Il digitale non è un pasto gratis: quanto inquinano i data center e come ridurne l'impatto

I data center, spina dorsale dei sistemi cloud, consumano circa l’1% della domanda globale di elettricità, pari allo 0,3% delle emissioni globali di CO2, percentuale che potrebbe crescere a causa della crescente domanda. Il settore ICT sta compiendo molti sforzi per ridurre l’impatto ambientale, ma ancora non basta

Un grande fraintendimento degli ultimi decenni di sviluppo tecnologico è stata la convinzione che internet e il cloud fossero un qualcosa di intangibile e immateriale.

La narrazione delle Big Tech, unita ad una generale ignoranza sul come le cose funzionino realmente, ha prodotto una sottovalutazione della dimensione fisica e materiale della digitalizzazione.

La competizione tecnologica tra Cina e Stati Uniti ha avuto però l’effetto positivo di risvegliare una minima consapevolezza riguardo l’infrastruttura tangibile che sorregge l’economia contemporanea: cavi sottomarini, data center e supercomputer.

L’impatto ambientale dei datacenter: approcci e sfide per uno sviluppo sostenibile

La materialità del digitale ne rafforza la dimensione geografica, in termini di posizionamento delle infrastrutture, e la dimensione politica, per quanto concerne il presidio degli Stati sulle stesse e l’intrinseco rapporto tra pubblico e privato che ne permette lo sviluppo.

Quando qualcosa è materiale e compie un’attività, generalmente produce calore, dunque energia, avendo un impatto ambientale più o meno marcato. Approfondiamo allora di seguito il tema dell’inquinamento dei data center e alcune possibili soluzioni per affrontare la questione.

Indice degli argomenti

L’inquinamento dei data center in numeri

Secondo uno studio condotto da alcuni ricercatori e ripreso da Wired^{^[1]}, la sola fase di addestramento di GPT-3 (escludendo quindi l’esecuzione), modello di linguaggio alla base di ChatGPT, avrebbe comportato un consumo di 1287 MWh, causando emissioni equivalenti a 550 tonnellate di diossido di carbonio, ovvero lo stesso consumo di una singola persona che effettua 550 viaggi di andata e ritorno tra NY e San Francisco.

I data center, spina dorsale dei sistemi cloud, consumano circa l’1% della domanda globale di elettricità, secondo l’Agenzia Internazionale per l’Energia^{^[2]}, contribuendo allo 0,3% delle emissioni globali di CO2, percentuale che potrebbe crescere in futuro a causa della crescente domanda di potere computazionale da parte degli algoritmi di intelligenza artificiale. Infatti, per funzionare e compiere le proprie operazioni, i data center hanno un prodotto di scarto, il calore, che se non controllato potrebbe ostacolare il funzionamento della nostra civiltà digitale. Il motore della nostra economia e società deve quindi essere costantemente raffreddato grazie a sistemi di condizionamento per continuare a muoversi efficacemente. In Nord America, la maggior parte dei data center attinge energia da reti elettriche “sporche”, soprattutto nella “data center alley” della Virginia, dove nel 2019 si concentrava il 70% del traffico internet mondiale^{^[3]}. Oggi, nella maggior parte dei data center, il raffreddamento rappresenta oltre il 40% del consumo di elettricità.

Nel 2021, come già affermato in precedenza, l’uso globale di elettricità per i data center è stato di 220-320 TWh, pari a circa lo 0,9-1,3% della domanda finale globale di elettricità. Dal 2010, il consumo energetico dei data center (escluse le criptovalute) è cresciuto solo moderatamente nonostante la forte crescita della domanda di servizi di data center, grazie anche ai miglioramenti dell’efficienza dell’hardware IT e del raffreddamento e al passaggio dai piccoli e inefficienti data center aziendali ai più efficienti cloud e hyperscale data center.

fonte: https://www.iea.org/reports/data-centres-and-data-transmission-networks

Le aziende del settore ICT stanno investendo fortemente sulle rinnovabili per tre ragioni principali: la necessità di proteggersi dalla volatilità dei prezzi dell’energia tradizionale; la reputazione del marchio e la sempre più condivisa volontà di ridurre il proprio impatto ambientale. Gli operatori di hyperscale data center sono aziende leader nell’acquisto di energia rinnovabile attraverso contratti di acquisto dell’energia (PPAs – Power Purchase Agreements). Le più grandi aziende private in termini di acquisto di PPAs sono appunto Amazon, Microsoft, Meta e Google, come mostrato dal grafico sottostante redatto dalla IEA. Apple (2,8 TWh), Google (18,3 TWh) e Meta (9,4 TWh) hanno acquistato o generato una quantità di elettricità rinnovabile sufficiente a coprire il 100% del loro consumo operativo di elettricità nel 2021 (principalmente nei data center). Amazon, invece, ha consumato 30,9 TWh (85% rinnovabili) per le sue operazioni nel 2021, con l’obiettivo di raggiungere il 100% di energie rinnovabili entro il 2025.

fonte: https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/top-five-corporate-offtakers-of-renewable-energy-power-purchase-agreements-2010-2021

Tuttavia, il fatto di soddisfare il 100% della domanda annuale con acquisti o certificati di energia rinnovabile non significa che i singoli data center siano effettivamente alimentati esclusivamente da fonti rinnovabili. La variabilità delle fonti eoliche e solari potrebbe non corrispondere al profilo della domanda di un data center e l’energia rinnovabile potrebbe essere acquistata da progetti in una rete o in una regione diversa da quella in cui si trova la domanda. Ciononostante, è rilevante specificare che Google e Microsoft hanno annunciato l’obiettivo per il 2030 di procurarsi e abbinare elettricità a zero emissioni di carbonio 24 ore su 24, 7 giorni su 7, all’interno di ogni rete in cui è presente la domanda.

