Los asombrosos impactos ecológicos de la computación y la nube

Las pantallas se iluminan con el flujo de las palabras. Tal vez sean correos electrónicos, garabateados apresuradamente en dispositivos inteligentes, o mensajes cargados de emoji intercambiados entre amigos o familiares. En este mismo río de lo digital, millones acuden en masa para disfrutar de su programación de televisión favorita, transmitir pornografía o ingresar a los mundos en expansión de los juegos de rol en línea con múltiples jugadores masivos, o simplemente para buscar el significado de una palabra oscura o la ubicación del más cercano. Laboratorio de pruebas de detección de COVID-19.

Cualquiera que sea su consulta, deseo o propósito, Internet proporciona, y toda la complejidad de todo, desde videos de desempaquetado hasta blogs de bricolaje, está contenida dentro de cadenas de bits infinitamente complejas. A medida que viajan a través del tiempo y el espacio a la velocidad de la luz, bajo nuestros océanos en cables de fibra óptica más delgados que un cabello humano, estos densos paquetes de información, instrucciones para píxeles o caracteres o marcos codificados en unos y ceros, se deshacen para crear la apariencia digital. ante ti ahora. Las palabras que estás leyendo son un punto de entrada a un reino etéreo que muchos llaman la "Nube".

Mientras que en el lenguaje técnico la "nube" podría referirse a la agrupación de recursos informáticos a través de una red, en la cultura popular, "nube" ha llegado a significar y abarcar toda la gama de infraestructuras que hacen posible la actividad en línea, desde Instagram a Hulu a Google Drive. Como un cúmulo hinchado que se desplaza a través de un cielo azul claro, negándose a mantener una forma sólida, la Nube de lo digital es esquiva, su funcionamiento interno es en gran medida misterioso para el público en general, un ejemplo de lo que el cibernético del MIT, Norbert Weiner, una vez llamó " caja negra." Pero así como las nubes sobre nosotros, sin importar cuán informes o etéreas puedan parecer, de hecho están hechas de materia, la Nube de lo digital también es implacablemente material.

Para llegar al tema de la Nube, debemos desenredar las bobinas de cables coaxiales, tubos de fibra óptica, torres celulares, aires acondicionados, unidades de distribución de energía, transformadores, tuberías de agua, servidores de computadoras y más. Debemos prestar atención a sus flujos materiales de electricidad, agua, aire, calor, metales, minerales y elementos de tierras raras que sustentan nuestras vidas digitales. De esta forma, la Nube no es sólo material, sino también una fuerza ecológica. A medida que continúa expandiéndose, aumenta su impacto ambiental, incluso cuando los ingenieros, técnicos y ejecutivos detrás de sus infraestructuras se esfuerzan por equilibrar la rentabilidad con la sostenibilidad. En ninguna parte es más visible este dilema que en las paredes de las infraestructuras donde vive el contenido de la nube: las bibliotecas-fábrica donde se almacenan los datos y se agrupa la potencia computacional para mantener a flote nuestras aplicaciones en la nube.

Nube el carbonívoro

Son las cuatro de la mañana cuando ocurre el incidente. En ese momento, estoy agachado en el piso de uno de los pasillos de contención del centro de datos, las computadoras dispuestas como pilas de libros en una biblioteca a cada lado de mí. El clamor de los fanáticos del servidor hace que sea casi imposible para mí escuchar a Tom, el técnico superior al que estoy siguiendo, explícame cómo abrir una baldosa defectuosa. Con una herramienta especializada, quito el azulejo cuadrado blanco de sus bisagras y noto pequeñas perforaciones grabadas en su superficie, puntos de entrada diseñados para ayudar a que el aire frío suba desde una gran cavidad presurizada debajo de nosotros llamada "plenum". Dejo el azulejo a un lado, sintiendo una ráfaga de frío haciéndome cosquillas en la nariz mientras una ráfaga de frío se eleva desde la cámara del suelo expuesta. Procedo a reemplazar el mosaico, usando uno con más muescas para mejorar el flujo de aire a este grupo particular de equipos informáticos densos. Entonces es cuando escucho que saltan las alarmas. En medio de un mar de luces verdes y azules parpadeantes, un estante completo de computadoras de repente centellea en amarillo y luego, después de unos segundos, en un rojo presagio. En ese instante, el pánico se apodera de la cara de Tom, y él también está sonrojado y carmesí mientras se esfuerza por contener la calamidad que se desarrolla a nuestro alrededor.

