डेटा सेंटर के पर्यावरण फुटप्रिंट को कम करना

संदर्भ

जर्नल नेचर में प्रकाशित माइक्रोसॉफ्ट और WSP ग्लोबल के शोधकर्ताओं द्वारा किए गए एक नए अध्ययन से पता चलता है कि उन्नत शीतलन विधियाँ डेटा केंद्रों के पर्यावरणीय प्रभाव को अत्यधिक सीमा तक कम कर सकती हैं।

अध्ययन के मुख्य निष्कर्ष

• उत्सर्जन और ऊर्जा में कमी: पारंपरिक एयर कूलिंग की तुलना में ‘कोल्ड प्लेट और इमर्शन कूलिंग’ से डेटा सेंटर उत्सर्जन में 15-21%, ऊर्जा उपयोग में 15-20% और जल की खपत में 31-52% की कमी आ सकती है।
• जीवन चक्र मूल्यांकन: अध्ययन में आरंभिक जीवन से मृत्यु तक के जीवन चक्र मूल्यांकन का उपयोग किया गया, जिससे एयर-कूल्ड, कोल्ड-प्लेट और इमर्शन कूलिंग सिस्टम में पर्यावरणीय प्रभावों को मापने में मदद मिली।
• नवीकरणीय ऊर्जा की भूमिका: 100% नवीकरणीय ऊर्जा के साथ, कूलिंग उत्सर्जन में 85-90%, जल के उपयोग में 55-85% और ऊर्जा उपयोग में 6-7% की कमी आई, जो स्वच्छ बिजली के बढ़ते लाभ को दर्शाता है।

डेटा सेंटर क्या हैं?

• डेटा सेंटर समर्पित सुविधाएँ हैं, जो डिजिटल डेटा की विशाल मात्रा को प्रबंधित, संगृहीत और संसाधित करने के लिए कंप्यूटर सिस्टम, सर्वर, नेटवर्किंग उपकरण और स्टोरेज सिस्टम रखती हैं।
• अनुप्रयोग: वे क्लाउड सेवाओं को शक्ति प्रदान करते हैं, वेबसाइटों को होस्ट करते हैं, एंटरप्राइज IT संचालन का प्रबंधन करते हैं, वित्तीय लेन-देन का समर्थन करते हैं और वास्तविक समय संचार, एआई प्रोसेसिंग तथा बिग डेटा एनालिटिक्स को सक्षम बनाते हैं।

डेटा सेंटरों में कूलिंग की आवश्यकता

• ऊष्मा उत्पादन: डेटा सेंटर सघन पैक इलेक्ट्रॉनिक घटकों द्वारा निरंतर उच्च गति प्रसंस्करण के कारण महत्त्वपूर्ण ऊष्मा उत्पन्न करते हैं।
• विफलता का जोखिम: ओवरहीटिंग से हार्डवेयर में खराबी, कम प्रदर्शन और उपकरण का जीवनकाल कम हो सकता है।
• शीतलन आवश्यकता: संतुलित ऑपरेटिंग तापमान बनाए रखने, सिस्टम की विश्वसनीयता सुनिश्चित करने, ऊर्जा दक्षता बढ़ाने और डाउनटाइम को रोकने के लिए कुशल शीतलन प्रणाली आवश्यक है।

शीतलन की आधुनिक तकनीकें

• कोल्ड प्लेट कूलिंग (डायरेक्ट-टू-चिप कूलिंग): इस विधि में चिप्स पर सीधे संलग्न किए गए माइक्रोचैनल हीट एक्सचेंजर्स का उपयोग किया जाता है।
  • यह बुखार से पीड़ित व्यक्ति के सिर पर बर्फ का पैक रखने, गर्मी को अवशोषित करने और शीतलक समाधानों का उपयोग करने के समान है।
• विसर्जन शीतलन: इसमें हार्डवेयर को ऊष्मीय रूप से प्रवाहकीय तरल पदार्थों में डुबोया जाता है।
  • एकल-चरण प्रणालियों में, शीतलक तरल रहता है और ऊष्मा प्रसारित करता है।
    • उपयोग किए जाने वाले शीतलक: आमतौर पर सिंथेटिक तरल पदार्थ, जैसे खनिज तेल, सिंथेटिक एस्टर और सिलिकॉन-आधारित तरल पदार्थ का उपयोग किया जाता है।
  • दो-चरण प्रणालियों में, शीतलक वाष्पित हो जाता है, संघनित हो जाता है और पुनर्चक्रित हो जाता है, जो कि ‘मड पॉट कूलिंग’ तंत्र के समान है।
    • ये प्रणालियाँ अधिक कुशल, शांत होती हैं और हार्डवेयर क्षरण को कम करती हैं।
    • प्रयुक्त शीतलक: विशेष रूप से तैयार किए गए फ्लोरोकार्बन-आधारित तरल पदार्थों का उपयोग करता है, जिसमें इंजीनियर्ड फ्लूइड्स और फ्लोरिनेटेड कीटोन शामिल हैं।

