Kdykoliv si pustíte video na YouTube nebo kliknete na článek na abicko.cz, elektrické signály putují přes internet klidně tisíce kilometrů daleko do datového centra. Tam konkrétní server – výkonný počítač – dostane pokyn, aby příkaz provedl a výsledek poslal na vaše zařízení. Datová centra jsou mozky moderního internetu.
Bez datacenter to nejde
Tyhle nenápadné, ale klíčové „továrny na informace“ běží 24 hodin denně, 365 dní v roce. Starají se o to, aby internet, hry, sociální sítě i umělá inteligence (UI) fungovaly rychle, spolehlivě a odkudkoliv. Budovy plné hučících serverů, kabelů a chladicích zařízení však představují samy o sobě nemalou inženýrskou výzvu.
Výzvy při stavbě: Proč datacentra potřebují energii a zabezpečení?
Moderní datová centra fungují téměř sama, nepotřebují početnou lidskou obsluhu. U menších zařízení stačí třeba pět lidí, u větších pár desítek. Samotná stavba datacentra je ale extrémně náročná a drahá. Architekti datových center totiž musí už před stavbou vyřešit řadu klíčových otázek.
V první řadě musí vybrat seismicky stabilní místo mimo záplavovou oblast, zajistit připojení k optickým sítím pro přenos dat, připojení k elektrické síti kvůli napájení, připojení k vodovodní síti kvůli chlazení, obstarat záložní napájecí zdroje pro případ výpadku elektřiny (tam je zase potřeba přivést plyn), vyřešit odvod tepla, které produkují servery. A k tomu všemu se musí inženýři postarat také o fyzické zabezpečení celého datacentra.
Spotřeba energie datových center: Od megawattů k jaderným elektrárnám
Za posledních dvacet let se architektura datacenter výrazně proměnila. Může za to jak růst internetu, tak v poslední době zejména příchod umělé inteligence. Ta je extrémně výpočetně náročná, což znamená, že i příslušná datacentra obrovsky narostla. Zatímco kolem roku 2000 se velikost datacentra měřila zastavěnou plochou nebo počtem serverů uvnitř, dnes se měří spotřebou energie.
Před 20 lety byla běžná datová centra se spotřebou v jednotkách až desítkách megawattů (výkon zhruba jedné menší farmy větrných elektráren), dnes se měří ve stovkách megawattů nebo dokonce gigawattech (výkon jaderné elektrárny). To znamená, že moderní datové centrum může odebírat tolik elektřiny, kolik vyrobí hned několik jaderných elektráren typu našeho Temelína.
Google a Microsoft: Budou mít datová centra vlastní jaderné reaktory?
Jenže když má datacentrum spotřebu jako světová metropole s miliony obyvatel – třeba jako Londýn nebo Paříž, není jeho stavba jen tak. Za prvé je potřeba ten obrovský příkon zajistit. Ti největší provozovatelé datacenter jako Google, Amazon, Facebook nebo Microsoft už dnes plánují si kvůli nim stavět vlastní jaderné reaktory. Často se také moderní datacentra staví přímo vedle už stojících elektráren.
Tak obrovská spotřeba energie s sebou ale přináší zásadní nesnáz: teplo. Servery generují obrovské množství ztrátového tepla, které se musí z datacenter odvádět. Systém aktivního chlazení – když čerpadla pohánějí chladicí vodu nebo ventilátory ženou vzduch – je klíčovou součástí každého datacentra.
Podmořská datacentra: Jak ochladit servery v hlubinách oceánu?
Odhaduje se, že až 40 % spotřeby elektřiny u moderního datacentra připadá právě na chlazení. Plánovači proto zkouší vymyslet, jak chlazení obrovských výpočetních systémů usnadnit a tím i zlevnit. Třeba tak, že datacentrum potopí pod vodu. V letech 2015–2020 rozjel Microsoft projekt jménem Natick.
Natick bylo jedno z prvních zkušebních podvodních datacenter. Inženýři naplnili podmořský kontejner připomínající ponorku až po okraj počítači. Aby se zabránilo korozi, byla kapsle naplněna dusíkem. Teplo ze serverů se přenášelo pasivně pomocí tepelných výměníků přímo do okolní vody.
Celkem 855 serverů zůstalo dva roky pod vodou v hloubce 36 metrů u pobřeží souostroví Orkneje. Tam se teplota pohybuje průměrně celoročně pohybuje kolem 8 °C. K elektřině byla kapsle připojena speciálním kabelem na pobřeží, který ji zásoboval elektřinou vyrobenou v solárních a větrných elektrárnách.
V západním světě i přes výhodu v chlazení zdarma ale podmořská datacentra prozatím zůstávají spíš okrajovou záležitostí. Naopak v Číně v roce 2023 společnost Highlander zprovoznila obří podmořské datacentrum o hmotnosti 1433 tun. Ukazuje se ale, že podmořská datacentra mají i řadu nevýhod. Především se obtížně servisují – nemůžete k nim jen tak poslat potápěče, aby opravili třeba nefunkční harddisk.
Na vodě místo pod vodou
Vědci z Floridské univerzity zjistili, že podmořská datacentra jsou snadno napadnutelná akustickým útokem. Jednoduchý bazénový reproduktor generující zvuk na frekvenci 5 kilohertzů (vysoké, pronikavé pískání) může způsobit nekontrolovatelné vibrace pevných disků a narušit provoz datacentra. Navíc nejsou ani změřené dopady ohřívání okolní vody na podmořskou faunu a flóru.
Společnosti Samsung a OpenAI to proto zkusily jinak – ohlásily spolupráci na plovoucích datacentrech. Ta si berou to nejlepší z obou světů. Nabízejí snazší chlazení a napájení, vyšší bezpečnost a navíc nezabírají místo na souši. Jsou navíc konstrukčně výrazně jednodušší a lépe opravitelná.
Vesmírná datacentra na orbitě: Budoucnost podle Amazonu a Blue Origin
S dosud nejodvážnějším nápadem umístění datacenter přišel Amazon. Ten je chce totiž rovnou vystřelovat do vesmíru, přesněji na zemskou orbitu. Jeff Bezos, šéf Amazonu, předpovídá, že během následujících deseti až dvaceti let se ve vesmíru postaví gigawattová datová centra napájená solární energií. Především kvůli růstu poptávky po UI.
Podle Bezose jsou hlavními výhodami vesmíru, resp. zemské orbity, nepřetržitý sluneční svit 24/7. Navíc tam nejsou žádné výkyvy počasí nebo nebezpečí zemětřesení. Na druhou stranu uznává, že se servisováním to nebude úplně jednoduché. A to ještě zapomněl zmínit sluneční vítr, který by mohl datová centra na orbitě výrazně ohrozit.
Přesto Bezos věří, že během příštích pár desetiletí se cenově pozemská a vesmírná datová centra vyrovnají. A orbitální datacentra nabídnou lidem na zemi podobně důležité výhody jako například komunikační satelity nebo ty pro předpovídání počasí. Také proto Jeff Bezos ve své vesmírné společnosti Blue Origin vyvíjí znovupoužitelné rakety podobné těm, které má SpaceX.
