Obrigado por visitar nature.com.Você está usando uma versão do navegador com suporte limitado para CSS.Para obter a melhor experiência, recomendamos que você use um navegador mais atualizado (ou desative o modo de compatibilidade no Internet Explorer).Enquanto isso, para garantir suporte contínuo, estamos exibindo o site sem estilos e JavaScript.Nicola Jones é uma jornalista freelance baseada em Pemberton, British Columbia, Canadá.Você também pode procurar por este autor no PubMed Google ScholarUm centro de dados do Facebook em Luleå, Suécia.Crédito: Jonathan Nackstrand/AFP/GettyVocê tem acesso total a este artigo por meio de sua instituição.Carregue suas últimas fotos de férias no Facebook, e há uma chance de que elas acabem armazenadas em Prineville, Oregon, uma pequena cidade onde a empresa construiu três data centers gigantes e está planejando mais dois.Dentro dessas vastas fábricas, maiores do que porta-aviões, dezenas de milhares de placas de circuito são empilhadas fileira após fileira, estendendo-se por corredores sem janelas por tanto tempo que os funcionários andam pelos corredores em scooters.Esses enormes edifícios são os tesouros dos novos reis industriais: os comerciantes da informação.As cinco maiores empresas globais por capitalização de mercado este ano são atualmente Apple, Amazon, Alphabet, Microsoft e Facebook, substituindo titãs como Shell e ExxonMobil.Embora as fábricas de informação possam não expelir fumaça preta ou triturar engrenagens gordurosas, elas não são desprovidas de impacto ambiental.À medida que a demanda por Internet e tráfego de telefones celulares dispara, a indústria da informação pode levar a uma explosão no uso de energia (ver 'Previsão de energia').Os data centers já usam cerca de 200 terawatts-hora (TWh) por ano.Isso é mais do que o consumo nacional de energia de alguns países, incluindo o Irã, mas metade da eletricidade usada para transporte em todo o mundo e apenas 1% da demanda global de eletricidade (consulte 'Escala de energia').Os data centers contribuem com cerca de 0,3% para as emissões totais de carbono, enquanto o ecossistema de tecnologia da informação e comunicação (TIC) como um todo — sob uma definição abrangente que engloba dispositivos digitais pessoais, redes de telefonia móvel e televisores — responde por mais de 2% do total global. emissões.Isso coloca a pegada de carbono da ICT em pé de igualdade com as emissões de combustível da indústria da aviação.O que pode acontecer no futuro é difícil de prever.Mas um dos modelos mais preocupantes prevê que o uso de eletricidade pelas TIC pode ultrapassar 20% do total global quando uma criança nascida hoje chegar à adolescência, com data centers usando mais de um terço disso (consulte 'Previsão de energia') 1.Se a criptomoeda computacionalmente intensiva Bitcoin continuar a crescer, um aumento acentuado na demanda de energia poderá ocorrer mais cedo ou mais tarde (consulte 'A mordida do Bitcoin').Por enquanto, apesar da crescente demanda por dados, o consumo de eletricidade da ICT está praticamente estável, já que o aumento do tráfego da Internet e das cargas de dados são contrabalançados pelo aumento da eficiência – incluindo o fechamento de instalações mais antigas em favor de centros ultraeficientes como o de Prineville.Mas essas vitórias fáceis podem terminar dentro de uma década.“A tendência é boa agora, mas é questionável como será em 5 a 10 anos”, diz Dale Sartor, que supervisiona o Centro de Especialização em Eficiência Energética em Data Centers do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA. em Berkeley, Califórnia.Com o espectro de um futuro faminto por energia se aproximando, cientistas de laboratórios acadêmicos e engenheiros de algumas das empresas mais ricas do mundo estão explorando maneiras de manter o impacto ambiental do setor sob controle.Eles estão simplificando os processos de computação, mudando para fontes renováveis ​​e investigando melhores maneiras de resfriar data centers e reciclar seu calor residual.O uso de energia das TIC deve ser “gerenciado com vigilância”, diz Eric Masanet, engenheiro da Northwestern University em Evanston, Illinois, coautor de um relatório da Agência Internacional de Energia (IEA)2 no ano passado sobre digitalização e energia – mas se ficarmos no topo isso, diz ele, devemos manter a demanda futura de energia sob controle.