2021年資料中心將持續面對氣候變遷的挑戰
文／Chris Demers（Supermicro永續發展部門經理）
隨著大眾對氣候變遷和有害廢棄物的環保意識日益增長，資料中心管理者也更加關注資料中心對於環境的影響。在這股風潮下，資料中心開始尋求效能更高的硬體、更最佳化的散熱技術、能夠降低能源消耗與減少電子廢棄物的綠色設計，並且更多地選用清淨能源。隨著資料中心營運商標榜自家的綠色解決方案可有助於減緩氣候變遷對環境造成的影響，並以此作為訴求來吸引客戶，此一趨勢在2021年將會更快速地發展。
未來資料量只會變多，不會變少。許多企業已在內部建置私有資料中心並且自行維運。企業在面對不斷成長的資料量時，如何降低資料中心對環境造成的衝擊？以下，我們將分別就四大面向來探討企業該如何建立更環保的資料中心。
一、如何使用更乾淨的能源？
資料中心可以使用清淨、再生能源，並同時降低成本。資料中心所使用的能源是決定管理者、企業與伺服器業者碳足跡最大的因素。而通常資料中心管理者能決定能源的選用來源。
全球許多市場已實現電網平價(grid parity)，安裝或採購風能和太陽能等清淨能源的成本與非再生能源一樣便宜。在台灣，根據經濟部能源局及環境資訊中心資料，目前太陽能躉購費率約3.7236至5.6707元，離岸風電的躉購費率則約為4.6568元。另台灣經濟研究院的資料顯示，根據國內微電網系統關鍵設備市場價格現況與未來價格趨勢分析，及電價每年成長3%的情境假設下，建置於本島地區的太陽光電系統發電均化成本預計於2025年前便可達到與市電平價水準，太陽光電整合儲能系統發電均化成本則預計於2025年至2030年間才可達到與市電平價。
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大多數隸屬經濟合作暨發展組織(OECD)的公營事業都允許商業客戶提供乾淨能源來替代石化原料，採購方式則包括透過公營事業本身、第三方購電協議(Purchase Price Allocation,PPA)或可再生能源憑證(Renewable Energy Certificate, REC)。
通常被認為最理想的發電方式是由資料中心擁有或控制的分散式可再生能源發電，但不一定總是能夠滿足資料中心的能源需求，幸好清淨的電網能源可以補強這一點。而更有效的在地部署能源儲存解決方案逐漸增加，成本也隨著電池技術的進步及規模擴展而逐漸下降。
所有資料中心業者都可以將採購清淨能源作為減少碳足跡和降低成本的基礎。
二、如何減少資料中心的耗電量？
減少資料中心耗電最有效的方法就是降低伺服器的散熱需求。伺服器在運作時會產生大量的熱能，溫度過高時，性能會開始下降或出現故障。為確保伺服器順利運作，機櫃和資料中心的設計必須能協助散熱。資料中心的平均溫度依設備而定，一般介於23°C~24°C。但根據Supermicro的綠色資料中心調查顯示，超過30%的資料中心出風口的溫度高於25°C，甚至有些高達29°C。隨著數據量的增加，資料中心的平均溫度也有上升的趨勢。
調整伺服器機櫃的設計和擺放位置，能有效改善伺服器的排風和散熱狀況。並排放置機櫃讓實體空間區分成冷、熱通道，能有效提升的運作效率。這種使用機櫃包圍通道的方式有助於散熱。最佳化暖通空調系統(HVAC)和氣流效率，更能有效維持資料中心合宜的溫度並減少電源成本。此外，可預先安排運作的優先順序，讓伺服器在臨近其最高運行溫度限制之下，充分運作以處理其工作負載，如此一來便可進一步減少散熱需求及企業的成本支出。
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其他降低冷卻耗能的方法包括在伺服器間架設更大型的風扇。散熱風扇通常置於伺服器後方，從上方將冷空氣帶進機箱。然而，大多數機架式伺服器本身都已內建單或雙風扇。使用額外風扇增加多餘的耗能。現在，伺服器元件採共用設計已蔚為趨勢，這將有效提高風扇等周邊硬體的效率。像是多節點伺服器和刀鋒伺服器等高密度系統採用共享風扇及電源供應器的設計，要比單一機架式伺服器須對應個別電源供應器的設計，更能提升10%至20%的電源使用效率。
現在還有一種趨勢，就是讓伺服器系統能承受更高溫的環境而不影響其穩定度。液冷/浸泡式散熱設計，或是改採寬溫式CPU、關鍵零組件及散熱功能更佳的機殼材質，可以大幅減少如風扇等散熱裝置，自然也減少了用電量。
三、如何在不增加資料中心的耗能的狀況下持續滿足更高的SLA需求？
新冠疫情迫使企業進行數位轉型。現代企業和IT相關單位採用更多的新軟體以及資料平台，好讓員工執行日常工作。企業為了滿足數位化工作型態以及日益增加的運算需求，對於資料中心的要求也變得更高。
這也進一步影響到資料中心業者與企業之間的服務層級協議，推動資料中心大幅提升其硬體建置。隨著企業需要愈來愈強大的運算能力，資料中心也必須增加更多高階伺服器來因應。然而，功能強大的伺服器也相對耗能。因此，資料中心在升級元件和技術時，必須審慎規劃。
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四、如何解決更新週期問題及電子廢棄物的產生？
根據華爾街日報報導，資料中心每年產生高達兩百萬噸的電子廢棄物。所造成的營運成本及環境問題，提升了人們對於組合式伺服器的興趣。組合式伺服器的任何一個組件，包括CPU、GPU、記憶體、I/O裝置、電源供應器、連網裝置或儲存裝置等，都可以獨立拆解及更換，不會影響其他組件的運作。
這使資料中心業者可以獨立汰換特定元件，無須更換伺服器或整個機櫃。此外，可輕鬆替伺服器換上速度更快、更節能的元件。如果換算成數字，一組機櫃級模組設計的伺服器能夠省下約45%到60%的硬體更新成本及高達60%的空調成本。透過這種方式，有助於降低成本及減少電子廢棄物的產生。未來組合式伺服器將成為趨勢，在提升生產力的同時也能減少對環境造成的衝擊。
其他可行的方法還包含尋找採用「環境友善設計」的硬體廠商，有助於減少電子廢棄物中的有害物質，並確保電子廢棄物的處理和回收業者不僅遵守當地法律，也熟悉《巴塞爾公約》對於有害廢棄物跨國運送的規範，並擁有ISO14001國際環境管理系統和電子產品負責任回收標準R2等關鍵認證。
作者簡介
Chris Demers 是Supermicro永續發展部門經理，致力於推動企業環境及社會行動。他過去曾擔任 SunPower Corporation 永續發展部門的資深經理，也曾任職於美國聯邦政府，推動海外援助改革及提升援助效益。擅長系統性思考的Chris相信，成功的企業都將快速擁抱循環經濟的發展理念。
