أزمة مركز البيانات التي تلوح في الأفق

كل بريد إلكتروني يتم إرساله، أو صورة أو مقطع فيديو يتم التقاطه، أو تداول رمز مميز للعملات المشفرة، أو نشر مقال عبر الإنترنت، يضيف إلى الكتلة المتزايدة من البيانات الرقمية في جميع أنحاء العالم.

في العام الماضي وحده، تم إنشاء واستهلاك ما يقرب من 100 تريليون جيجا بايت من البيانات، وفقًا لمجموعة البيانات الدولية لأبحاث السوق، أي ما يعادل 4.5 تريليون ضعف محتويات النص بالكامل في ويكيبيديا. وسوف يتضاعف هذا الرقم مرة أخرى تقريبًا بحلول عام 2025.

وتدعم هذا النمو مراكز البيانات كثيفة الاستهلاك للطاقة في جميع أنحاء العالم والتي تقوم بمعالجة المعلومات الرقمية واستضافتها وتخزينها، ولكنها سرعان ما أصبحت غير كافية من حيث القدرة.

ويسعى المطورون جاهدين لتوسيع المراكز الحالية أو بناء مراكز جديدة لتلبية الطلب. يتواصل عدد متزايد من الأشخاص والأجهزة عبر الإنترنت؛ تضم خدمات البث مثل Netflix وSpotify ملايين المستخدمين المتزامنين؛ وقد أدى ظهور العملات المشفرة وأساليب التعدين التي تعتمد على المعالجة الثقيلة إلى زيادة الضغط. استهلك تعدين وتداول عملة البيتكوين ما يقرب من ثلاثة أضعاف الكهرباء في جزيرة أيرلندا بأكملها في العام الماضي، وفقًا لتقديرات مركز كامبريدج للتمويل البديل.

إن اعتمادنا على مراكز البيانات لتشغيل الحياة الحديثة سوف يصبح أكثر رسوخاً. يقول بيتروك تايلور، محلل الأبحاث في شركة Statista التي تغطي مراكز البيانات والاتصالات، في السنوات المقبلة: “اثنان من أكبر المحركات سيكونان الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء”. “تحتاج خوارزميات الذكاء الاصطناعي هذه إلى كميات هائلة من بيانات التدريب، وعندما تصبح أكثر تعقيدًا، فإنها (ستحتاج) إلى المزيد من البيانات التي تمت تصفيتها.”

تتطلب نماذج اللغات الكبيرة، مثل GPT-4، التي تعمل على تشغيل ChatGPT، قدرًا هائلاً من قوة الحوسبة من أجل الإنشاء والتحسين. في حين أن OpenAI، الشركة التي تقف وراء ChatGPT، لا تنشر أرقامًا دقيقة، فإن نموذجها الأقدم، GPT-3، يقدر أن يكلف ما بين 3.2 مليون دولار و4.6 مليون دولار من طاقة المعالجة للتدريب. بالنسبة لتدريب GPT-4، قفزت التكلفة إلى أكثر من 100 مليون دولار، وفقًا لتقدير سام ألتمان، الرئيس التنفيذي لشركة OpenAI.

إن حل أزمة مركز البيانات التي تلوح في الأفق ليس بالأمر السهل مثل مجرد إنشاء عمليات جديدة، أو توسيع العمليات الحالية. ويجب على المطورين التغلب على العقبات بما في ذلك قيود التخطيط المحلي، والحاجة إلى زيادة توليد الكهرباء وتحديث أنظمة النقل الوطنية.

وفي المناطق التي تستضيف مجموعات من مراكز البيانات، تحد هذه القيود من تطوير مراكز جديدة، مما قد يجبر المطورين على البحث في أماكن أخرى.

كما أثارت كمية الكهرباء التي تستهلكها مراكز البيانات تساؤلات حول استدامتها – وتأثيرها على أهداف صافي الصفر في البلدان.

يقول مارك تورنر، الشريك في شركة بارينجا لاستشارات الطاقة: “من الممكن بالتأكيد استيعاب هذا النمو في الطلب وإزالة الكربون والحصول على ما يكفي من التوليد”. “لكن الموازنة بين كل هذه الأشياء تصبح صعبة بشكل خاص.”

