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打造「低碳雲端」世界 Google無碳能源願景

打造「低碳雲端」世界 Google無碳能源願景

2020-06-09 10:56

數據、娛樂、購物、通訊,我們生活的一切幾乎在雲端運作和實現。科技巨頭們不但掌握最多未來力量,這個龐大的數據科技網絡,在電力使用的選擇,對全球能源的消耗更有關鍵影響。所幸近年來,儘管運算需求爆炸增長,由於能源使用效率更高,電力耗能的增長趨緩。網路巨頭們也紛紛投入再生能源,打造低碳雲端世界。

非正式統計,2020年Google搜尋引擎的全球市佔率是 87.35%;2019年Google每天處理超過35億次搜尋,2020年每天處理2萬億次搜尋;YouTube 2019年每日活躍用戶約3000萬,每天觀看的影片數目達50億。而這只是網路服務的一部份例子。

 

我們日常所有雲端服務,依賴龐大的數據中心處理,而數據中心需要大量電力,確保伺服器、雲儲存備份等設備、冷卻系統等基礎設施順暢運行。如果只計算超大規模數據中心 (hyperscale datacenter,指有數十萬台至數百萬台伺服器組成的數據中心,大部分由網路巨頭所擁有) ,全球有超過500座,38%在美國,10%在中國,根據Synergy Research的研究,亞馬遜和微軟過去12個月建置最多數據中心,其次是Google和阿里巴巴。

 

數據中心的運算能力提升了550%,用電量卻只增加6%

 

許多非營利組織長期關注這些巨頭的數據中心是否使用清潔能源/再生能源。近期的一篇《科學》期刊文章,給了一些正面好消息。

 

《科學》指出這些數據中心不如一般人認為的高耗能,從2010年到2018年之間,數據中心的運算能力提升了550%,但用電量卻只增加6%,原因是處理器效能的改善,儲存設備所需的電力也變少。2018年數據中心伺服器的運算與2010年相比雖然成長了6倍、流量成長11倍、儲存成長26倍,但用電量只有205 TWh(太瓦小時),只比2010年增加6%,占全球用電量的1% (與2010年相當),低於人們常引用的數據中心消耗世界2%電量的統計數字。

 

因為硬體的用電效率大幅改善,伺服器虛擬化也讓運算能力增加6倍,伺服器能源使用只增加25%,因此超大規模數據中心 (hyperscale datacenter) 更有助於降低用電量,不管是個人或企業,轉移到基於雲端的運算服務就能立即減少能源耗損。美國勞倫斯伯克利國家實驗室 (Lawrence Berkeley National Laboratory) 2013 年的研究報告指出,如果將美國境內所有辦公室員工的作業環境都遷移到雲端,資訊科技耗用的能源將可減少高達 87%。

 

這些巨頭運作的超大規模數據中心,因為有商業誘因,所以比企業自己在本地的小數據中心,有更高的能源效率。他們的購電量越少,淨利空間越大;超大規模數據中心也使用更多便宜的再生能源,例如水電和風電。近年來,生產風能和太陽能等技術的成本急劇下降,在某些地區,再生能源是電網上最便宜的能源。 此外,再生能源讓Google等巨頭在運作全球業務時,大幅避免因油價波動產生的風險。

 

Google 的永續和無碳能源實踐

 

減少能源使用在Google已是超過10年的實踐。Google從2007年起一直保持碳中和,2019則是連續第三年使用100%再生能源,Google 目前致力於在所有數據中心,打造24x7的無碳能源 (carbon-free energy) 供應。

 

Google 部署了首創的碳智能平台 (carbon-intelligent computing platform) 架構,將雲端運算任務的時間,靈活地轉移到低碳能源供應最充足的時候。這個做法完全不需要額外的硬體,也不會影響全球全天候依賴的Google服務如搜索,地圖和YouTube。同時,轉移非急迫性任務的運算時間,也有效減少電網的碳足跡,邁向24x7無碳能源的目標。

 

一直以來,Google在數據中心的創新來自於從頭自建基礎設施,而不是購買既有的設施;他們為所有數據中心配置高效能的伺服器,使用機器學習技術監測和改進電力使用效率 (power-usage-effectiveness, PUE) ,開發了智慧型的溫度、燈光及冷卻控制器等,Google數據中心的能源效益約是一般企業數據中心的兩倍,所使用的能源比一般數據中心少很多。

 

大部分的數據中心在非運算資源 (又稱間接用電,例如冷卻和電壓轉換) 上所消耗的能源,幾乎與伺服器耗用的一樣多。但Google 將間接用電減少到只有 11%;大多數的能源都能直接用來供應 Google 搜尋和產品服務。

 

Google的碳智能平台將遍布全球的數據中心都納入效能計算範圍,並計算一整年的用電效能。

 

透過智能運算的靈活性,Google實現了最精確又高效的無碳目標,在不同時間、不同數據中心之間配置運算任務,最大程度地減少電網上的碳排放量,滿足全球用戶的同時,又達到何時何地都環境友善,這對於重度依賴科技的我們,未嘗不是一個稍感安慰的消息。

 

參考資料:

Data-center power consumption holds steady

https://www.ithome.com.tw/news/136076

https://www.google.com/intl/zh-TW/about/datacenters/efficiency/

Our data centers now work harder when the sun shines and wind blows

 

作者簡介_Judy吳家鈴 史丹福大學傳播碩士,長期任職軟體科技新創,曾於美國、香港和大陸工作,與夥伴成立跨地域的環保永續組織 pta植物聯盟,目前投入環境永續發展和ESG議題的推廣與諮詢。

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