مراكز البيانات الخضراء

[تصغير|325بك|ممر داخلي بين صفوف الخوادم في مركز بيانات 123Net في [ساوثفيلد (ميشيغان)|ساوثفيلد، ميشيغان]]

**مراكز البيانات الخضراء** أو **مراكز البيانات المستدامة** هي منشآت تقدم خدمات تعتمد على تقنيات موفرة للطاقة. لا تحتوي هذه المراكز على أنظمة متقادمة مثل الخوادم غير النشطة أو قليلة الاستخدام، وتُدار باستخدام تقنيات حديثة أكثر كفاءة.

ومع النمو المتسارع لاستخدام الإنترنت، ازداد استهلاك الطاقة في مراكز البيانات بشكل كبير. وبسبب التأثير البيئي الناتج، وزيادة الوعي العام، وارتفاع تكاليف الطاقة، إلى جانب الضغوط التشريعية، أصبح من الضروري على الشركات اتباع سياسات بيئية مستدامة. ولهذه الأسباب، أصبح إنشاء مراكز بيانات مستدامة ضرورة بيئية وتجارية.

## استخدام الطاقة
أدى التوسع في استخدام تقنيات الحوسبة عالية الأداء إلى استبدال استهلاك الطاقة بتحقيق أداء أعلى. وتشير تقديرات الصناعة إلى أن مراكز البيانات تستهلك بين 3 إلى 5 بالمئة من الطاقة العالمية. ووفقًا لاستبيان "AFCOM State of the Data Center"، فإن 70٪ من مزودي خدمات مراكز البيانات أشاروا إلى أن كثافة الطاقة لكل رف/راك قد ازدادت بشكل ملحوظ منذ عام 2013.

ولذلك، اضطر المديرون إلى البحث عن طرق جديدة لتشغيل مراكز البيانات باستخدام مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الكهرومائية، والطاقة الشمسية، والطاقة الحرارية الجوفية، وطاقة الرياح. كما تم تطوير تقنيات أكثر كفاءة لتقليل استهلاك الطاقة.

تصغير|مولد طاقة كهرومائية في مركز بيانات لايت، سويسرا

## مؤشرات القياس
تم تطوير عدة مؤشرات لقياس كفاءة الطاقة في مراكز البيانات. يُعد كل من فعالية استخدام الطاقة (PUE) وفعالية استخدام الكربون (CUE) من أبرز هذه المؤشرات، وقد طوّرتهما منظمة ذا غرين غريد، وهي اتحاد عالمي يهدف إلى تحسين كفاءة استخدام الطاقة في مراكز البيانات.

### فعالية استخدام الطاقة
طُوّر مؤشر PUE سنة 2007، واقترح خطوطًا إرشادية جديدة لقياس استهلاك الطاقة في مراكز البيانات:

:  \mathrm{PUE}  =  {\mbox{Total Facility Power} \over \mbox{IT Equipment Power}} 

تمثل هذه النسبة مقدار الطاقة الإضافية التي يحتاجها مركز البيانات لتشغيل المعدات مقابل كل واط يصل فعليًا إلى معدات تكنولوجيا المعلومات. وأفضل قيمة ممكنة لهذا المؤشر هي 1، ما يعني عدم وجود استهلاك إضافي للطاقة. عند اعتماد هذا المؤشر، كانت المعدلات الصناعية تتراوح بين 2.5 و3. ومع تطور الممارسات، انخفض هذا المتوسط إلى نحو 1.7. وقد ساعد هذا المؤشر في تحويل قطاع مراكز البيانات نحو تبني كفاءة الطاقة.

## شهادات الاعتماد
تصغير|100بك|شهادة ليد البلاتينية
تصغير|70بك|شعار Energy Star

يمكن لمراكز البيانات في الولايات المتحدة التقدم للحصول على اعتماد "مركز بيانات أخضر". يُعد نظام التقييم الأكثر استخدامًا للمباني الخضراء هو LEED، والذي طوّره مجلس المباني الخضراء الأمريكي. يتوفر هذا النظام في عدة فئات، ويمكن أن تحصل مراكز البيانات على شهادة فضية، ذهبية أو بلاتينية. وتُمنح الشهادة البلاتينية للمراكز التي تحقق أعلى مستويات البناء البيئي المسؤول وكفاءة استخدام الموارد.

