(Daily Issue)人才短缺、供電不足、環境壓力 資料中心商機無限 產業挑戰也多
業界早已意識到資料中心營運耗水耗電的問題，正在尋求各種各樣的解決方式。法新社
諮詢機構SkyQuest估計，2021年全球資料中心市場達到2,200億美元規模，且預估到2028年，將以每年平均5.10%的速度，成長至3,116億美元。然而，在龐大商機的背後，也存在諸多尚待克服的挑戰，例如營運上面對特殊技術人員的不足、當地水電供應的短缺，乃至社會對資料中心碳足跡與佔用資源的疑慮等，諸多議題皆待探討。
據Uptime Institute 2021年度資料中心調查的研究估計，2025年全球相關工作人員需求將達到將近230萬人。此外，有32%受訪者表示難以留住員工，47%在公開招募方面難以找到合適的人才；施耐德電機(Schneider Electric)觀察到，近來資料中心需求呈爆炸性成長，但人才短缺問題卻一直是個重大挑戰，對於其他相關產業也有潛在影響。
全球資料中心工作負載與耗能趨勢
為應對此一問題，名為施耐德電機大學的數位教育平台，近期宣布推出一連串更新。平台不僅開放全球免費線上使用，更支援高達14種語言，希望協助使用者升級技能，跟上資料中心最新技術、永續發展與能源效率倡議的發展腳步。
用水用電面臨巨大壓力 排擠民生憂變惡鄰
資訊科技基礎設施的密度與能源消耗與日俱增，連帶冷卻技術的重要性愈來愈受到重視。然而與此同時，全球許多地區的用水壓力有上升的趨勢，相關產業已經意識到，有減少用水的必要。
在歐盟的支持下，由產業界自身於2021年初發起的氣候中立資料中心協定(CNDCP)，屬歐盟執委會(EC)歐洲綠色政綱(European Green Deal)的一部分，許多資料中心營運商與貿易團體都有參與簽署，包括微軟(Microsoft)、Google、亞馬遜(Amazon)AWS等知名雲端服務商皆名列其中。CNDCP目標是針對五大項目，在2025與2030年前達成一定指標，即能源效率、乾淨能源、水資源保護、循環經濟與循環能源系統。
CNDCP希望提升資料中心的用水效率，並以每度(千瓦．時)運算能力耗用0.4公升以下的水量為目標。除了此一指標外，其他指標還會將不同地區的水資源壓力，以及非飲用水使用比例列入考慮。CNDCP認為，透過區分水資源可否飲用，鼓勵資料中心多使用雨水或灰水(gray water)。
然而，CNDCP給出的期限是到2040年，卻未免有要求過於寬鬆而緩不濟急之嫌。CNDCP說明，之所以訂為2040年，是考慮到現有冷卻系統的生命周期，以及初期汰換設備時的實體碳排放(embodied carbon)成本，從中可見兼顧營運成本與永續發展的兩難。
近期，美國最大資料中心市場面臨因電線不足、電力傳輸容量不夠而導致的電力短缺問題。據旗下擁有全球超過290座資料中心的不動產投資信託公司Digital Realty表示，收到電力供應商Dominion Energy向客戶發出的通知，指出在維吉尼亞州勞登郡(Loudoun County)東部受到阻滯之故，可能導致電力傳輸延誤問題持續到2026年。
勞登郡號稱是全球最大資料中心聚集地，既有資料中心總佔地達到2,500萬平方英尺，還有另外的400萬平方英尺目前仍在開發中。但勞登郡潛在的電力供應延遲問題，可能導致許多資料中心建設案轉移到鄰近的威廉王子郡(Prince William)，甚至跨州到馬里蘭州菲德里克(Frederick)。後兩者也都號稱是重要的資料中心聚落。但按照地理位置來看，威廉王子郡與勞登一樣位於維吉尼亞州北部，難以排除受到電力問題影響的可能性。
據負責管理美國東部電網的PJM Interconnect備忘錄指出，勞登所在的維吉尼亞州北部資料中心聚落，目前正經歷前所未有的負載量成長速度，且預計在2027年以後還將持續成長下去。從中可以預見，電力問題將造成多大的衝擊。Dominion表示，近年來在北維吉尼亞州，資料中心產業大幅成長，公司針對新基礎建設已做出大量投資，滿足不斷上升的電力需求。但如今產業成長速度加快，電力傳輸限制問題預期將衝擊大客戶新增的輸電線。
Dominion強調，電力問題不會影響到居民或小型企業。然而，資料中心耗電量龐大的問題遭詬病已久，即便使用的是綠能，仍免不了外界對資料中心是否排擠到民生用電的疑慮，如宣稱旗下資料中心皆已達到淨零碳排標準的Meta，原先規劃建置於荷蘭的巨型資料中心，即便承諾百分之百使用綠能，仍因估計會佔掉約2.2萬名居民的用電量，遭遇當地強烈反彈。
事實上，英國就傳出，由於資料中心佔用太多電網容量，導致大倫敦政府(GLA)通知開發商，可能得等上超過10年，電力供應才會達到標準，引起外界憂慮會衝擊住宅建設。即便電力相關業者未來可能採取電網容量升級等因應措施，但可以預想得到必須花上好幾年的時間。