“Somos uma sociedade faminta por dados, estamos usando cada vez mais e mais dados e tudo isso está usando cada vez mais energia.”Seu navegador não suporta o elemento de áudio.Baixar MP3Talvez a previsão mais surpreendente da demanda futura de energia de TIC venha de Anders Andrae, que trabalha em TIC sustentável na Huawei Technologies Suécia em Kista;ele prevê que o uso de eletricidade em data centers provavelmente aumentará cerca de 15 vezes até 2030, para 8% da demanda global projetada1.Esses números terríveis são controversos.“Houve muitas previsões alarmistas de uso crescente de energia de TIC ao longo dos anos, e todas provaram ser um disparate”, diz Masanet.O relatório da IEA do ano passado estimou que, embora as cargas de trabalho dos data centers aumentem – triplicando os níveis de 2014 até 2020 – os ganhos de eficiência significam que sua demanda de eletricidade pode aumentar apenas 3%2.A pegada de carbono das TIC como um todo pode até diminuir até 2020, à medida que os smartphones substituem os dispositivos maiores, sugeriram os pesquisadores3.Desde que a criptomoeda Bitcoin nasceu em 2008, aumentaram as preocupações de que a demanda de energia de sua produção aumentaria rapidamente.Moedas virtuais são 'cunhadas' por mineradores que compram servidores especializados para processar cálculos demorados em uma blockchain crescente que prova a validade das novas criptomoedas.Em meados de 2018, diz Alex de Vries, consultor de dados da empresa internacional de serviços profissionais PwC em Amsterdã, os mineradores de Bitcoin provavelmente estavam usando cerca de 20 terawatts-hora de eletricidade por ano globalmente - menos de 10% dos data centers e menos de 0,1% do uso total de eletricidade6.Mas as estimativas de quão rápido seu uso está aumentando são controversas.De Vries estima que, até agora, o Bitcoin está devorando pelo menos 0,33% da eletricidade global.Incluindo outras criptomoedas, como o Ethereum, aumenta em até 0,5%.“Acho chocante”, diz ele.Mas outros, incluindo Marc Bevand, pesquisador de criptomoedas em San Diego, Califórnia, dizem que esses números são inflados e baseados em suposições grosseiras.Bevand estima que o uso de energia pode ser tão baixo quanto metade dos números atuais de de Vries em janeiro de 2019. “Há crescimento, mas as pessoas estão exagerando”, diz Jonathan Koomey, consultor de TI da Califórnia, que está coletando dados sobre criptomoeda consumo elétrico.Por enquanto, a mineração de Bitcoin só é lucrativa em lugares onde a eletricidade é barata (cerca de metade da média global, diz Bevand), que incluem China, Islândia e áreas ao longo do rio Columbia na América do Norte, onde a energia hidrelétrica é abundante.À medida que os mineradores de Bitcoin exploram uma área e estressam a rede, as empresas de energia respondem aumentando suas taxas.Isso pode levar os mineradores a desligar ou tomar medidas para melhorar drasticamente a eficiência energética de seu hardware ou resfriamento do sistema.O Bitcoin poderia ser migrado para um sistema blockchain com menos consumo de energia, diz Bevand (como o Ethereum está planejando).Ou, observa Koomey, “Digamos que o Bitcoin desmorone por algum motivo;todas essas facilidades simplesmente desaparecerão.”A demanda de eletricidade do data center permaneceu praticamente estável na última meia década, em parte por causa da 'mudança de hiperescala' - o surgimento de fábricas de informações supereficientes que usam uma arquitetura de computação organizada e uniforme que pode ser facilmente dimensionada para centenas de milhares de servidores.Os data centers de hiperescala surgiram há cerca de uma década, quando empresas como Amazon e Google começaram a precisar de frotas de um quarto de milhão de servidores ou mais, diz Bill Carter, diretor técnico do Open Compute Project.Foi iniciado pelo Facebook em 2011 para compartilhar soluções de hardware e software para tornar a computação mais eficiente em termos de energia.