تشريح مركز البيانات

يحتوي الكمبيوتر الشخصي على قرص صلب لتخزين البيانات، ومعالج قادر على تعديل تلك البيانات، وأجهزة شبكات للاتصال بالإنترنت، وبطارية أو مصدر طاقة لتوفير الطاقة اللازمة لكل ذلك. عندما تمر الكهرباء عبر أجهزة الكمبيوتر المحمول الخاص بك، فإنها تنتج حرارة يتم تبريدها بواسطة مروحة.

تأخذ مراكز البيانات هذه المفاهيم الأساسية للكمبيوتر القياسي وتوسعها إلى مستوى هائل. بدلاً من محرك أقراص ثابت واحد على جهاز الكمبيوتر الخاص بك لتخزين الصور ومقاطع الفيديو المنزلية، سيحتوي مركز البيانات على عدة آلاف من محركات الأقراص الثابتة والمعالجات القوية داخل “الخوادم” التي تقوم بتخزين ومعالجة واستضافة كميات هائلة من البيانات، على سبيل المثال كتالوج الفيديو بأكمله موقع YouTube.

يتم تخزين مجموعات كبيرة من الخوادم في صفوف من “الرفوف” كثيفة الاستهلاك للطاقة والتي تنتج كميات لا تصدق من الحرارة. تتطلب هذه الحرارة أنظمة تبريد متخصصة لتنظيمها. يجب الحفاظ على مركز البيانات في درجة حرارة تتراوح بين 18 إلى 27 درجة مئوية لمنع تدهور الأجهزة.

مراكز البيانات لديها هياكل ملكية مختلفة. يمكن للمؤسسات بناء مراكز البيانات الخاصة بها وتشغيلها لتلبية احتياجاتها الخاصة، وقد يكون ذلك مفضلاً للعمليات الحكومية أو العسكرية الحساسة للأمن. على الطرف الآخر من المقياس، يمكن استئجار مساحة الخادم لفترات قصيرة من الشركات التي تمتلك وتدير مراكز البيانات المعروفة باسم “مقدمي الخدمات السحابية”، مثل Amazon Web Services أو Google Cloud. بغض النظر عن كيفية عملها، تتطلب جميع مراكز البيانات مصدرًا كبيرًا من الكهرباء الموثوقة لتشغيل أجهزتها وأنظمة التبريد الخاصة بها.

في حين أن كفاءة استخدام الطاقة في مراكز البيانات قد تحسنت بشكل كبير في العقد الماضي، إلا أن الطلب المتزايد باستمرار على البيانات أدى إلى زيادة في الاستخدام الإجمالي للطاقة.

يتم قياس كفاءة استخدام الطاقة في مركز البيانات على مقياس فعالية استخدام الطاقة (PUE)، والذي يساوي إجمالي الطاقة الداخلة إلى مركز البيانات مقسومًا على إجمالي الطاقة المستخدمة لتشغيل المعدات داخله. لذا فإن الكفاءة المثالية ستحصل على درجة PUE تبلغ 1.

حتى عام 2018، كانت مراكز البيانات تحقق مكاسب كبيرة في كفاءة استخدام الطاقة، وذلك بسبب الدمج والتحسينات في أنظمة التبريد. ومع ذلك، فقد استقرت مكاسب الكفاءة هذه.

عندما تتقارب مسارات الألياف

ونظرًا لعوامل مثل الجغرافيا والمناخ والوصول إلى القوى العاملة الماهرة، تميل مراكز البيانات إلى التجمع جغرافيًا؛ وتشمل المراكز الكبرى دبلن وأمستردام وزيوريخ وفيرجينيا.

تقدر شركة Structure Research، وهي شركة استشارية تركز على البنية التحتية للإنترنت، أن مراكز البيانات استهلكت الكهرباء بما يعادل حوالي 1 في المائة من إجمالي الطلب على الطاقة في العالم العام الماضي. ومع ذلك، بسبب التجمع، لا يتم توزيع الطلب على الكهرباء بالتساوي في جميع أنحاء العالم.

يقول تيرنر، الذي أجرى أيضًا أبحاثًا حول تفاصيل سوق مراكز البيانات الأيرلندية، إن المراكز الأكثر نشاطًا لديها “روابط مع الألياف الأساسية التي تمر عبر قارات مختلفة”. “هذا هو المكان الذي تفوز فيه أماكن مثل أمستردام ودبلن حقًا، لأن لديهم الكثير من طرق الألياف المتقاربة في مكان واحد.”

