ศูนย์คอมพิวเตอร์กับการประหยัดพลังงานไฟฟ้า
คอมพิวเตอร์กับการใช้พลังงานไฟฟ้า
เมื่อสี่สิบปีก่อนหรือ ราวๆ ปี ค.ศ.1962 คอมพิวเตอร์มีขนาดใหญ่เรียกว่า เมนเฟรมคอมพิวเตอร์ (mainframe computer) มีราคาแพงมากๆ คือเครื่องละประมาณ 50 ถึง 200 ล้านบาท ผู้ที่ซื้อมาใช้งานจะมีเฉพาะหน่วยงานราชการหรือบริษัทเอกชนขนาดใหญ่เท่านั้น และในการใช้งานจะต้องหาทางทำให้ผู้ใช้งานหลายๆคนใช้พร้อมกัน หรือไม่ก็ให้คนหลายร้อยคนเข้าคิวกันใช้เพื่อเป็นการประหยัดค่าใช้จ่ายและทำให้เกิดความคุ้มค่า เนื่องจากเครื่องคอมพิวเตอร์มีขนาดใหญ่ดังนั้นจึงกินกระแสไฟฟ้าปริมาณมหาศาล ทั้งสำหรับการทำงานของเครื่องและการระบายความร้อนขณะเครื่องทำงาน กล่าวกันว่าในตอนเริ่มต้นเครื่องแบบดังกล่าวจะต้องใช้ไฟฟ้าถึง 1MW ซึ่งต้องใช้โรงไฟฟ้าขนาดกลาง 1 โรงทีเดียว กำลังไฟฟ้าส่วนใหญ่ที่ใช้ในการทำงานหมดไปกับการระบายความร้อน เนื่องจากเครื่องคอมพิวเตอร์มีส่วนประกอบหลักเป็นทรานซิสเตอร์(transistor) กินกระแสไฟฟ้าสูง โดยเครื่องเมนเฟรมในตอนต้นนี้มีทรานซิสเตอร์เป็นส่วนประกอบเกือบล้านตัว ดังนั้นเมื่อเครื่องทำงานอุณหภูมิโดยรอบจะสูงมากถึง 70 ถึง 80 องศาเซลเซียล หากอุณหภูมินี้หากสูงมากกว่า 80 องศาเซียลเซลจะส่งผลให้เครื่องคอมพิวเตอร์ไม่สามารถทำงานต่อไปได้(over heat) ดังนั้นศูนย์คอมพิวเตอร์จึงต้องมีระบบระบายความร้อนทีมีประสิทธิภาพสูงเพื่อแก้ไขปัญหาดังกล่าวด้วย
โดยระบบระบายความร้อนที่ใช้สำหรับเครื่องคอมพิวเตอร์มีหลายแบบ ทั้งแบบใช้น้ำในการระบายความร้อน(water cooling) โดยการแช่แผงวงจรทรานซิสเตอร์ลงในถังซึ่งอยู่ในน้ำผสมสารระบายความร้อนและตัวถังจะติดครีบระบายอากาศเหมือนกับหม้อน้ำในรถยนต์ระบบดังกล่าวมีประสิทธิภาพในการระบายความร้อนสูงแต่ใช้งบลงทุนสูงด้วย แบบที่ 2 ใช้อากาศในการระบายความร้อนโดยการติดตั้งวงจรคอมพิวเตอร์ไว้ในห้องปรับอากาศซึ่งต้องปรับให้อุณหภูมิต่ำมาก(7 องศาเซียลเซล) ระบบนี้มีประสิทธิภาพต่ำกว่าแบบที่ 1 มาก เนื่องจากในสมัยนั้นเครื่องปรับอากาศมีประสิทธิภาพต่ำมาก และต้องทำการเปิดระบบปรับอากาศอยู่ตลอดเวลาทำให้ค่าใช้จ่ายสูงเช่นกัน ระบบที่ 3 เป็นการนำก๊าซเฉื่อยอุณหภูมิต่ำ เช่นไนโตรเจน มาทำการหล่อเย็นให้กับเครื่องขณะทำงาน ระบบนี้ก็ยังใช้พลังงานไฟฟ้าสูงเนื่องจากต้องมีระบบกลั่นตัวและระบบทำให้เป็นไอของก๊าซ จะเห็นได้ว่าไม่สามารถหลีกเลี่ยงการใช้พลังงานไฟฟ้าปริมาณมหาศาลได้