Àquela altura, não fazia sentido usar hardware de prateleira de uma empresa de computação, como as empresas costumavam fazer.“Você teve a oportunidade de reduzir as coisas ao que precisa e torná-las específicas para sua aplicação”, diz Carter.Os novos hiperescaladores criaram servidores básicos projetados para esse propósito.“Retiramos os conectores de vídeo, porque não há monitor de vídeo.Não há luzes piscando porque não há ninguém andando nas prateleiras.Não há parafusos”, diz Carter.Em média, um servidor em um centro de hiperescala é capaz de substituir 3,75 servidores em um centro convencional.A tecnologia da informação e comunicação é responsável por mais de 2% das emissões globais de carbono.Crédito: SVTeam/GettyA economia feita pelos centros de hiperescala pode ser vista em sua eficiência de uso de energia (PUE), definida como a energia total necessária para tudo, incluindo luzes e refrigeração, dividida pela energia usada para computação (uma PUE de 1,0 seria uma pontuação perfeita) .Os data centers convencionais normalmente têm uma PUE de cerca de 2,0;para instalações de hiperescala, isso foi reduzido para cerca de 1,2.O Google, por exemplo, possui uma PUE de 1,12 em média para todos os seus centros.Data centers mais antigos ou menos aptos tecnologicamente podem conter uma combinação de equipamentos difíceis de otimizar – e alguns até inúteis.Em 2017, Jonathan Koomey, consultor da Califórnia e especialista internacional líder em TI, pesquisou com um colega mais de 16.000 servidores escondidos em armários e porões corporativos e descobriu que cerca de um quarto deles eram “zumbis”, sugando energia sem fazendo qualquer trabalho útil - talvez porque alguém simplesmente esqueceu de desligá-los.“São servidores sentados sem fazer nada além de usar eletricidade, e isso é ultrajante”, diz Koomey.Em um relatório de 2016, o Lawrence Berkeley National Laboratory estimou que se 80% dos servidores em pequenos data centers nos EUA fossem transferidos para instalações de hiperescala, isso resultaria em uma queda de 25% no uso de energia4.Esse movimento está em andamento.Hoje, o mundo tem cerca de 400 data centers em hiperescala, muitos deles varrendo serviços para pequenas corporações ou universidades que no passado teriam seus próprios servidores.Eles já representam 20% do uso mundial de eletricidade em data centers.Até 2020, os centros de hiperescala serão responsáveis ​​por quase metade disso, diz a IEA (consulte 'Mudança de hiperescala').Uma vez que os hiperescaladores tenham recebido o máximo de carga possível, será mais difícil encontrar eficiências adicionais.Mas as corporações estão tentando.Uma técnica de gerenciamento emergente é garantir que os servidores estejam a todo vapor o máximo de tempo possível, enquanto outros estão desligados em vez de ficarem ociosos.O Facebook inventou um sistema chamado Autoscale que reduz o número de servidores que precisam estar ligados durante as horas de baixo tráfego;em testes, isso levou a uma economia de energia de cerca de 10 a 15%, informou a empresa em 2014.Uma grande maneira de os hiperescaladores reduzirem sua PUE é combater o resfriamento.Em um data center convencional, o ar-condicionado padrão pode consumir 40% da conta de energia.O uso de torres de resfriamento, que evaporam a água para impulsionar o resfriamento do ar, causa outro problema ambiental: estima-se que os data centers dos EUA tenham usado cerca de 100 bilhões de litros de água em 2014. Eliminar os resfriadores de compressão e as torres de resfriamento ajuda a economizar energia e água.Uma solução popular é simplesmente localizar data centers em climas frios e soprar o ar externo para dentro deles.Esses centros não precisam estar em regiões geladas: Prineville é legal o suficiente para aproveitar o chamado 'resfriamento de ar livre', assim como muitos outros locais de data centers, diz Ingmar Meijer, físico da IBM Research em Zurique , Suíça.Neste data center de propriedade do Google em Oregon, os canos azuis fornecem água fria e os canos vermelhos