كما يمكن اعتماد مراكز البيانات من خلال البرنامج الوطني لكفاءة الطاقة في مراكز البيانات التابع لـنجمة الطاقة، والذي يُعد جزءًا من مبادرة مشتركة بين وكالة حماية البيئة الأمريكية ووزارة الطاقة الأمريكية. يمنح البرنامج اعتمادًا للمباني والمنتجات الاستهلاكية ذات الكفاءة العالية في استخدام الطاقة. ولا تحصل على هذا الاعتماد إلا مراكز البيانات التي تقع ضمن أعلى 25٪ من حيث الأداء الطاقي.

## التقنيات
توجد عدة تقنيات تهدف إلى زيادة الكفاءة وتقليل استهلاك الطاقة في مراكز البيانات.

### الخوادم منخفضة الاستهلاك للطاقة
تُعد الخوادم منخفضة الاستهلاك أكثر كفاءة من الخوادم التقليدية في مراكز البيانات. وهي تستخدم تقنيات مستمدة من حوسبة الهواتف الذكية، والتي توازن بين الأداء واستهلاك الطاقة. وقد طُرحت أولى هذه الخوادم في عام 2012 من قبل شركات كبيرة مثل ديل وهيوليت باكارد. وعند استخدامها بالشكل الصحيح، يمكن أن تكون أكثر كفاءة بكثير وتُحدث تأثيرًا كبيرًا على كفاءة مركز البيانات، من خلال تقليل استهلاك الطاقة وتكاليف التبريد.

### مراكز البيانات المعيارية
تصغير|مركز بيانات معياري من IBM
مركز البيانات المعياري هو مركز بيانات محمول يمكن تركيبه في أي مكان تتطلب فيه السعة. تتميز هذه المراكز بسرعة النشر، والكفاءة في استهلاك الطاقة، والكثافة العالية، مقارنة بمراكز البيانات التقليدية. وقد أصبحت هذه المراكز المسبقة التجهيز شائعة على نطاق واسع. على سبيل المثال، يدعم مركز HP EcoPod المعياري أكثر من 4000 مركز بيانات، ويحقق نسبة PUE تبلغ 1.05 باستخدام تبريد الهواء الحر.

### التبريد بالهواء الحر
تصغير|مخطط لممر بارد مُحتوى مقابل ممر تقليدي غير مغلق

تستخدم أنظمة التبريد بالهواء الحر الرياح الخارجية بدلًا من وحدات تكييف الهواء التقليدية في غرف الخوادم (CRAC). ورغم أن الهواء الخارجي يحتاج إلى ترشيح وترطيب، فإن كمية الطاقة اللازمة للتبريد بهذه الطريقة أقل بكثير. وتُعد درجة حرارة الهواء الخارجي عاملاً مهمًا، لذا يلعب موقع مركز البيانات دورًا حاسمًا في إمكانية استخدام هذه التقنية.

### احتواء الممرات الساخنة والباردة
في هذه التقنية، تُرتب رفوف الخوادم بحيث تكون واجهاتها الخلفية متقابلة، وتُغلق الممرات لاحتواء تدفق الهواء. في احتواء الممر الساخن، يُضخ الهواء الساخن الناتج من الخوادم إلى وحدات التبريد، بينما في احتواء الممر البارد، يُضخ الهواء البارد إلى الممرات المغلقة. كلا النظامين أكثر فاعلية من تقنيات التبريد التقليدية، ويساهمان في تقليل استهلاك الطاقة. وعلى الرغم من صعوبة تنفيذ احتواء الممر الساخن، إلا أنه يُعد أكثر كفاءة.

### إعادة استخدام الحرارة المهدورة
تُطلق مراكز البيانات أكثر من 98٪ من استهلاكها للكهرباء على شكل حرارة. ويمكن إعادة استخدام هذه الحرارة في تطبيقات محلية، ما يجعل مركز البيانات يعمل كنظام تدفئة مغلق بدون نفايات. من الأمثلة على ذلك:

* مركز بيانات IBM في سويسرا، حيث تُستخدم الحرارة لتدفئة مسبح محلي.
* مراكز Yandex وAcademica في فنلندا، والتي توفّر التدفئة لما بين 500 إلى 1000 منزل.
* شركة أمازون التي أعادت استخدام حرارة مركز بيانات لمشروع بيئي في سياتل.