สิบปีต่อมา (ราวๆ ค.ศ. 1970) จึงมีผู้คิดค้น มินิคอมพิวเตอร์ (mini computer) ขึ้นมา ทำให้ราคาการลงทุนลดลงมาก คือเหลือเพียง 10-20 ล้านบาท และสามารถใช้งานกันได้พร้อมกันถึงประมาณ 4-8 คน คอมพิวเตอร์ถูกพัฒนาขึ้นเป็นลำดับจนกระทั้งปี ค.ศ. 1975 มีคนสร้างคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลออกมา สำหรับใช้หนึ่งคนหนึ่งเครื่อง ซึ่งสะดวกสบายในการใช้งาน และราคาไม่แพง ทุกคนสามารถเป็นเจ้าของได้ แต่ถึงแม้ว่าบุคคลทั่วไปจะสามารถเป็นเจ้าของเครื่องคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กได้ เนื่องจากราคาถูกลง แต่คอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ ยังมีความสำคัญอย่างมากและยังถูกใช้งานอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งหน่วยงานภาครัฐ หรือบริษัทขนาดใหญ่ หน่วยงานเหล่านี้ได้แก่ สถาบันการเงิน การไฟฟ้า ทะเบียนราษฎ์ หน่วยงานด้านการทหารความนั่นคง สำนักงานตำรวจแห่งชาติ มหาวิทยาลัย ฯลฯ ซึ่งปัจจุบันมีมากกว่า 1000 แห่งในประเทศ เนื่องจากหน่วยงานเหล่านี้ยังจำเป็นต้องอาศัยความเร็วในการเข้าถึงข้อมูล และมีข้อมูลที่จัดเก็บจำนวนมหาศาล ซึ่งคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กไม่สามารถทำได้ และเพื่อที่จะมีคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงไว้ใช้งาน หน่วยงานภาครัฐและเอกชนขนาดใหญ่จึงต้องลงทุนสร้างศูนย์คอมพิวเตอร์(computer center) หรือศูนย์ข้อมูลกลางขึ้น โดยใช้งบประมาณที่สูงมาก และต้องติดตั้งซูเปอร์ คอมพิวเตอร์(super computer) ขนาดใหญ่เพื่อให้สามารถสื่อสารข้อมูลได้ ในการใช้งานระบบศูนย์คอมพิวเตอร์นี้ต้องทำการติดตั้งระบบระบายความร้อนและอากาศขนาดใหญ่ เพื่อทำให้คอมพิวเตอร์สามารถทำงานได้อย่างปกติเช่นกัน
วิกฤตโลกร้อนกับการลดการใช้พลังงานไฟฟ้าจากคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่
ในอดีตการบริโภคพลังงานไฟฟ้าจำนวนมากเพื่อทำให้คอมพิวเตอร์ทำงานไม่ใช่เรื่องที่ได้รับความสนใจมากนัก เนื่องจากเชื้อเพลิงมีราคาถูกมากส่งผลให้ค่าไฟฟ้ายอมรับกันได้ และยังคุ้มต่อการลงทุนดำเนินงานในทางธุรกิจ แต่เหตุการณ์ในปัจจุบันเป็นไปในทางตรงข้าม จากกระแสโลกร้อน(global warming) ทำให้หน่วยงานต่างๆ ที่มีศูนย์คอมพิวเตอร์ ต้องหันมาให้ความสำคัญกับค่าใช้จ่ายด้านไฟฟ้ามากขึ้น เนื่องจากราคาค่าไฟฟ้าแพงขึ้นอย่างมาก กรอปกับ ระบบคอมพิวเตอร์ได้เข้ามามีส่วนเกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวันมากขึ้น ดังนั้นจึงไม่สามารถปิดระบบคอมพิวเตอร์ได้ตลอดปี จากการสำรวจของหน่วยงานด้าน ไอ ซี ที่ พบว่าบางหน่วยงานไม่เคยปิดระบบคอมพิวเตอร์เลยเป็นเวลาต่อเนื่องหลายๆ ปี เช่น ระบบ ATM ของธนาคาร ระบบควบคุมหลักของการสื่อสารโทรศัพท์ มหาวิทยาลัย ฯลฯ ทำให้ในแต่ละปีหน่วยงานเหล่านี้จำเป็นต้องจ่ายค่าไฟฟ้าจำนวนมหาศาล ซึ่งเมื่อรวบหน่วยงานขนาดใหญ่เหล่านี้ซึ่งมีจำนวนมากกว่า 