Nederland blijkt een aantrekkelijk land voor datacenters dankzij de ligging, de goede netwerkinfrastructuur en de aanwezigheid van een van ’s werelds grootste internetknooppunten. Toch lijken, door de grote energiebehoefte van datacenters, de grenzen aan de groei in zicht.
Donderdag 12 maart 2020 is een gedenkwaardige dag voor de ict-markt in Nederland en België. Op die dag maakten de overheden van beide landen bekend dat burgers zoveel mogelijk moesten gaan thuiswerken. Dat besluit had grote consequenties op vele vlakken, waaronder op ict-gebied. In allerijl richtten werknemers thuiswerkplekken in, waarbij een run ontstond op webcams en monitoren, en bedrijven en onderwijs gingen massaal over op online diensten voor samenwerken, videoconferencing en projectbeheer. Naast het werk verplaatste een groot deel van het maatschappelijke leven zich naar internet, nog meer dan al het geval was.
Groei van het dataverkeer
Hoewel het daardoor stil werd op straat, leidde het in rekencentra verspreid over Nederland en België tot een enorme groei van activiteit. De systemen in de meer dan zesduizend datacenters die Nederland bijvoorbeeld rijk is, moesten flink aan de bak om de toename aan gevraagde diensten te kunnen leveren. KPN zag een toename van 25 procent op het reguliere internetverkeer. AMS-IX, een van de grootste internetknooppunten van de wereld, zag de hoeveelheid dataverkeer ook toenemen. Waar het knooppunt op een willekeurige dag eind februari nog ongeveer 50 petabyte verwerkte, lag dat vanaf 12 maart op zo’n 55 petabyte: een stijging van tien procent op een al enorme hoeveelheid. Ook overschreed AMS-IX vervolgens de piek van 8Tbit/s: een nieuw record. Het vorige record was nog jong; in december 2019 werd de grens van 7Tbit/s bereikt, wat aantoont dat het dataverkeer in korte tijd flink is toegenomen. Ook het Belgische internetknooppunt BNIX verbrak zijn record met een piek van 400Gbit/s.
Een groot deel van al dat dataverkeer gaat langs datacenters. Nu heerst het beeld dat datacenters enorme energieslurpers zijn en de verwachting was dan ook dat de toename aan dataverkeer tot een stijging van het energiegebruik zou leiden. Dat valt echter mee, meldt Stijn Grove, directeur van de Dutch Data Center Association, de brancheorganisatie van de Nederlandse datacenters. “We hebben geen harde cijfers over een toename, maar het zal maximaal om enkele procenten gaan. Als we extra load zien, leidt dat niet evenredig tot een stijging van het verbruik.” Volgens Grove is het verbruik van datacenters voor een groot deel basisverbruik van de infrastructuur en zit de grote verschuiving bij een toename van het dataverkeer bij de providers.
Jelle Wils, woordvoerder van beheerder van energienetwerken Liander bevestigt dat. “Uiteraard vindt er veel meer dataverkeer plaats en worden de laptops op de keukentafel intensief gebruikt, maar ons beeld is niet dat dit tot een significant ander energiegebruik leidt. Het betekent dat de gemiddelde belasting van het elektriciteitsnet valt tussen die van een weekdag, waarin het iets lager dan normaal ligt, en die van een weekenddag, met een iets hoger verbruik dan normaal. Dit komt natuurlijk doordat veel kantoren dicht zijn en elektrische auto’s minder of niet worden opgeladen.”
Aantal datacenters en hun oppervlakte in Nederland
Nederland telt meer dan zesduizend datacenters. Veruit de meeste daarvan zijn van bedrijven zelf, zoals van providers en multinationals.
Verder zijn er zeventig zogenoemde colocatie-, of multitenantdatacenters, die connectiviteit en ruimten voor servers bieden aan verschillende externe klanten.
Twee datacenters zijn van het hyperscaletype. Dit zijn de datacenters van Google in het Groningse Eemshaven en van Microsoft in het Noord-Hollandse Middenmeer.