Alcune policy e normative per ridurre l’impatto ambientale dei datacenter

Sul tema non si sono registrati rilevanti e sostanziali interventi normativi sino ad oggi. Infatti, i principali sviluppi politico-istituzionali hanno per lo più interessato la creazione di schemi volontari di miglioramento dell’efficienza energetica, come l’Energy Star e il regolamento europeo sulla progettazione ecocompatibile, nonché lo sviluppo di standard e certificazioni, come il codice di condotta UE sull’efficienza energetica dei data center, lo CLC/TS 50600-5-1, il BREEAM SD 5068 britannico e l’ IGBC Green Data Center Rating System indiano.

In aggiunta, lo US Energy Act del 2020 ha stabilito la necessità di uno studio aggiornato sul consumo energetico dei data center e richiesto lo sviluppo di nuove metriche di efficienza energetica^{^[4]}, mentre la Commissione europea ha adottato un emendamento al regolamento sulle statistiche energetiche che porterà Eurostat a pubblicare statistiche dettagliate e di alta qualità sul consumo energetico dei data center^{^[5]}.

Inoltre, la Commissione europea ha proposto una direttiva sull’efficienza energetica, contenuta nel pacchetto legislativo Fit for 55, che prevede obblighi di rendicontazione della sostenibilità per gli operatori di data center. Come suggerito dalla stessa IEA, i policy-makers dovrebbero valutare la definizione di norme per la gestione del calore di scarto dei datacenters, che potrebbe contribuire a riscaldare gli edifici commerciali e residenziali vicini o a rifornire le utenze industriali di calore, riducendo il consumo di energia da altre fonti. L’idea di usare il calore di scarto dei data center per abitazioni e edifici richiede anche un ripensamento progettuale dei data center stessi, che sino ad ora sono stati per lo più collocati in zone remote e lontane dai centri abitati.

Non solo rinnovabili: AI e processori di ultima generazione fanno risparmiare

Due tecnologie che possono già da subito ridurre i consumi energetici dei data center senza considerare il ricorso a fonti rinnovabili sono i processori e gli algoritmi di AI. I processori di ultima generazione possono infatti aumentare la potenza computazionale riducendo al contempo il consumo energetico, migliorando così efficienza e efficacia dei data center stessi. I software di intelligenza artificiale, invece, possono assistere le aziende nell’ottimizzazione della gestione della loro infrastruttura, massimizzando l’utilizzo di CPU e riducendo gli sprechi. Ad esempio, la stessa Google nel 2014 ha iniziato ad utilizzare l’intelligenza artificiale di DeepMind per ottimizzare il consumo energetico dei propri data center, addestrando reti neurali mediante dati raccolti tramite sensori specifici. Le reti neurali sono state incaricate di ridurre il PUE (Power Usage Effectiveness). A tal fine, due sistemi di reti neurali sono stati addestrati per prevedere la temperatura e il carico del data center nell’ora successiva, mentre altre reti neurali sono state utilizzate per simulare le azioni consigliate dal modello PUE. L’obiettivo era di evitare il superamento dei parametri e garantire una gestione più efficiente dei dati del centro. Processori di ultima generazione e algoritmi specializzati sono soluzioni implementabili da subito, che hanno il potenziale di ridurre immediatamente l’impatto ambientale dei data center, in particolare di quelli di dimensioni più ridotte, generalmente meno avanzati dal punto di vista tecnologico.

Conclusioni

La domanda di servizi alimentati dai data center continuerà a crescere fortemente, trainata dalle tecnologie emergenti come l’intelligenza artificiale, la realtà virtuale, il 5G e la blockchain. Per esempio, solo Bitcoin ha consumato circa 107 TWh nel 2022, più di venti volte quanto consumava nel 2016 (5.46 TWh), e la stima per il 2023 è di 142 TWh^{^[6]}.

Tuttavia, rileva riconoscere gli sforzi che il settore ICT sta compiendo per ridurre l’impatto ambientale dei centri dati, mediante investimenti in ricerca e sviluppo su tecnologie più efficienti, contratti di acquisto di energia elettrica (PPAs) da fonte rinnovabile e iniziative volontarie per monitorare e ridurre le emissioni, come il Climate Neutral Data Centre Pact, che stabilisce l’obiettivo di rendere i data center neutrali dal punto di vista climatico entro il 2030^{^[7]}.

Nonostante il settore pubblico abbia rincorso su questa tematica, occorre riconoscere al privato il merito di non essere rimasto fermo a guardare e di aver tracciato la strada per un green cloud computing. Ora si renderà necessario un rigoroso monitoraggio per verificare che alla crescita esponenziale della domanda computazionale non si risponda con un rallentamento o un arresto di questo processo. Sensibilità e conoscenza diffusa della tematica sono un primo importante passo.

Note