वायु शीतलन, डायरेक्ट-टू-चिप (DTC) तरल शीतलन, और विसर्जन तरल शीतलन

पहलू	वायु शीतलन	डायरेक्ट-टू-चिप  कूलिंग	विसर्जन शीतलन
शीतलन का माध्यम	CRAC/CRAH, पंखे की दीवारों या ‘इन-रो’ इकाइयों के माध्यम से प्रसारित वायु	ठंडे प्लेटों के माध्यम से तरल (आमतौर पर जल या उपचारित शीतलक)	परावैद्युत द्रव (एकल-चरण या दो-चरण)
ऊष्मा स्थानांतरण दक्षता	कम – वायु की कम तापीय चालकता द्वारा सीमित	उच्च – ठंडी प्लेटों के माध्यम से गर्म घटकों के साथ सीधा संपर्क	बहुत उच्च – तरल पदार्थ द्वारा सभी घटकों में समान रूप से ऊष्मा निष्कर्षण
शमिल घटक	सभी उपकरणों सहित संपूर्ण वातावरण	CPU, GPU पर ध्यान केंद्रित; अन्य भी वायु द्वारा ठंडे किए जा रहे हैं	पूर्ण प्रणाली जलमग्न, सभी ताप स्रोत ठंडे
विद्युत घनत्व	~20 kW/रैक तक (अनुकूलन के साथ)	~50–100 किलोवाट/रैक तक	500 किलोवाट/रैक या उससे अधिक
रखरखाव और अनुकूलता	आसान रखरखाव; सार्वभौमिक अनुकूलता	मध्यम जटिलता; सीमित समर्थन	उच्च जटिलता; विशेष रूप से तैयार हार्डवेयर की आवश्यकता होती है।
परिनियोजन जटिलता	सरल एवं व्यापक रूप से अपनाया गया	मध्यम – द्रव लूप, प्लेट, रिसाव प्रबंधन की आवश्यकता होती है।	उच्च – टैंक, तरल पदार्थ से निपटने, रिसाव का पता लगाने की जरूरत होती है।
स्थिरता क्षमता	निम्न – उच्च पंखे ऊर्जा, सीमित गर्मी पुन: उपयोग	मध्यम – कम ऊर्जा उपयोग, कुछ ऊष्मा का पुनः उपयोग संभव	उच्च कुशल ऊर्जा उपयोग और बेहतर ऊष्मा पुनःउपयोग क्षमता।

हरित प्रौद्योगिकी से संबंधित चुनौतियाँ

• विनियामक जटिलताएँ: शीतलक तरल पदार्थ अलग-अलग विनियमों के अधीन होते हैं और जटिल तंत्र डिजाइन के आधार पर उन्नत शीतलन प्रौद्योगिकियों को व्यापक पैमाने पर अपनाने में देरी कर सकते हैं।
• स्थिरता संबंधी समझौता: जबकि नई प्रौद्योगिकियाँ पर्यावरण के अनुकूल हैं, वे समझौते के साथ संरेखित हैं।
  • उदाहरण के लिए, शीतलक की सोर्सिंग और निपटान से अन्य पर्यावरणीय नुकसान हो सकते हैं, जैसे- प्लास्टिक के स्ट्रॉ को कागज से बदलना।
• बिजली का स्रोत: कोयला आधारित बिजली से संचालित होने पर शीतलन तकनीक में अभी भी उच्च कार्बन फुटप्रिंट हो सकता है, जो कि जीवाश्म ईंधन ग्रिड द्वारा संचालित इलेक्ट्रिक कारों के समान है।

आगे की राह

• स्थिरता में प्रणालीगत सोच: नीति निर्माताओं, वैज्ञानिकों और उद्योग को प्रदूषण को एक चरण या क्षेत्र से दूसरे चरण में स्थानांतरित होने से बचाने के लिए अलग-अलग तकनीकी सुधारों से एकीकृत जीवन चक्र आकलन की ओर स्थानांतरित होना चाहिए।
• नवीकरणीय ऊर्जा के साथ एकीकरण: नवीकरणीय ऊर्जा के साथ उन्नत शीतलन का संयोजन उत्सर्जन और जल की बचत को बढ़ाता है, जिससे यह पुष्ट होता है कि स्वच्छ ऊर्जा तथा कुशल शीतलन को एक साथ काम करना चाहिए।
• नीति समर्थन और मानकीकरण: सामंजस्यपूर्ण विनियमन, शीतलक के लिए वैश्विक मानकों और हरित प्रौद्योगिकियों के लिए त्वरित स्वीकृति की आवश्यकता है।
• उद्योग-व्यापी रूप से अपनाना और निवेश: डेटा केंद्रों को स्केलेबल कोल्ड-प्लेट और विसर्जन प्रणालियों में निवेश करना चाहिए तथा उन्हें दीर्घकालिक ऊर्जा एवं उत्सर्जन में कमी सुनिश्चित करने के लिए नए निर्माण के साथ एकीकृत करना चाहिए।
• विकास और जलवायु लक्ष्यों को संतुलित करना: जैसे-जैसे क्लाउड सेवाओं और डिजिटल बुनियादी ढाँचे की वैश्विक माँग बढ़ती है, विकास और स्थिरता को संतुलित करने के लिए स्मार्ट कूलिंग प्रौद्योगिकियों को अपनाना महत्त्वपूर्ण होगा।

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