“Se están sobrecalentando”, dice Tom, al inspeccionar los sensores térmicos, con el sudor goteando de su frente.

Siento el calor invadiendo el aire. La avalancha de calor se filtra en los servidores más rápido de lo que pueden disminuir los disipadores de calor impresos en sus placas de circuito, más rápido de lo que los ventiladores pueden expulsar el aire caliente reciclado en un circuito de calentamiento de retroalimentación desbocado. Comienza la secuencia de apagado automático y Tom maldice, recordándome que cada minuto de inactividad, de interrupción del servicio, puede costarle a la empresa muchos miles de dólares. Sin embargo, en dos minutos, las tres enormes unidades de aire acondicionado que habían estado inactivas en estado de espera se activan a plena potencia, inundando la habitación con un frío ártico y restaurando el orden en la caótica escena.

En la viñeta anterior, que se basa en mis notas de campo etnográficas, cuento un episodio al que los técnicos del centro de datos se refieren como un "evento de fuga térmica", una falla en cascada de los sistemas de enfriamiento que interrumpe el funcionamiento de los servidores que procesan, almacenan y facilitan todo en línea. Las fricciones moleculares de la industria digital, como muestra este ejemplo, proliferan como un calor ingobernable. Los restos y desechos de nuestras consultas y transacciones digitales, la ráfaga de electrones que revolotean, calientan el medio del aire. El calor es el producto de desecho de la computación y, si no se controla, se convierte en un obstáculo para el funcionamiento de la civilización digital. Por lo tanto, el calor debe reducirse implacablemente para mantener el motor de la vibración digital en un estado constante, las 24 horas del día, todos los días.

Para sofocar esta amenaza termodinámica, los centros de datos dependen abrumadoramente del aire acondicionado, un proceso mecánico que refrigera el medio gaseoso del aire, para que pueda desplazar o alejar el calor peligroso de las computadoras. Hoy en día, los acondicionadores de aire para salas de computadoras (CRAC) o los controladores de aire para salas de computadoras (CRAH) que consumen mucha energía son elementos básicos incluso en los centros de datos más avanzados. En América del Norte, la mayoría de los centros de datos extraen energía de las redes eléctricas "sucias", especialmente en el "callejón del centro de datos" de Virginia, el sitio del 70 por ciento del tráfico mundial de Internet en 2019. Para enfriar, la nube quema carbono, lo que Jeffrey Moro llama una “ironía elemental”. En la mayoría de los centros de datos de hoy, el enfriamiento representa más del 40 por ciento del uso de electricidad.

Si bien algunos de los centros de datos de "hiperescala" más avanzados, como los que mantienen Google, Facebook y Amazon, se han comprometido a hacer la transición de sus sitios a carbono neutral a través de la compensación de carbono y la inversión en infraestructuras de energía renovable como la eólica y la solar, muchos de los centros de datos de menor escala que observé carecen de los recursos y el capital para emprender iniciativas de sostenibilidad similares. Los centros de datos tradicionales de menor escala a menudo se han establecido dentro de edificios antiguos que no están optimizados para las necesidades cambiantes de capacidad de almacenamiento de datos, refrigeración y energía. Desde el surgimiento de las instalaciones de hiperescala, muchas empresas, universidades y otros que operan sus propios centros de datos a pequeña escala han comenzado a transferir sus datos a hiperescaladores o instalaciones de colocación en la nube, citando reducciones en los costos de energía.