1000 หน่วยงานเข้าด้วยกันแล้ว จะพบว่าในประเทศที่พัฒนาแล้วบางประเทศ เช่น ยุโรป สวิสเซอร์แลนด์ ญี่ปุ่น มีสัดส่วนการใช้งานพลังงานไฟฟ้าจากส่วนศูนย์คอมพิวเตอร์ถึงร้อยละ 8 ถึงร้อยละ 10 ซึ่งถือว่าสูงมากเมื่อเทียบกับพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในระบบอื่นๆ ปัจจุบันซูเปอร์คอมพิวเตอร์ใช้พลังงานไฟฟ้าหมดไปกับระบบทำความเย็นถึงประมาณร้อยละ 30 ถึงร้อยละ 50 ของไฟฟ้??าที่จำเป็นในการใช้พลังงานอุปกรณ์ The institute aims to reduce power consumption by 40 percent in a new supercomputer with the natural cooling materials. ดังนั้นหลายสถาบันการศึกษาทั่วโลกจึงมีจุดมุ่งหมายพัฒนาระบบเพื่อลดการใช้พลังงานให้ได้ร้อยละ 40 โดยการพัฒนาเทคนิคใหม่สำหรับระบายความร้อนซูเปอร์คอมพิวเตอร์ โดยใช้ความเย็นตามธรรมชาติ If successful, a supercomputer with a superior energy-saving system will be created. หากประสบความสำเร็จในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ นี้จะสามารถประหยัดพลังงานได้อย่างมาก
จากกระแสโลกร้อนและการแข่งขันระดับการพัฒนาคอมพิวเตอร์ของโลกที่ทวีความรุนแรงมากขึ้น ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่มีขนาดใหญ่ยังคงต้องใช้พลังงานไฟฟ้ามากขึ้นสิ้นเปลืองมากขึ้นนี่เอง หลายหน่วยงานโดยเฉพาะในสหภาพยุโรปกำลังให้ความสนใจการลดการใช้พลังงานไฟฟ้าสำหรับศูนย์คอมพิวเตอร์ เช่น ที่ สถาบันเทคโนโลยีแห่งซูริค(ETH) สังกัดรัฐบาลกลางสวิสเซอร์แลนด์และบริษัท IBM ได้ร่วมกันประกาศแผนที่จะสร้างระบบระบายความร้อนชนิดน้ำแบบใหม่สำหรับคอมพิวเตอร์โดยอาศัยความร้อนส่วนเกินจากอาคารของมหาวิทยาลัย ระบบนี้ถูกเรียกว่า Aquasar ระบบดังกล่าวมาพร้อมกับระบบนวัตกรรมน้ำหล่อเย็นและนำมาใช้ลดความร้อนโดยตรงกับซูเปอร์แบบใหม่ ซึ่งจะตั้งอยู่ที่ ETH Zurich และมีการวางแผนเพื่อเริ่มต้นการดำเนินงานในปี 2010 จะสามารถลดการใช้พลังงานไฟฟ้าโดยรวมลงร้อยละ 40 The system is based on long-term joint research collaboration of ETH and IBM scientists in the field of chip-level water-cooling, as well as on a concept for "water-cooled data centers with direct energy re-use" advanced by scientists at IBM's Zurich Lab. และคาดว่าจะสามารถลดกระบวนการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์หรือ รอยเท้าคาร์บอน(carbon footprint) ได้สูงถึง ร้อยละ 85 หรือประมาณ 30 ตันต่อปี เมื่อเทียบกับระบบแบบเดิมที่ใช้เครื่องปรับอากาศธรรมดา
