 1,55, según el informe [2022 Global Data Center] del Uptime Institute. Encuesta](https://uptimeinstitute.com/about-ui/press-releases/2022-global-data-center-survey-reveals-strong-industry-growth).

Eficacia del uso de energía (PUE): nube frente a centro de datos

Incluso el operador de centros de datos de colocación más grande del mundo, Equinix, solo logra un PUE promedio anual de 1,48 en toda su cartera global. Además, Equinix espera lograr un PUE de solo 1,45 o menos para la construcción de su nuevo centro de datos ecológico.

LEER MÁS: Colocación – Definición, Significado, Centro de Datos, Servicios

Dos ejemplos de cómo la computación en la nube logra una eficiencia superior en energía y enfriamiento son i) aprovisionamiento dinámico y ii) multi-inquilino:

• Aprovisionamiento dinámico: los recursos de computación en la nube se pueden escalar dinámicamente para igualar la capacidad del servidor con la demanda real, lo que reduce el aprovisionamiento excesivo de equipos de TI. Por el contrario, los centros de datos locales suelen contar con un exceso de equipos de TI activos para garantizar que se satisfagan las demandas máximas del negocio.
• Multi-Tenancy: la computación en la nube atiende a múltiples usuarios al mismo tiempo, lo que agrega y aplana los patrones de demanda. Por lo tanto, la nube requiere menos capacidad incremental para satisfacer la demanda máxima general, en comparación con los centros de datos locales. Al agregar la demanda con otros clientes proveedores de servicios en la nube, las empresas pueden compartir y utilizar recursos de manera más eficiente.

Al utilizar los recursos de forma más eficaz, la computación en la nube ofrece una mayor eficiencia energética y de refrigeración.

2) Utilización del servidor

La computación en la nube utiliza virtualización, lo que permite que menos servidores en general se ejecuten a niveles de utilización altos, para satisfacer la misma demanda del usuario final. Por el contrario, las implementaciones de servidores locales a menudo logran una utilización promedio baja de solo entre el 10% y el 15% de la capacidad total. Como tal, las tasas de utilización de servidores en la computación en la nube son varias veces mayores que las de las implementaciones locales típicas.

En general, es más eficiente energéticamente ejecutar menos servidores altamente utilizados que una mayor cantidad de servidores con niveles de utilización bajos.

¿Por qué la virtualización es una tecnología de nube ecológica?

La virtualización es una tecnología de nube verde porque su eficiencia energética superior conduce a un menor consumo de energía. Además, ejecutar menos servidores resulta en última instancia en la generación de menos desechos de equipos eléctricos y electrónicos, también conocidos como desechos electrónicos. Finalmente, se puede alojar una cantidad menor de servidores en una instalación con un espacio total más pequeño, lo que significa una reducción en el tamaño de un centro de datos.

LEER MÁS: Virtualización de servidores: ¿Qué es? y ¿Cómo funciona?

3) Eficiencia del hardware

La computación en la nube se lleva a cabo en grandes centros de datos de “hiperescala”, con capacidades de energía considerables, que tienen la capacidad de optimizar la eficiencia del uso de la energía para que sean ecológicos. A su vez, los proveedores de servicios en la nube pueden implementar su hardware, incluidos servidores y equipos de red, de manera más eficiente.

Dado que los centros de datos en la nube tienden a ser edificios grandes y estandarizados, se puede optimizar a escala hardware más nuevo y más eficiente para los proveedores de servicios en la nube. Esto conduce a una mayor longevidad, modularidad y circularidad del hardware, todos componentes clave de la eficiencia.

4) Adquisición de energía renovable

Los proveedores de servicios en la nube (CSP) utilizan una combinación de energía renovable superior, como la eólica, solar e hidroeléctrica, que los centros de datos locales, lo que minimiza su huella de carbono. Dada la escala y la sofisticación de los CSP, están mejor posicionados para emplear dos mecanismos principales para adquirir energía renovable:

1. Abastecimiento directo: ubicar sus centros de datos adyacentes o cerca de fuentes de energía renovables, como parques eólicos y solares.
2. Asociaciones: uso de acuerdos de compra de energía (PPA), acuerdos virtuales de compra de energía (VPPA) y certificados de energía renovable (REC) para aumentar su combinación de energías renovables.