Según un informe del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, si toda la nube se trasladara a instalaciones de hiperescala, el uso de energía podría caer hasta en un 25 por ciento. Sin ningún organismo o agencia reguladora para incentivar o hacer cumplir dicho cambio en nuestra configuración de infraestructura, se han propuesto otras soluciones para frenar el problema del carbono de la nube. Algunos han propuesto reubicar los centros de datos en países nórdicos como Islandia o Suecia, en un intento por utilizar aire fresco del ambiente para minimizar la huella de carbono, una técnica llamada "enfriamiento gratuito". Sin embargo, los problemas de latencia de la señal de la red hacen que este sueño de un paraíso para los centros de datos ecológicos sea en gran medida insostenible para satisfacer las demandas informáticas y de almacenamiento de datos del resto del mundo.

Como resultado, la nube ahora tiene una huella de carbono mayor que la industria de las aerolíneas. Un solo centro de datos puede consumir la electricidad equivalente a 50.000 hogares. Con 200 teravatios hora (TWh) al año, los centros de datos consumen colectivamente más energía que algunos estados-nación. En la actualidad, la electricidad utilizada por los centros de datos representa el 0,3 % de las emisiones totales de carbono, y si ampliamos nuestra contabilidad para incluir dispositivos en red como computadoras portátiles, teléfonos inteligentes y tabletas, el total cambia al 2 % de las emisiones globales de carbono.

¿Por qué tanta energía? Más allá de la refrigeración, los requisitos de energía de los centros de datos son enormes. Para cumplir con el compromiso de los clientes de que sus datos y servicios en la nube estarán disponibles en cualquier momento y en cualquier lugar, los centros de datos están diseñados para ser hiperredundantes: si un sistema falla, otro está listo para ocupar su lugar en cualquier momento, para evitar una interrupción. en experiencias de usuario. Al igual que los acondicionadores de aire de Tom que están inactivos en un estado de bajo consumo, listos para acelerar cuando las cosas se calientan demasiado, el centro de datos es una muñeca rusa de redundancias: sistemas de energía redundantes como generadores diesel, servidores redundantes listos para hacerse cargo de los procesos computacionales en caso de que otros se vuelvan inesperadamente no disponible, y así sucesivamente. En algunos casos, solo del 6 al 12 por ciento de la energía consumida se dedica a procesos computacionales activos. El resto se destina a refrigeración. y el mantenimiento de cadenas tras cadenas de dispositivos de seguridad redundantes para evitar costosos tiempos de inactividad.

precipitaciones

Estamos a finales de julio en Arizona. El sol es blanco y caliente en este día sin nubes. Siento que me quema la nuca mientras sigo a Jeremy, un técnico junior, al backlot detrás de un centro de datos, donde docenas de contenedores de envío están dispuestos en filas. En medio de esta ola de calor de 117 grados, nuestra tarea es reparar un sistema de enfriamiento por evaporación que está fallando. Soltamos los tornillos de uno de los paneles exteriores antes de entrar en el contenedor de envío, que me sorprende saber que en realidad es un clúster de servidores modular. Las tuberías serpentean desde pequeños canales en el lote, donde el agua potable se bombea desde el suelo, para filtrarse en un medio filtrante esponjoso. A mis ojos, este material espumoso se asemeja a un panal o un nido de avispas (figura 2). Las aguas ricas en sedimentos del río Colorado se han congelado para formar un hollín fangoso en la superficie porosa que no se parece a la miel. La bandeja húmeda de material se evapora rápidamente en el aire árido del desierto, la nube turbulenta de humedad enfría suavemente los servidores que zumban a nuestro alrededor, explica Jeremy. Me entero de que esta es la razón por la cual el contenedor de envío tiene el apodo de "La Boca".