retornam a água quente para ser resfriada.Crédito: Connie Zhou/Google/ZumaA água encanada é um condutor de calor ainda melhor, permitindo que os centros sejam resfriados com água morna, que consome menos energia para produzir e reciclar no sistema de resfriamento.Mesmo em climas temperados, o resfriamento com água quente tornou-se a solução de fato para gerenciar computadores de alto desempenho que funcionam rápido e quente, incluindo os dos laboratórios do Departamento de Energia dos EUA e o supercomputador SuperMUC da Academia de Ciências da Baviera em Garching, Alemanha.Centros comerciais em climas quentes às vezes também investem nesses sistemas, como o data center Project Mercury do eBay em Phoenix, Arizona.Para computação de alta densidade e alta potência, a coisa mais eficiente a fazer é mergulhar os servidores em um óleo não condutor ou banho mineral.O Facebook testou isso em 2012 como uma maneira de executar seus servidores em velocidades mais altas sem superaquecê-los.Por enquanto, o resfriamento por imersão é uma área especializada com manutenção complicada, diz Meijer.Em 2016, o Google colocou sua equipe de pesquisa de inteligência artificial (IA) DeepMind para a tarefa de ajustar o sistema de refrigeração de seu data center para combinar com o clima e outros fatores.O Google diz que, em testes, a equipe reduziu sua conta de energia de refrigeração em 40% e “produziu a menor PUE que o site já viu”.Em agosto deste ano, a empresa anunciou que havia transferido o controle de resfriamento em alguns data centers para seu algoritmo de IA.Explorar soluções de refrigeração inovadoras e tornar as existentes mais baratas se tornará mais importante nos próximos anos, diz Carter.“À medida que conectamos o mundo, há áreas que não poderão usar o resfriamento de ar livre”, observa ele, apontando para a África e o sul da Ásia.E outros desenvolvimentos irão tributar a infraestrutura de TI de novas maneiras.Se carros autônomos inundarem as estradas, por exemplo, pequenas instalações de servidores na base de torres de telefonia móvel, usadas para ajudar esses carros a se comunicarem e processarem dados, precisarão de dispositivos de alta potência que possam lidar com cargas de trabalho de IA em tempo real. e melhores opções de refrigeração.Este ano, o Open Compute Project lançou um projeto de refrigeração avançada, com o objetivo de tornar mais acessíveis os sistemas de refrigeração eficientes.“Os hiperescaladores descobriram;eles são extremamente eficientes”, diz Carter.“Estamos tentando ajudar os outros caras.”Fontes: IEA/A.André/Ref.6De mãos dadas com um melhor resfriamento está a ideia de usar o calor que sai dos servidores, economizando assim a demanda de eletricidade em outros lugares.“É como um recurso gratuito”, diz o pesquisador da IBM Patrick Ruch em Zurique.Existem alguns exemplos: o data center de Condorcet em Paris envia seu calor residual diretamente para um vizinho Arboreto de Mudanças Climáticas, onde os cientistas estudam os impactos das altas temperaturas na vegetação.Um data center da IBM na Suíça aquece uma piscina próxima.Mas o calor não viaja bem, então o uso do calor residual tende a ser limitado a data centers localizados próximos a um cliente conveniente ou em uma cidade que já usa água quente encanada para aquecer residências.Uma dispersão de jogadores tem como objetivo tornar o calor residual mais utilizável, incluindo esforços preliminares para transformá-lo em eletricidade.Outros pretendem usar o calor residual para operar dispositivos de refrigeração – o projeto de US$ 2 milhões da IBM, THRIVE, por exemplo, está desenvolvendo novos materiais que podem absorver melhor o vapor de água e liberá-lo quando exposto ao calor, para fazer bombas de calor de sorção mais eficientes. ' para manter os data centers refrigerados.Em sua essência, os data centers são tão bons quanto os processadores dos quais são feitos – e há espaço para melhorias também.Desde a década de 1940, o número de operações que um computador pode realizar com cada quilowatt-hora (KWh) de energia dobrou cerca de uma vez a cada 1,6 anos para desempenho máximo e a cada 2,6 anos para desempenho médio.Isso é uma melhoria de 10 bilhões de vezes ao longo de 50 anos.De acordo com algumas medidas, a taxa de melhoria diminuiu desde 2000, e a atual geração de computação enfrentará uma barreira física que limita a função dos transistores em apenas algumas décadas, de acordo com os cálculos de Koomey5.