Dos factores clave permiten a los proveedores de servicios en la nube adquirir más fácilmente energía renovable. En primer lugar, los proveedores de servicios en la nube suelen ser los únicos inquilinos dentro de sus centros de datos. En segundo lugar, los proveedores de servicios en la nube tienen la capacidad de ubicar sus centros de datos cerca de fuentes de energía renovables.

Estudios de casos: Migración de computación local a computación en la nube ecológica

Estudios recientes de Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure y Alibaba Cloud muestran que la migración de un centro de datos local a la nube puede generar beneficios ecológicos que van desde una reducción de ~50% a ~80% en el consumo de energía y una disminución de ~70% a ~90% en las emisiones de carbono. A continuación se describen más detalles sobre los beneficios de estas migraciones a la nube:

• Amazon Web Services (AWS): informe técnico mostró que la mayoría de las empresas experimentarían una reducción del 80 % al 93 % en sus emisiones de carbono. huella migrando a AWS. Si bien incluso el 10 % de las organizaciones más eficientes recibirían una reducción del 72 % en su huella de carbono al migrar a AWS.
• Microsoft Azure: el estudio mostró que Azure Compute es entre un 52% y un 79% más eficiente desde el punto de vista energético que sus equivalentes informáticos implementados en centros de datos locales. Mientras que Azure Storage es entre un 71 % y un 79 % más eficiente energéticamente que los equivalentes de almacenamiento implementados en centros de datos locales.
• Alibaba Cloud: la investigación mostró que los clientes en China pueden evitar el 85,5% de sus emisiones informáticas migrando a Alibaba Cloud desde los centros de datos locales, impulsado en gran medida por la eficiencia de los centros de datos propiedad de Alibaba. Específicamente, los mayores ahorros de carbono provienen de una mejor efectividad en el uso de energía (PUE) y un menor consumo de energía de los servidores durante la fase de uso de un centro de datos.

LEER MÁS: Migración local a la nube: un viaje a AWS y Azure

Centros de datos ecológicos

Si bien el modelo de negocio de la computación en la nube impulsa una serie de eficiencias ecológicas, el centro de datos físico, que alberga sistemas informáticos, servidores, enrutadores, dispositivos de almacenamiento de datos y equipos de comunicaciones, también contribuye significativamente a reducir el consumo de energía y las emisiones de carbono.

Las iniciativas de centros de datos ecológicos se pueden dividir en cinco categorías principales: edificios ecológicos, energía renovable, eficiencia energética, gestión de agua y aguas residuales y gestión de residuos. A continuación se presentan más detalles sobre cada una de estas cinco categorías:

1) Edificios ecológicos

Los edificios ecológicos se refieren al diseño, construcción y mantenimiento de centros de datos sostenibles y edificios auxiliares, como edificios de oficinas y administrativos. Dependiendo de dónde esté ubicado geográficamente un centro de datos, se aplican diferentes certificaciones y estándares de construcción sustentable.

Por ejemplo, las certificaciones y estándares de centros de datos ecológicos más comunes, junto con sus correspondientes niveles de eficiencia energética, son:

1. LEED: Liderazgo en energía y diseño ambiental – apuntando a niveles Oro o Platino
2. BREEAM: Método de evaluación ambiental de establecimientos de investigación de edificios: objetivo en niveles muy bueno, excelente o sobresaliente
3. Marca Verde BCA: Autoridad de Edificación y Construcción (BCA) de Singapur – orientado a GoldPlus o Platinum
4. Globos Verdes: administrados por la Iniciativa de Construcción Ecológica (GBI) – dirigidos a tres o cuatro Globos
5. NABERS: Sistema Nacional Australiano de Calificación de Entornos Construidos – objetivo de 4,5 estrellas o mejor
6. ISO 14001: Gestión Ambiental
7. ISO 50001: Gestión de la energía