La Nube puede ser un carbívoro, pero como muestra el ejemplo de “La Boca”, la Nube también tiene bastante sed. Como un pasto, las granjas de servidores se riegan. Hoy en día, en muchos centros de datos, el agua fría se canaliza a través de la red de los racks de servidores para enfriar las instalaciones de manera más eficiente, ya que el líquido es un agente convectivo superior al aire. Este cambio de refrigeración por aire a refrigeración por agua es un intento de reducir la huella de carbono, pero tiene un costo. Superando sequías históricas y cúpulas de calor, las comunidades en el oeste de los Estados Unidos están cada vez más presionadas por los recursos hídricos. En Mesa, Arizona, donde pasé seis meses investigando el surgimiento de un centro de datos en el desierto, algunos políticos ahora se oponen abiertamente a la construcción de centros de datos, enmarcando el uso de agua de los centros como no esencial e irresponsable dadas las limitaciones de recursos. En Bluffdale, Utah, los residentes sufren escasez de agua y cortes de energía, como resultado del cercano Centro de Datos de Utah, una instalación de la Agencia de Seguridad Nacional (NSA) de EE. UU. que consume siete millones de galones de agua diariamente para operar.

Los centros de datos consumen diariamente millones de galones de agua de Arizona.

En respuesta a la creciente conciencia sobre el impacto de los centros de datos en comunidades con escasez de agua como Mesa y Bluffdale, empresas como Google se comprometen a ser "positivas para el agua" para 2030, comprometiéndose a "reponer" el 120 % del agua que consumen en sus instalaciones. y oficinas. Mediante la implementación de costosos sistemas de refrigeración por agua de "circuito cerrado", empresas como Google y Cyrus One pueden reciclar parte de las aguas residuales utilizadas en la refrigeración por evaporación, aunque gran parte del agua se escapa a la atmósfera durante el proceso de evaporación. Además de optimizar la utilización del agua y minimizar el "desperdicio", Google y otros se comprometen a invertir en infraestructura hídrica y recursos comunitarios para mejorar la "administración del agua" y la "seguridad del agua".

Compromisos corporativos como estos, si bien son loables, no son exigibles ni parecen factibles dado el crecimiento explosivo que se espera en las infraestructuras de almacenamiento de datos durante la próxima década, una triplicación según algunas estimaciones. El estudioso de los medios Ml Hogan advierte que no se debe confiar a las "grandes tecnologías" su propia regulación, dados los vínculos financieros de las empresas con la industria de los combustibles fósiles y el incumplimiento de los plazos de compromisos anteriores para reducir las emisiones de carbono u otros tipos de desechos.

Según el Informe sobre la brecha de emisiones de 2021 elaborado por el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente, se prevé que las temperaturas globales aumenten 2,7 °C para finales de siglo. El calentamiento planetario derretirá los glaciares y elevará el nivel del mar. El resultado será la salinización de los suministros de agua dulce, la proliferación del crecimiento de patógenos en depósitos de agua estancada y la intensificación de los procesos continuos de desertificación, creando condiciones casi omnipresentes de escasez de agua para 2040 si los gobiernos y las empresas no intensifican sus esfuerzos para frenar las emisiones. . Si bien las promesas corporativas no ofrecen ninguna garantía de que los centros de datos regularán, los mecanismos más amplios de rendición de cuentas como el reciente Pacto de Centros de Datos Climáticamente Neutrales, un consorcio de empresas europeas de centros de datos y proveedores de infraestructura que prometen convertirse en "climáticamente neutrales" para 2050, brindan un modelo para mayores Iniciativas regulatorias de mayor escala que podrían tener un impacto más sustancial.

La nube no es silenciosa

2019. Brenda Hayward da un paseo por su soleado vecindario, pasando por el hermoso césped verde del parque Chuparosa en Chandler, Arizona, cuando lo escucha, el ruido que la persigue todas las noches mientras intenta dormir. Está allí todas las mañanas cuando se despierta. Es allí en el parque donde sus hijos jugaban cuando eran pequeños, revoloteando entre las ramas de los árboles de palo verde, acechándola mientras ella intenta vivir su vida tranquila. Comenzó como un estruendo sordo, no muy diferente del ruido de los adolescentes frenéticos de bajos que se divierten hasta altas horas de la noche. Más tarde, se convirtió en un gemido mecánico continuo. Ella trata de no notarlo, trata de dejar de escucharlo, pero está ahí, detrás de todo, un fondo infernal de su vida. Como enfermera, sabe que el sonido es más que una simple molestia. Ella ve los signos de su efecto (hipertensión, cortisol), pero no puede detenerlo. Nadie puede, porque no duerme.