ในแถบเอเซียก็เกิดการตื่นตัวเช่นกัน เช่น สถาบันเทคโนโลยีแห่งโตเกียว ประเทศญี่ปุ่น ได้วางแผนการที่จะพัฒนาซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่มีระบบระบายความร้อนที่ใช้น้ำจากธารหิมะน้ำแข็งและน้ำใต้ดินในพื้นที่ที่อากาศหนาวเย็น Amid the intensifying global competition over supercomputers, one significant technological hurdle is that the larger a super-computer, the more electricity it consumes. ในโครงดังกล่าวเครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีขนาดเล็กจะถูกวางไว้ในภาชนะพิเศษและถูกระบายความร้อนด้วยอากาศอุณหภูมิต่ำ(7 องศาเซียลเซล) โดยใช้น้ำบาดาลเย็น, หิมะและน้ำแข็ง เพื่อทดสอบว่าเครื่องคอมพิวเตอร์จะทำงานอย่างมีมีเสถียรภาพหรือไม่ If successful, the institute will consider placing a larger computer at Hokkaido University. หากโครงการดังกล่าวประสบความสำเร็จสถาบันจะพิจารณาปรับใช้กับคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ที่มหาวิทยาลัยฮกไกโด IBM's research lab in Zurich has built a supercomputer system utilizing water-cooling, which reduced electricity consumption by about 40 percent. Currently, supercomputer cooling systems consume about 30 percent to 50 percent of the electricity necessary to power the devices.In the project, a container with a small computer inside will be placed on the campus of Hokkaido University.แต่สำหรับศูนย์คอมพิวเตอร์ทั่วไปการทำให้ระบบคอมพิวเตอร์และศูนย์ข้อมูลแบบเดิมใช้พลังงานงานอย่างมีประสิทธิภาพเป็นเรื่องที่ท้าทายมากกว่า หน่วยงานต่างๆ ได้ตั้งเป้าไว้ว่าจะต้องลดลงได้ร้อยละ 50 จากเดิม
จะเห็นได้ว่าทุกหน่วยงานที่มีการใช้พลังงานไฟฟ้า ไม่ว่าหน่วยงานขนาดใหญ่ องค์กรภาครัฐ เอกชน มหาวิทยาลัย ฯลฯ กำลังใช้ความพยายามในทุกๆด้าน เพื่อทำให้วิกฤตโลกร้อนน้อยลง ไมเว้นแม้แต่ ในศูนย์คอมพิวเตอร์ ซึ่งจำเป็นต้องให้ความสำคัญอย่างมาก เนื่องจากในแต่ละปีศูนย์คอมพิวเตอร์เหล่านี้ ไม่เคยหยุดดำเนินการเลยและใช้พลังงานไฟฟ้าสิ้นเปลืองจำนวนมหาศาลต่อปี
คลาวด์คอมพิวติ้ง (Cloud Computing)
จากการถือกำเนิดของอินเตอร์เน็ตความเร็วสูงได้ทำให้เกิดโครงข่ายคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ขึ้นเป็นกลุ่มๆ กระจายอยู่ทั่วโลก โครงข่ายคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่นี้เองกำลังถูกมองว่าจะถูกใช้แทนเครื่องคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่หรือใช้แทนศูนย์ข้อมูลใหญ่ๆ ในอนาคต เราเรียกเทคโนโลยีที่มีการเชื่อมต่อเป็นโครงข่ายและสามารถถ่ายเทข้อมูลจำนวนมหาศาลแบบนี้ว่า Cloud Computing