En China, el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información (MIIT), la Administración de la Oficina del Gobierno Nacional y la Administración Nacional de Energía publicaron conjuntamente la Guía para la promoción de la construcción de centros de datos ecológicos, así como el Plan de acción trienal para el desarrollo de centros de datos de nuevo tipo. Estas directivas ecológicas alientan a los nuevos centros de datos y la tecnología de la nube a seguir ciertos niveles de conservación de energía, que incluyen:

• Los centros de datos grandes y extragrandes de nueva construcción alcanzarán un PUE igual o inferior a 1,4 a partir de 2022 y 1,3 para 2025.
• Centros de datos recién construidos en regiones frías y heladas para lograr un PUE igual o inferior a 1,25

2) Energía renovable

La generación y adquisición de energía renovable en centros de datos ecológicos implica abastecimiento directo, acuerdos de compra de energía (PPA) y nueva tecnología de generador de respaldo:

Abastecimiento directo

El abastecimiento directo comprende la generación de energía renovable in situ, como la capacidad solar instalada, el biogás o las pilas de combustible de hidrógeno. Por ejemplo, las pilas de combustible de hidrógeno sitúan la generación de electricidad junto al consumo de energía, lo que mejora la eficiencia, elimina las pérdidas de transmisión y aumenta la resiliencia al quitar carga de la red.

En general, la energía procedente de pilas de combustible es entre un 20% y un 45% más limpia que la generación equivalente alimentada por gas natural de una empresa de servicios públicos.

Acuerdos de compra de energía (PPA)

Los operadores de centros de datos celebran acuerdos de compra de energía (PPA) con plazos contractuales que oscilan entre 10 y 20 años. Como parte de estos acuerdos, los operadores de centros de datos pueden comprar energía renovable y créditos de energía renovable de los productores a precios fijos. Estos acuerdos pueden ser PPA directos (físicos) o virtuales (financieros).

Como se destaca a continuación, los centros de datos ecológicos y los PPA crean una asociación entre un proveedor de energía renovable, como Brookfield, y un operador de centros de datos, como Amazon Web Services (AWS):

“Dadas las necesidades de los centros de datos, nuestro negocio de energía renovable y nuestro fondo de transición acaban de anunciar una asociación global con Amazon para ayudar a proporcionar centros de datos ecológicos. Y los centros de datos son grandes consumidores de electricidad y, por lo tanto, es de vital importancia obtener esa electricidad a partir de energías renovables”. -Sachin Shah, socio director y director de inversiones de Brookfield Asset Management

Generadores de respaldo

Actualmente, los generadores de respaldo que funcionan con diésel sirven como fuentes de energía auxiliares y de emergencia en los centros de datos. Específicamente, el combustible diesel se almacena a granel, en tanques de almacenamiento sobre el suelo para uso del generador de respaldo.

El uso de generadores de respaldo que funcionan con diésel suele ser la solución más económica para satisfacer las necesidades de energía de respaldo de un centro de datos. Sin embargo, cuando se utiliza (quema) este diésel genera emisiones, incluido dióxido de carbono (CO2), un gas de efecto invernadero.

Las soluciones a este problema incluyen la conversión de generadores de respaldo diésel in situ para que funcionen con combustibles no fósiles y neutros en carbono, como el biodiésel o el aceite vegetal hidrotratado (HVO).

3) Eficiencia Energética

Las iniciativas de eficiencia energética tienen como objetivo aumentar el rendimiento energético de los centros de datos ecológicos a través de sistemas de refrigeración innovadores, tecnología de nube ecológica y esquemas comunitarios de calefacción y refrigeración.

Sistemas de refrigeración

Se están instalando varios sistemas de refrigeración ecológicos e innovadores en los centros de datos, que pueden reemplazar o complementar las unidades tradicionales de aire acondicionado para salas de ordenadores (CRAC). Específicamente, esta tecnología de nube verde de bajo consumo incluye refrigeración líquida, refrigeración por evaporación, refrigeración gratuita, contención de pasillos fríos y calientes y almacenamiento de energía térmica en acuíferos (ATES):