2020. El confinamiento ha obligado a los residentes urbanos a permanecer en sus hogares para minimizar la transmisión de COVID-19. Para David Gray, la claustrofobia es la menor de sus preocupaciones. En cambio, él y sus vecinos de Printer's Row en el centro de Chicago deben capear un flagelo de una variedad sónica. Mientras se pasea por su casa, mientras trabaja, come y se baña, allí está, un zumbido monótono, un estrépito incesante, un compañero constante e indeseable de su vida. Se pudre en su mente, arañando sus pensamientos, poniendo a prueba su cordura, envenenándolo con un hechizo constante de temor y ansiedad. Él no puede irse; no se le permite. No puede escapar. Él está allí, con él, prisionero de su hechizante monotonía.

2021. En Chuparosa Park, también lo escucho. Por encima de los gritos de los niños que juegan, los perros que ladran, los coches que pasan corriendo, se eleva. Mis oídos se agudizan con la música de la Nube, una sinfonía discordante de mensajes de texto, correos electrónicos, videos de gatos y noticias falsas, latiendo, zumbando en mis oídos. Justo después de las canchas de baloncesto, las mesas de picnic y las tunas, la fuente es visible para que todos la vean: un centro de datos CyrusOne.

A grandes distancias, el escape sónico de nuestras vidas digitales reverbera: las diminutas vibraciones de los discos duros, el estruendo de los enfriadores de aire, el arranque de los generadores diésel, el giro mecánico de los ventiladores. Los centros de datos emiten desechos acústicos, lo que los ecologistas llaman “contaminación acústica”. Para comunidades como la de Brenda y David, el zumbido computacional de los centros de datos no es simplemente una molestia, sino una fuente de daño mental y físico. Brenda, una enfermera de formación, informó un aumento en su presión arterial y niveles de cortisol con el inicio del ruido. David, un ingeniero de software de veintitantos años, fue diagnosticado con hipertensión y se reúne con frecuencia con un terapeuta clínico para controlar la ansiedad causada por el zumbido del centro de datos.

Sus historias son cuentos de advertencia; no son raros ni excepcionales. Los efectos fisiológicos agudos y longitudinales de la contaminación acústica industrial están bien documentados e incluyen pérdida de audición, aumento de las hormonas del estrés como el cortisol, hipertensión e insomnio. Brenda y David se reunieron con otros residentes descontentos en sus respectivas comunidades para organizarse por el cambio. Brenda pronto se unió a Dobson Noise Coalition y ayudó a organizar una reunión comunitaria con sus vecinos, funcionarios de la ciudad, representantes estatales y federales y empleados de CyrusOne, el centro de datos infractor. David tomó una posición con otros en su edificio, movilizando con éxito al Departamento de Salud Pública de Chicago para presentar una queja por ruido en su nombre y obtener con éxito una audiencia por una infracción de contaminación acústica. Si bien los esfuerzos de estas comunidades para minimizar la contaminación acústica que los daña continúan, se resignan a metas modestas para mejorar en lugar de resolver el problema. A diferencia de otras industrias, los centros de datos se autorregulan en gran medida: no existe una agencia federal amplia que rija la ubicación y el funcionamiento de las instalaciones nuevas y existentes.