هناك 82 مركز بيانات عامل في جمهورية أيرلندا، على سبيل المثال، معظمها في منطقة دبلن الكبرى. 40 أخرى حصلت على موافقة التخطيط و12 قيد الإنشاء، وفقا لشركة بيت باور، وهي شركة أبحاث السوق الأيرلندية.

استهلكت هذه المراكز 19 في المائة من إجمالي استخدام الطاقة في أيرلندا في عام 2022. ومن المقرر أن ترتفع هذه الحصة إلى 28 في المائة بحلول عام 2031، وفقا لشركة إيرغريد، مشغل نظام النقل الأيرلندي. بسبب المخاوف بشأن قدرة شبكتها، توقفت إيرغريد عن إصدار اتصالات شبكة جديدة لمراكز البيانات في منطقة دبلن حتى عام 2028.

يقول تورنر: “هناك بالتأكيد رغبة في تعزيز الشبكة حول دبلن”. “من الصعب جدًا القيام بذلك بالرغم من ذلك. . . خصوصًا للحصول على تصريح التخطيط الصحيح، وبشكل عام، من الصعب جدًا التخطيط للأسلاك الجديدة خاصة في المناطق المبنية.

إن مشكلات إمدادات الطاقة ونقلها ليست فريدة من نوعها بالنسبة لأيرلندا. تفتخر ولاية فيرجينيا الأمريكية بواحدة من أكبر مجموعات مراكز البيانات في الولايات المتحدة – 27 في المائة من إجمالي سعة مراكز البيانات في الولايات المتحدة، وفقا لشركة Structure Research. وتستهلك مراكزها البالغ عددها 300 مركزا 20 في المائة من إجمالي الطلب على الكهرباء في الولاية.

وشركات التكنولوجيا التي تشعر بالقلق إزاء كيفية تأثير هذا المستوى من الطلب على البيئة، تخطط وتستثمر في خدمات سحابية أكثر استدامة. أعلن ساندر بيتشاي، الرئيس التنفيذي لشركة Google، في عام 2020 عن “الالتزام بالعمل على طاقة خالية من الكربون على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع في جميع مراكز البيانات والحرم الجامعي لدينا في جميع أنحاء العالم” بحلول عام 2030.

وتخطط الشركة لشراء طاقة نظيفة على مدار الساعة في الأسواق التي تعمل بها، كما تستثمر في مصادر الطاقة المتجددة. وقد قدم مشغلو مراكز البيانات الآخرون تعهدات مماثلة لإزالة الكربون من شبكاتهم.

تبرز مراكز البيانات كلاعبين مهمين في سوق الطاقة بالجملة، وقادرة على التأثير على اتجاه الاستثمار في توليد الطاقة.

وفي إبريل/نيسان، أبرمت شركة جوجل اتفاقية قوة شرائية مباشرة لشراء 150 ميجاوات من طاقة الرياح من شركة أورستيد، وهي شركة طاقة دنمركية تدير مزارع الرياح في الولايات المتحدة.

يمكن أن تساعد اتفاقيات الطاقة هذه التي أبرمها مشغلو مراكز البيانات في تأمين التمويل للبناء من خلال ضمان تدفق دخل ثابت لمقدمي الطاقة النظيفة لعدد من السنوات. يقول أحد المطلعين على شؤون الطاقة لصحيفة “فاينانشيال تايمز” إن “اتفاقيات الطاقة الشرائية هي أحد العوامل الرئيسية التي تقرر ما إذا كان سيتم بناء مزرعة رياح أم لا”.

ويشير هذا، كما يقول تيرنر، إلى أن المراكز الجديدة يمكن أن تلعب دورًا في تلبية الطلب المستقبلي، إلى جانب توسيع المراكز الحالية.

ويقول: “ربما كانت المواقع الجيدة الأكثر وضوحًا هي تلك التي تم تطويرها بالفعل”. “في بطاقة أداء العوامل المتعلقة بالمكان الذي تحدد فيه مركز البيانات الخاص بك، فإن توفر مساحة كافية وقدرة على الشبكة، وتوافر طاقة منخفضة الكربون، بسعر منخفض بشكل مثالي – (الأخير) أصبح أكثر أهمية. وهذا قد يدفع المشغلين إلى البحث في مكان آخر.”