• Refrigeración líquida: los servidores se sumergen directamente en líquido dieléctrico aislado con conductividad térmica. El refrigerante calentado por el servidor se bombea a una unidad intercambiadora de calor donde se enfría con aire frío natural del exterior. En última instancia, la refrigeración líquida puede reducir el consumo de energía hasta en un 30%, en comparación con los servidores refrigerados por aire convencionales.
• Enfriamiento Evaporativo: aprovechamiento de la energía del aire seco, así como de agua fría o aire frío a bajas temperaturas mediante el intercambio de calor y humedad entre agua y aire seco. Este método da como resultado una mayor eficiencia energética y hídrica.
• Free Cooling: sistemas que utilizan el aire frío natural fuera de los centros de datos para enfriar, lo que puede reducir o eliminar la dependencia del acceso al agua para la refrigeración.
• Contención de pasillos fríos y calientes: utiliza barreras físicas y sellos para segregar y reducir la mezcla de aire frío en los pasillos de suministro del centro de datos con el aire caliente en los pasillos de escape. A su vez, este enfoque reduce el consumo de energía y permite una refrigeración más eficiente.
• Almacenamiento de energía térmica en acuíferos (ATES): utiliza una serie de pozos para aprovechar temperaturas estables en las profundidades del subsuelo que actúan como un disipador de calor para disipar la energía térmica, mejorando la eficiencia del sistema de enfriamiento de un centro de datos.

Tecnología de nube verde

La tecnología de nube verde para centros de datos implica la implementación de sensores, controles e inteligencia artificial (IA) para la optimización, gestión y eficiencia de la planta. Como ejemplo, Alibaba Cloud atribuye su desempeño en sostenibilidad a una variedad de estrategias de ahorro de energía, como algoritmos de gestión impulsados ​​por IA y técnicas de refrigeración por agua.

Calefacción y refrigeración comunitaria

Los esquemas comunitarios de calefacción y refrigeración permiten que los centros de datos ecológicos ofrezcan mayores ahorros de energía y carbono a las comunidades locales. Más específicamente, al conectar los centros de datos a las redes locales de calefacción urbana, la energía residual procedente de los equipos de TI y los sistemas de refrigeración de un centro de datos se puede reutilizar y reciclar para calentar miles de hogares y empresas.

4) Gestión del agua y de las aguas residuales

El agua es un componente clave utilizado en los sistemas de refrigeración de los centros de datos. Por ejemplo, en 2021, los centros de datos de Facebook (MetaPlataformas) representaron más de 3.400 millones de litros (3,4 millones de metros cúbicos) de extracción de agua.

A continuación se muestra un desglose adicional del retiro de agua de Facebook (MetaPlataformas), por cada uno de sus centros de datos:

LEER MÁS: Ubicaciones de centros de datos de metaplataformas (Facebook)

Dado que los centros de datos consumen una cantidad tan significativa de agua, las siguientes iniciativas de centros de datos ecológicos relacionadas con el agua son importantes:

• Soluciones de refrigeración que ahorran agua (consulte “Sistemas de refrigeración” más arriba)
• Actualizaciones de la infraestructura hídrica, incluidos medición y presentación de informes.
• Sistemas de refrigeración compartidos, como circuitos de refrigeración de agua de río.
• Reducciones en el uso de químicos en el tratamiento del agua.
• Instalación de techos verdes o vivos, lo que resulta en la reducción de la escorrentía de aguas pluviales.
• Sistemas de captación de agua de lluvia.

LEER MÁS: Uso de agua del centro de datos: miles de millones de galones cada año

5) Gestión de residuos

La gestión de residuos para los centros de datos ecológicos se centra en la prevención y el control de la contaminación, incluida la reducción y el reciclaje de residuos. En particular, la cantidad de desechos de equipos eléctricos y electrónicos, también conocidos como desechos electrónicos, representa el 2% de la basura en los vertederos estadounidenses, pero el 70% de sus desechos tóxicos totales.

Por ello, es importante evitar los residuos electrónicos. Con este fin, los centros de datos ecológicos pueden pasar del uso de un sistema de alimentación ininterrumpida (UPS) estático a un UPS dinámico, lo que reduce la carga ambiental causada por el reciclaje de las baterías estáticas del UPS.

Además, los principios de la economía circular de reducir, reutilizar y reciclar son importantes cuando se consume hardware del centro de datos, que termina en desechos electrónicos.