“Estamos enfrentando os limites do encolhimento”, diz Koomey.Obter ganhos de eficiência comparáveis ​​depois disso, diz ele, exigirá uma revolução na forma como o hardware é construído e a computação é feita: talvez por meio de uma mudança para a computação quântica.“É basicamente impossível prever”, diz ele.Embora o foco principal seja a redução do uso de energia das TIC, vale a pena lembrar que a indústria da informação também pode tornar nosso uso de energia em outros lugares mais inteligente e eficiente.A AIE observa que, se todos os veículos se tornarem automatizados, por exemplo, há uma possibilidade utópica de que um fluxo de tráfego mais suave e uma carona mais fácil reduziriam a demanda total de energia do setor de transporte em 60%.Os edifícios, que responderam por 60% do aumento da demanda global de eletricidade nos últimos 25 anos, têm um enorme escopo para melhorias de eficiência energética: aquecimento e resfriamento inteligentes, conectados a sensores de construção e relatórios meteorológicos, podem economizar 10% de seu futuro demanda energética.Chiara Venturini, diretora da Global e-Sustainability Initiative, uma associação do setor com sede em Bruxelas, estima que o setor de TI atualmente reduz 1,5 vezes sua própria pegada de carbono, e isso pode chegar a quase 10 vezes até 2030.As TIC também podem ajudar a reduzir as emissões globais, dando às energias renováveis ​​uma vantagem sobre os combustíveis fósseis.Em 2010, o grupo ambientalista Greenpeace publicou seu primeiro relatório ClickClean, que classificou as principais empresas e destacou a carga ambiental da TI.Em 2011, o Facebook assumiu o compromisso de usar 100% de energia renovável.Google e Apple seguiram em 2012. Em 2017, quase 20 empresas de Internet fizeram o mesmo.(Os gigantes chineses da Internet, como Baidu, Tencent e Alibaba, no entanto, não seguiram o exemplo.) Em 2010, as empresas de TI contribuíam insignificantemente para contratos de compra de energia renovável com empresas de energia;em 2015, eles representavam mais da metade desses acordos (ver 'Crescimento verde').O Google é o maior comprador corporativo de energia renovável do planeta.Reduzir nossa sede por dados pode ser a melhor maneira de evitar que o uso de energia entre no hiperdrive.Mas é difícil ver alguém concordando em, digamos, limitar o uso do Netflix, que responde por mais de um terço do tráfego da Internet nos Estados Unidos.A proibição de câmeras coloridas de alta definição apenas em telefones poderia reduzir o tráfego de dados na Europa em 40%, diz Ian Bitterlin, engenheiro consultor e especialista em data center em Cheltenham, Reino Unido.Mas, acrescenta, parece que ninguém se atreverá a instituir tais regras.“Não podemos colocar a tampa de volta na caixa de Pandora”, diz ele.“Mas poderíamos reduzir a energia do data center.”doi: https://doi.org/10.1038/d41586-018-06610-yCorreção 13 de setembro de 2018: Uma versão anterior desta história deu a afiliação errada para Eric Masanet.Andrae, A. & Edler, T. Desafios 6, 117–157 (2015).Agência Internacional de Energia.Digitalização e Energia (IEA, 2017).Malmodin, J. & Lundén, D. Sustentabilidade 10, 3027 (2018).Shehabi, A. et ai.Relatório de Uso de Energia do Data Center dos Estados Unidos (LBNL, 2016);disponível em https://go.nature.com/ejg7srKoomey, JG et ai.IEEE Ann.Hist.Comp.33, 46-54 (2011).Universidade Hebraica de Jerusalém (HUJI)Você tem acesso total a este artigo por meio de sua instituição.Um resumo essencial de notícias, opiniões e análises científicas, entregues em sua caixa de entrada todos os dias da semana.Inscreva-se no boletim informativo Nature Briefing - o que importa na ciência, gratuitamente na sua caixa de entrada diariamente.Natureza (Natureza) ISSN 1476-4687 (online) ISSN 0028-0836 (impressão)