Debido a que el ruido del centro de datos no está regulado por las autoridades políticas, las instalaciones se pueden construir muy cerca de las comunidades residenciales. Dada la naturaleza subjetiva de la audiencia, la historia de la regulación del ruido podría caracterizarse mejor por una serie de concursos sobre la experiencia y el “derecho” a la tranquilidad, tal como está codificado en los regímenes legales liberales. En el transcurso de mi trabajo de campo con las comunidades de Chandler e Printer's Row, aprendí que el "ruido" de la nube elude de manera única los esquemas regulatorios. En muchos casos, el volumen de los centros de datos, medido en decibelios (dB), cae por debajo del umbral de intolerancia prescrito por las ordenanzas locales. Por eso, cuando los vecinos se dirigieron a las autoridades para que intervinieran, para atenuar o silenciar su ruido, no se tomó ninguna medida, porque los centros de datos técnicamente no habían infringido la ley y sus propiedades estaban zonificadas para fines industriales. Sin embargo, luego de un interrogatorio más detallado del sonido, algunos residentes informaron que el zumbido monotonal, una frecuencia que se cierne dentro del rango del habla humana, es particularmente perturbador, dada la sensibilidad afinada de los oídos humanos para distinguir tales frecuencias por encima de otras. Aun así, hubo días en que los centros de datos, con generadores diesel en funcionamiento, excedieron ampliamente los umbrales de decibelios permitidos para el ruido. Al igual que con el agua y el carbón, empresas locales como CyrusOne se comprometieron en reuniones comunitarias a tomar medidas para atenuar su sonido, aunque estas eran promesas inaplicables que, hasta la fecha, no han cumplido.

Residuos inmortales

Desde el año 2007, cuando el primer teléfono inteligente debutó en el mercado, se han fabricado más de siete mil millones de dispositivos de este tipo. Su vida útil promedia menos de dos años, como consecuencia de la obsolescencia del diseño y la sed de beneficiarse de nuevas características y capacidades llamativas. Mientras tanto, las condiciones materiales y políticas de su fabricación y los recursos necesarios para su producción permanecen en la oscuridad. Bajo condiciones extenuantes, los mineros sondean incansablemente la tierra en busca de los metales raros necesarios para fabricar dispositivos de tecnología de la información y las comunicaciones (TIC). Luego, en grandes fábricas como Foxconn ubicadas en el Sur Global, donde la mano de obra puede obtenerse a bajo costo y las protecciones legales para los trabajadores son escasas, los teléfonos inteligentes se ensamblan y envían a los consumidores, solo para desecharlos en cuestión de meses, para terminar en cementerios de desechos electrónicos como los de Agbogbloshie, Ghana. Estos metales, muchos de los cuales son tóxicos y contienen elementos radiactivos, tardan milenios en descomponerse. La basura de lo digital es ecológicamente transformadora.

El historiador Nathan Ensmenger escribe que una sola computadora de escritorio requiere 240 kilogramos de combustibles fósiles, 22 kilogramos de productos químicos y 1500 kilogramos de agua para su fabricación. Los servidores que llenan las salas de los centros de datos son activos densos y especializados, con algunas unidades valoradas en decenas de miles de dólares estadounidenses. Los cables, las baterías, los sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS), los acondicionadores de aire (CRAC y CRAH), las unidades de distribución de energía (PDU) y los transformadores también se retiran y desechan periódicamente cuando expiran las garantías y las unidades no cumplen con los altos estándares de confiabilidad. y redundancia establecida por entidades como Uptime Institute. Algunos de estos componentes tienen bifenilos policlorados (PCB) tóxicos y deben desecharse en lugar de reutilizarse. Se están realizando esfuerzos en Europa y en otros lugares para aumentar los diseños de instalaciones y equipos para extender la vida útil de las unidades, adaptarse más fácilmente a la reparación y formalizar un sistema de intercambio para reciclar equipos viejos utilizando "pasaportes de materiales" que documentan con precisión las historias de las unidades, como CARFAX. Incluso con estas iniciativas de sostenibilidad implementadas, las organizaciones ambientales como Greenpeace estiman que se recicla menos del 16 por ciento de las toneladas de desechos electrónicos generados anualmente.

La dinámica ecológica en la que nos encontramos no es enteramente una consecuencia de los límites del diseño, sino de las prácticas y elecciones humanas, entre individuos, comunidades, corporaciones y gobiernos, combinadas con un déficit de voluntad e imaginación para generar una Nube sostenible. La Nube es tanto cultural como tecnológica. Como cualquier aspecto de la cultura, la trayectoria de la Nube y sus impactos ecológicos no están predeterminados ni son inmutables. Como cualquier aspecto de la cultura, son mutables.

Este artículo se reproduce con permiso y se publicó por primera vez el 14 de febrero de 2022.