เนื่องจากมีข้อมูลมากมายมหาศาล กระจายอยู่ทุกที่ และโปรแกรมที่วิ่งอยู่ในเครือข่ายก็สามารถที่จะเชื่อมโยงกับข้อมูลจากหลายๆที่ในเวลาเดียวกัน ทั้งยังสามารถเชื่อมต่อกับเครื่องคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ (หรือการนำซอร์ฟเวอร์เล็กๆหลายร้อยตัวมาทำงานร่วมกัน) ก็สามารถทำได้ การทำงานมารวมกันนี้จึงเสมือนเป็นคอมพิวเตอร์เครื่องเดียวกัน ผลที่ได้ก็คือ บริการข้อมูลที่มหัศจรรย์ราวกับว่าโลกทั้งโลกเป็นของเรา อยากได้อะไร มันก็หลั่งไหลลงมาราวกับลงมาจากท้องฟ้า โดยไม่จำเป็นต้องรู้ที่มาเลย และอะไรที่ได้มาโดยไม่ทราบแหล่งที่มาว่าจริงๆแล้วมาจากที่ไหน ฝรั่งจึงใช้ชื่อเรียกว่า มันมาจากก้อนเมฆ แต่สำหรับคนไทยหลายคนไม่ใคร่ชอบคำว่ามาจากก้อนเมฆ เลยเรียกว่า “คลาวด์คอมพิวติ้ง” (cloud computing) ในด้านเทคนิคนั้นระบบ cloud computing มีสองส่วน คือส่วนเครือข่ายความเร็วสูง ที่เชื่อมผู้ใช้อินเทอร์เน็ตทุกคนเข้าด้วยกัน และส่วนที่เป็น server ซึ่งต่อกับอินเทอร์เน็ต และพร้อมที่จะต้อนรับลูกค้าที่ติดต่อเข้ามาทางอินเทอร์เน็ตจำนวนหลายร้อยหลายพันคนพร้อมๆกัน เครื่อง server เหล่านี้ มีพลังสูงและมีข้อมูลมากมายพอที่จะบริการแต่ละอย่างได้ด้วยความเร็ว โดยแทบจะไม่มีงานอะไรที่เสร็จช้ากว่า 2 วินาทีเลย สำหรับด้านการรักษาความปลอดภัยของข้อมูลนั้นระบบ cloud computing ใช้ไฟล์วอล(file wall) ที่ทรงประสิทธิภาพสูงมาก ดังนั้นจึงไม่ต้องกังวลว่าข้อมูลจะถูกเจาะ เพราะจะมีแต่เครื่องคอมพิวเตอร์หลักที่แต่ละหน่วยงานติดตั้งเท่านั้นที่สามารถอ่านข้อมูลทั้งหมดได้
สำหรับประโยชน์ที่ได้จากการประมวลผลแบบ Could computing มีดังนี้
1.(scalability) on demand
2.super computer server
3.(high security) (high reliability)
Cloud computing กับการใช้พลังงานไฟฟ้า
เมื่อมองจากการใช้พลังงานไฟฟ้าแล้ว การกระจายคอมพิวเตอร์ออกเป็นเครื่องเล็กหลายๆ เครื่องและให้สามารถทำงานร่วมกันเป็นโครงข่าย มีข้อดี คือ มันใช้พลังงานไฟฟ้าน้อยลงอย่างมากเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่(super computer) เพื่อทำทำงานเดียวกัน เนื่องจากไม่จำเป็นต้องลงทุนสร้างระบบระบายความร้อนขนาดใหญ่อีกต่อไป นอกจากนี้ผู้ที่อยู่ในเครืองข่ายอื่นๆยังสามารถปิดเครื่องของตนได้ตลอดเวลา โดยที่ข้อมูลไม่สูญหายไปได้อีกด้วย ทำให้เกิดประหยัดพลังงานได้มากขึ้นอีกด้วย
คลาวด์คอมพิวติ้งจะเป็นคลื่นลูกใหม่ที่เกิดขึ้น เพื่อการลดการใช้พลังงานไฟฟ้าสำหรับโครงข่ายคอมพิวเตอร์ในอนาคต อย่างแน่นอน ไม่แน่ว่าในอนาคตอาจไม่จำเป็นต้องมีศูนย์คอมพิวเตอร์ที่ต้องใช้ไฟฟ้าปริมาณมหาศาลก็อาจเป็นได้
เขียนโดย ดร.ไกรสร อัญชลีวรพันธุ์