A recente conferência COP26 em Glasgow, Reino Unido, deixou claro: toda empresa deve elaborar um plano para atingir zero emissões líquidas de carbono para manter o aquecimento global dentro de 1,5 graus Celsius. Alcançar esse objetivo significa modernizar praticamente todos os aspectos da nossa economia para maior eficiência e fontes de energia renováveis.

Dentro desse contexto como fica a informática? A Computação em Nuvem teve um desempenho notável na década de 2010. Na época, muitas empresas estavam saindo de seus primeiros testes beta. Em uma pesquisa, alguns tomadores de decisão de TI, classificaram a nuvem como a tecnologia mais superestimada. Nesse período, a Netflix havia acabado de lançar suas primeiras contas somente de streaming.

Não apenas as empresas mudaram o e-mail para a nuvem, companhias de energia e fabricantes também estão movendo sistemas críticos de produção para lá. Atualmente, conteúdos em vídeo são responsáveis por mais de 80% do tráfego da internet. O tráfego do data center aumentou oito vezes, enquanto o estoque global de espaço físico do data center mais que dobrou para mais de 19 milhões de metros quadrados.

Mas o que não mudou? O consumo de energia. Embora o consumo de energia do data center quase tenha dobrado entre 2000 e 2010, ele só aumentou de 194 terawatts-hora (TWh) em 2010 para 200 TWh em 2019, apesar do tsunami de adoção.

Agora, a parte mais difícil

O que aconteceu? No final dos anos 2000, provedores de nuvem e proprietários de data centers ficaram alarmados com o consumo de energia, uma de suas maiores despesas operacionais, e começaram a consolidar as cargas de trabalho para melhorar a eficiência geral. Alguns seguiram um caminho ainda mais simples e deixaram suas instalações funcionarem por mais tempo. Funcionou. A eficiência média do uso de energia, uma medida da energia que opera equipamentos de computador em vez de ar condicionado em um data center, caiu de 2,5 para 1,59. (Quanto menos, melhor.) Em alguns data centers de última geração, esse índice está mais próximo de um 1.0, o que é o ideal.

Infelizmente, manter o consumo de energia do data center estável na década de 2020 será mais difícil. A demanda por serviços digitais está acelerada, impulsionada pelos avanços em IA, 5G e IoT. As economias emergentes estão construindo suas infraestruturas digitais para colocar online os 3,7 bilhões de pessoas que ficaram de fora da revolução digital. Toda essa atividade deve se adaptar, mas não pode ser à custa do planeta.

Alguns preveem que o consumo de energia do data center pode crescer de 2 a 7 vezes sem inovação substancial. Mesmo com mais investimentos em energia eólica e solar, as emissões dos data centers provavelmente aumentarão. Isso também prejudicaria o modelo de negócios da nuvem. Se o consumo de energia aumenta, os custos aumentam. Se os custos aumentarem, a demanda pode diminuir. Os governos regionais também estão impondo limites mais rígidos ao consumo de energia e água do data center.

Dentro da caixa

Então o que nós podemos fazer? Pense dentro da caixa, começando a reimaginar e reprojetar os principais componentes de computação para aumentar o desempenho por watt e eliminar ineficiências que antes não eram possíveis ou práticas. Tome CPUs como exemplo. Até recentemente, as arquiteturas tradicionais eram a única opção. Agora, provedores de serviços em nuvem como Amazon Web Services, Oracle, Tencent, Alibaba e outros estão adotando processadores baseados em Arm, que são otimizados para desempenho por watt. A Cloudflare, empresa provedora de serviços que atende 1/6 dos sites do mundo, informou que pode realizar 57% mais operações com o mesmo orçamento de energia, migrando de processadores tradicionais para processadores baseados em Arm Neoverse.

Cada vez mais, a aceleração é implantada para fornecer desempenho ou eficiência disruptiva. Unidades de processamento de dados (UDP), unidades de processamento neural (UNP) e outros processadores especializados estão tornando-se cada vez mais comuns para processar tarefas de rede, segurança e armazenamento de forma mais eficiente, reduzindo ao mesmo tempo os custos e o consumo de energia.

A maioria desses aceleradores requer algum suporte de computação para executar o firmware, sistema operacional, plano de controle ou outros tempos de execução para alimentar as funções do acelerador. Tradicionalmente, essa computação era fornecida usando processadores legados que consomem muita energia com o acelerador manipulado via PCIE, mas isso está mudando para mais heterogeneidade no chip ou no pacote, onde os núcleos IP podem ser aproveitados para fornecer suporte a ciclos. O Google, por exemplo, anunciou recentemente que está desenvolvendo processadores contendo a tecnologia Arm para essas tarefas em suas operações na nuvem, pois as tarefas de gerenciamento podem absorver até 80% dos ciclos de CPU em uma variedade de microsserviços.

Além dos processadores

Alguns estimam que a movimentação de dados é responsável por mais de 60% da energia do sistema. Isso impulsionou a inovação em armazenamento e desagregação de memória. Para impulsionar o uso mais eficiente de memórias caras e que consomem muita energia, as empresas estão mudando a maneira de aproveitar a memória e o armazenamento em vários nós de computação. No futuro, serão adotadas tecnologias com armazenamento computacional, onde o processamento básico é feito por CPUs localizadas dentro de SSDs e interconexões avançadas para reduzir o tráfego de dados.

Chipsets e pacotes 3D também podem ter um efeito semelhante: espere ver designs em que um único dispositivo, o que consistirá em dezenas e, posteriormente, centenas de núcleos de CPU, GPU e NPU vinculados a enormes matrizes compartilhadas de SRAM e DRAM. Se projetados com cuidado, os chipsets podem melhorar o desempenho por watt, enquanto aumentam o poder de computação capaz de ser inserido em ambientes com restrições de espaço em automóveis ou equipamentos de diagnóstico médico.

Também veremos melhorias em outros lugares. No ano passado, pesquisadores do MIT descobriram que construir modelos de redes neurais de visão computacional com sub-redes pré-treinadas pode gerar resultados com 1/1.300 do carbono. As cargas de trabalho móveis entre data centers em diferentes locais para capitalizar a energia renovável disponível também se tornarão mais frequentes.

A luta por um mundo sustentável

Os data centers são um dos principais protagonistas na luta contra as mudanças climáticas. As tecnologias digitais têm o potencial de reduzir as emissões globais em 15% até 2030, ou quase 1/3 da meta estabelecida pelas Nações Unidas, ajudando fabricantes e Real Estate Investment Trust’s (REITs) a ajustarem as atividades do mundo real. A previsão é que mais ganhos de emissões venham das tecnologias digitais nas décadas de 2030 e 2040, à medida que outras indústrias, como agricultura e transporte, obscurecem suas operações com mais intensidade. Por isso, nós da indústria de data center temos que estar firmes em nosso compromisso de preservar o meio ambiente.