Het energiegebruik van datacentra

Volgens een onderzoek van het IEA (internationaal energie agency) waren de datacentra in 2022 verantwoordelijk voor 1-1,3% van de wereldwijde vraag naar elektriciteit. De verschillen per land zijn echter groot. In veel westerse landen waaronder de VS en Nederland ligt dit percentage rond de 3%. Het aandeel van datacentra in de wereldwijde CO₂ uitstoot is een stuk kleiner, namelijk circa 0,6%.

Ondanks de forse stijging van het dataverkeer sinds 2010 (het internetverkeer is naar schatting met een factor 25 gestegen), is volgens het IEA de vraag naar elektriciteit en de CO₂ uitstoot van datacentra maar in beperkte mate gestegen sinds 2010. De beperkte stijging is het gevolg van efficiency verbeteringen in IT hardware en koelingstechnieken, en de verschuiving van kleinere ondernemings-datacentra naar grotere gedeelde datacentra van de clouddienstverleners zoals Microsoft Azure en AWS (Amazon Web Services).

De centralisatie van data en rekenkracht in grote datacentra heeft geleid tot enorme efficiëntieverbeteringen. De datacentra van marktleider Amazon Web Services zijn bijvoorbeeld volgens onafhankelijk onderzoek in de VS 3,6 maal meer energie efficiënt dan eigen datacentra van ondernemingen en de koolstofvoetafdruk is gemiddeld 88% lager. Daarbij leidt digitalisering tot voordelen elders in de keten, denk aan digitaal vergaderen, thuiswerken en e-commerce. De groei van de CO₂ uitstoot wordt verder beperkt door het toenemende gebruik van duurzame energie in datacentra.

Groei energieverbruik in relatie tot dataverkeer

Bron: dutchdatacenters

… De centralisatie van data en rekenkracht in grote datacentra
heeft geleid tot enorme efficiëntieverbeteringen…

Uitdagingen voor de toekomst

Het probleem van het energieverbruik door datacentra lijkt op dit moment dus overzichtelijk, maar zonder maatregelen kan dit de komende jaren gaan veranderen. De opslag, het verwerken en het transport van data gaat de komende jaren waarschijnlijk explosief stijgen door de groei in digitale dienstverlening (cloud, streaming, sociale media, 5G, Virtual Reality, crypto currency etc etc.) en de opkomst van AI.

Vooral het gebruik van AI modellen kan leiden tot een explosieve groei van het transport en de opslag van data. Het trainen van AI modellen vindt veelal lokaal plaats in een datacentrum, maar wanneer deze modellen aan het werk worden gezet (ook wel inferencing genoemd) ontstaat er een heel andere dynamiek; een constante stroom van data transmissies tussen gebruikers en verschillende datacentra (vergelijkbaar met een zoekopdracht). Apple bijvoorbeeld heeft afgelopen maand aangekondigd gebruik te willen gaan maken van eigen AI modellen en modellen van verschillende derde partijen, waaronder Open AI en waarschijnlijk Google.

Het is niet moeilijk voor te stellen dat een constant dataverkeer van 1,4 miljard Apple gebruikers wereldwijd tussen servers van Apple, Open AI, Google en een veelvoud aan app en software aanbieders leidt tot een enorme hoeveelheid dataverkeer. Volgens schattingen van Bloomberg  kan het aandeel van datacentra in het energieverbruik in de VS zonder maatregelen groeien van 3% nu tot 8% in 2030.

Er is dus werk aan de winkel om ervoor te zorgen dat de negatieve impact van datacentra beperkt blijft, want het tegenhouden van een toename van dataverkeer lijkt een illusie. De oplossing ligt voor een deel in IT hardware innovaties en voor een deel in de verduurzaming van de energievoorziening van datacentra.

Training vs Inference: wat is het verschil?

Beide vereisen een groot aantal onderlinge verbindingen

…gebruik van AI modellen zal leiden tot
explosieve groei van transport en opslag van data…

Bloomberg

Kijkend naar de toekomst

Op het gebied van IT hardware zijn er volop ontwikkelingen die een forse bijdrage kunnen leveren. Denk aan nieuwe datacentra architectuur (gebruik van GPU en DPU ipv CPU), nieuwe generaties chips, betere netwerk infrastructuur (bekabeling, ethernet switches etc) en nieuwe koeling technieken. Deze innovatieve technieken kunnen bij elkaar opgeteld datacentra niet procenten, maar een veelvoud meer energie efficiënt maken. Het is dus zeker niet zo dat het energiegebruik van datacentra even explosief gaat stijgen met het gebruik van data. De hoeveelheid energie nodig voor dezelfde hoeveelheid rekenkracht halveert elke 2,5 jaar, dit wordt ook wel de wet van Koomy genoemd.

Op het gebied van de energievoorziening van de datacentra heeft de sterke concentratie van de datacentra-infrastructuur bij een klein aantal grote spelers belangrijke voordelen. Deze spelers, waaronder Microsoft Azure, Amazon Web Services en Google Cloud, hebben namelijk ambitieuze klimaat doelstellingen. Neem als voorbeeld Microsoft. Microsoft heeft een 100/100/0 klimaatdoelstelling voor 2030, ook wel zero carbon matching doelstelling genoemd.

De doelstelling houdt in dat het bedrijf voor 2030 streeft naar 100% van de energie, 100% van de tijd uit 0% emissie bronnen. Vooral het 100% tijdscriterium is belangrijk, want er zijn dan geen ‘vuile’ energiecentrales nodig om tijdelijke energie tekorten op te vangen. Daarbij heeft Microsoft als doelstelling netto CO₂ negatief te zijn in 2030 en daarbij in 2050 alle emissies te hebben gecompenseerd die het bedrijf heeft uitgestoten sinds de oprichting in 1975. Google heeft een vergelijkbare ‘zero carbon matching’ doelstelling en Amazon wil dat alle datacentra op groene stroom draaien in 2025.

Wet van Koomy:
de hoeveelheid energie nodig voor dezelfde
hoeveelheid rekenkracht halveert elke 2,5 jaar

Conclusie

De conclusie is dat het energieverbruik van individuele datacentra hoog is maar dat de omvang op wereldwijde schaal overzichtelijk is. De verdere digitalisering en het gebruik van AI modellen in het bijzonder zet de markt echter voor een belangrijke opgave. Met IT hardware innovaties en het verduurzamen van de energievoorziening kan de negatieve impact van datacentra op het klimaat beperkt blijven terwijl de positieve bijdrage van de technologiesector op diverse maatschappelijke uitdagingen kan worden uitgebreid.