受到影響的包括希靈登(Hillingdon)、伊靈(Ealing)與豪恩斯洛(Hounslow)，據金融時報(FT)估計，這些地區佔到倫敦住房總供應量的11%。GLA表示，資料中心所需電力不僅為供應伺服器，也為了確保服務順暢不中斷，因此用電量相當龐大，相當於城鎮或小型城市。當地住宅建設產業團體HBF還表示，隨著電動車等低碳科技應用的成長，情況可能會更加嚴峻。
業界競相開發替代燃料
縱然資料中心營運商懷抱永續願景，但只要當地電網還在使用化石燃料或核能等發電方式，就不太可能以一己之力達成目標。因此，目前有業者正在開發新型燃料，希望不僅能取代柴油的備用燃料角色，甚至有朝一日成為資料中心的主要能源。
微軟自2013年以來持續實驗燃料電池技術，並訂下2030年前達到負碳排(carbon negative)的目標。日前，微軟透露，已製造出可在停電或服務中斷情況下作為備用電源的零碳排發電機，並將此一創舉稱為資料中心產業的「登月時刻」。這種新型發電機使用2顆氫燃料電池，據稱可產生高達300萬瓦的電力，相當於1,800個家庭用量，能取代目前微軟一般在使用的備用柴油發電機。
在全球各地設有資料中心的富士通(Fujitsu)，正與冰島新創業者Atmonia合作，開發氨的永續性製程。氨可能用途包括直接作為發電機燃料，或是拿來製造氫，為燃料電池提供能量。氨的優點包括燃燒時並不會產生二氧化碳，而且比氫更容易運送與儲存，但問題在於，目前氨多採哈伯法(Haber Process)利用化石燃料所產出的氫來製造，碳足跡相當驚人。
因此，雙方計劃利用富士通的高效能運算資源，尋找用來合成氨的新型材料與催化劑，希望能夠用水、空氣中的氮、綠電來製氨。富士通出動富岳(Fugaku)超級電腦，透過量子化學模擬與AI技術，利用Atmonia提供的資料集，打造備選催化劑的概念驗證模型。但目前一切都處於研究階段，到利用催化劑製氨的技術發展出來，可能還要好幾年時間。
業務暴增抵銷減碳努力
在節水節電與減碳等環境相關議題上，全球雲端服務產業龍頭亞馬遜的案例，相當值得參考。亞馬遜先前宣稱，2021年整體營運使用的再生能源比例已達到85%，且訂下2025年以前達到百分之百的目標。然而，亞馬遜AWS業務在疫情期間加速成長，促使亞馬遜持續建造新的貨物倉庫與資料中心，也成了碳減排行動的阻礙。據年度永續性報告估計，亞馬遜2021年碳足跡成長18%，其中範疇三(scope 3)的排放量增加21%，其中有46%來自於建設以及伺服器與其他硬體的採購。
亞馬遜表示，目前已投入龐大資源希望提升能源效率，例如採用Arm架構Graviton處理器的EC2實例，據稱在同等效能下能夠減少最高60%耗能，也與供應商合作優化資料中心冷卻系統使用的冷媒，至今已減少冷卻設備20%耗能。亞馬遜也改變資料中心架構，捨棄統一集中式的不斷電系統(UPS)，改採將小型電池組與量身訂做的電源供應整合進設備機架的方式，可將能源轉換過程的流失量減少35%。
亞馬遜同時希望降低資料中心用水量，方法是先利用蒸發過程降低外頭的氣體溫度，再將這些氣體打進伺服器機房，讓硬體保持穩定的運轉溫度。透過這種方式，據稱即便是亞馬遜最大的資料中心容量，一年平均用水量也能降至相當於25個美國一般家庭的用量。
另外，亞馬遜也向相關業者提供發展資金，如有能力減少混凝土生產碳足跡的CarbonCure Technologies，以及希望利用矽酸鈣岩，讓水泥製造達成碳中和的Brimstone Energy，期待透過資料中心建築本身的改變，達到降低碳排之效。
極端氣候肆虐 資料中心也是受害者
一般認為，溫室氣體排放是造成極端氣候的元凶，而極端氣候事實上也已經影響到資料中心的運作。2022年夏天，熱浪再度侵襲原以舒適溫帶氣候著稱的西歐，聯合國指出，肆虐西歐的熱浪將變得愈來愈頻繁，這種趨勢至少會持續到2060年代。Google先前曾切斷英國倫敦一座重要資料中心的電源供應，起因於多個冷卻系統同時故障，加上外頭氣溫過高，導致europe-west2-a區域(zone)設備運作溫度無法達到安全標準。
事故影響到Google雲端儲存等多項服務，對於Google曾聲稱，在原始設計上，單一區域發生故障，不會導致區域性(regional)服務中斷的說法，無疑是個諷刺。約略同時，甲骨文(Oracle)在倫敦的資料中心也因高溫與冷卻系統問題而停止部分硬體的運作。
可見，資料中心業界持續努力嘗試各種各樣的方式，降低設備運作對自然環境的衝擊，不僅有利於提高在地社群對資料中心建設的接受程度，長遠來看，也能降低氣候變遷影響自身營運的風險。以成果而言，國際能源總署估計，2020年全球網路流量已成長為2010年的接近17倍，但能源消耗量卻僅上升為2010年的1.1倍，判斷主要原因是在於能源效率改善，限制了資料中心與資料傳輸網的耗能成長。
市調機構Omdia也評論，資料中心產業不只是空口說白話，過去10年來確實持續努力在追求永續發展目標，即便全球在這段期間內對數位世界的依賴性大幅加深，但資料中心佔總用電量的比例並無明顯上升。可見資料中心產業確實有問題意識，也正努力進行跨領域的合作，只是由於市場規模與成長潛力驚人，環境保護之路，任重而道遠。