### الترطيب بالموجات فوق الصوتية
تُعد نسبة معينة من الرطوبة ضرورية لمنع تلف الخوادم والأجهزة. يستخدم الترطيب بالموجات فوق الصوتية الأمواج فوق الصوتية لتوليد الرطوبة، ويستهلك طاقة أقل بنسبة 90٪ مقارنةً بالطرق التقليدية مثل أجهزة الترطيب بالبخار المقاوم.

### التبريد التبخيري
يُقلل التبريد التبخيري من الحرارة عن طريق تبخير الماء. وتُستخدم طريقتان رئيسيتان: وسائد التبخر وأنظمة الرش عالية الضغط. في طريقة وسائد التبخر – وهي الأكثر شيوعًا – يُسحب الهواء عبر الوسائد، مما يؤدي إلى تبخر الماء وتبريد الهواء. أما التقنية الأخرى، وهي أنظمة الرش عالية الضغط، فتتطلب مساحة أكبر وتستهلك طاقة أكثر بسبب الحاجة إلى تشغيل المضخات. يعتمد التبريد التبخيري بشكل كبير على الموقع الجغرافي والموسم، نظرًا لتأثيرهما في مستويات رطوبة الهواء. وبالمقارنة مع أنظمة التبريد الميكانيكية التقليدية، يستهلك التبريد التبخيري طاقة كهربائية أقل بكثير.

### الطاقة النووية
تتجه شركات التقنية بشكل متزايد نحو الطاقة النووية كمصدر موثوق ومنخفض الكربون للطاقة في مراكز البيانات. ومع تزايد استهلاك البيانات، تزداد الحاجة إلى مصادر طاقة مستقرة وقابلة للتوسع. وتوفر الطاقة النووية خرجًا ثابتًا يمكنه دعم الطلب العالي لمراكز البيانات الكبرى. بدأت شركات مثل مايكروسوفت في استكشاف إمكانية استخدام الطاقة النووية، بما في ذلك المفاعلات المعيارية الصغيرة (SMRs)، من أجل تقليل بصمتها الكربونية وضمان موثوقية الطاقة. ومع ذلك، لا تزال التحديات مثل التكاليف العالية، والعقبات التنظيمية، والمخاوف العامة بشأن السلامة والتخلص من النفايات، تعيق تبني هذه التقنية على نطاق واسع.

### مراكز البيانات التي تعمل بالتيار المباشر
مراكز البيانات التي تعمل بالتيار المباشر هي مراكز تُنتج تيار مباشر محليًا عبر ألواح شمسية وتخزن الكهرباء داخل الموقع في محطة تخزين كهربائية بالبطاريات. وبما أن الحواسيب تعمل على التيار المباشر، فإن الحاجة إلى تحويل التيار المتردد من شبكة الكهرباء تُلغى. ورغم ذلك، يمكن للموقع استخدام التيار المتردد كحل احتياطي. وتُظهر بعض الدراسات أن هذه المراكز يمكن أن تكون أكثر كفاءة بنسبة 10٪، وتستهلك مساحة أرضية أقل بسبب عدم الحاجة لمعدات التحويل.

### الاستثمارات في مراكز البيانات الخضراء
وفقًا لدراسة جديدة أجرتها شركة Arizton Advisory & Intelligence، بلغ إجمالي الاستثمارات في سوق مراكز البيانات الخضراء على مستوى العالم نحو 35.58 مليار دولار أمريكي في عام 2021، ومن المتوقع أن ينمو بمعدل نمو سنوي مركب (CAGR) بنسبة 7.6٪.

وتُعد المكونات الكهربائية القابلة للتحلل الحيوي إحدى نتائج التقدم التقني المستدام. فهذه المكونات صُممت لتتحلل عضويًا، مما يُقلل من الأثر البيئي والنفايات الإلكترونية. ويسهم دمج المواد القابلة للتحلل في تجهيزات مراكز البيانات في دعم عمليات أكثر استدامة، بما يتماشى مع توجهات الحوسبة الخضراء.
## المراجع

تصنيف:الحواسيب والبيئة
تصنيف:مراكز بيانات