Soort |
Totale vloeroppervlakte |
6000 datacenters |
onbekend |
400 ‘grote’ datacenters (>100m²) |
600.000m² |
189 multitenantdatacenters |
369.000m² |
2 hyperscaledatacenters |
100.000m² |
Connectiviteitshub
Wat het massaal thuiswerken en gebruiken van online diensten hoe dan ook liet zien, is hoe belangrijk een goede ict-infrastructuur met datacenters is. Vanwege dit belang voor de maatschappij roept de Dutch Data Center Association ertoe op om de sector tot vitaal uit te roepen, zodat het werk ook tijdens crises ongehinderd kan blijven doorgaan. De branchevereniging hoopt ook dat het besef groeit dat het gunstige vestigingsklimaat voor datacenters in Nederland behouden moet blijven. Met name Amsterdam heeft een grote aantrekkingskracht op datacenters. Meer dan 68 procent van de oppervlakte aan datacenters ligt rond Amsterdam en onder andere Equinix, Interxion en Digital Realty hebben hier rekencentra staan. De datacenters zijn met name gevestigd op de locaties Watergraafsmeer, Westelijk Havengebied, Amsterdam Science Park, Zuidoost en Schiphol-Rijk.
:strip_exif()/i/2003589228.jpeg?f=imagearticlefull)
Amsterdam is een connectiviteitshub, wat voor een groot deel te danken is aan de aanwezigheid van de AMS-IX, die snelle en betrouwbare verbindingen en lage latency garandeert. Mede hierdoor zijn techbedrijven als Booking.com, Oracle, Uber en Adyen in Amsterdam neergestreken. De regio Amsterdam behoort tot de regio’s met de meeste datacenters ter wereld en is Europese concurrenten als Londen, Parijs, Frankfurt en Dublin voorbijgestreefd.
Die positie staat echter onder druk. Sinds de zomer van vorig jaar geldt er een bouwstop voor datacenters in Amsterdam en de Haarlemmermeer. “Ze nemen veel ruimte in en leggen vanwege het hoge energiegebruik een groot beslag op het elektriciteitsnet”, noemde de gemeente Amsterdam als reden. In de laatste acht jaar groeide het vermogen van de datacenters in de regio jaarlijks gemiddeld met 18,5 procent. De gemeente wil daarom nieuw beleid opstellen om meer te kunnen sturen en eisen te kunnen stellen, zoals het kosteloos beschikbaar stellen van restwarmte en het gebruik van groene stroom. De bedoeling was dat het beleid eind 2019 gereed zou zijn, maar dat streven is niet gehaald, tot frustratie van de ict-sector in de regio.
Grove is het niet ook eens met de claim wat het innemen van ruimte betreft. “Er is geen grote impact. Alle datacenters passen in de oppervlakte die de grootste kas inneemt en het parkeerterrein van Schiphol is ook groter.” Bedrijven bouwen datacenters ook in de hoogte, zoals de Data Tower van Digital Realty en AM4 van Equinix op het Amsterdam Science Park.
:strip_exif()/i/2003591016.jpeg?f=imagearticlefull)
Uitdagingen voor het stroomnetwerk
Wat stroomnetwerkinfrastructuur betreft erkent hij dat er uitdagingen zijn. “Dat is overal het geval waar een concentratie van datacenters is. Kijk naar Amsterdam-Zuidoost. Daar willen ze nieuwe woningen bouwen en die wijken moeten dus mixen met datacenters. Dat is lastig.” Volgens hem voeren niet alleen datacenters de druk op energienetwerken op, maar doet de energietransitie dat ook, zoals kassen die overstappen van gas naar elektriciteit en de komst van Europa’s grootste elektrische busvloot naar Schiphol.
Netbeheerder Liander snapt de opstelling van de gemeente Amsterdam wel. “Omdat er weinig regie is op waar datacenters zich vestigen, worden wij geregeld verrast door aanvragen op een bepaalde locatie.” Netbeheerders bouwen de nodige reservecapaciteit in bij transformatorstations, maar zodra daar ook maar een enkel datacenter op wordt aangesloten, is de reservecapaciteit op. Een datacenter kan volgens het bedrijf net zoveel stroom gebruiken als een stad van veertigduizend tot zeventigduizend inwoners.
Het elektriciteitsnet is niet ontworpen voor de komst van datacenters en uitbreiding van de capaciteit kan jaren duren, benadrukt Jelle Wils van Liander. “Het betekent niet alleen extra kabels, maar vaak ook uitbreidingen van installaties vanwaaruit de stroom wordt verdeeld naar dorpen, steden en bedrijven. Die installaties zijn geen transformatorhuisjes in de wijk, maar grotere schakelstations, die vaak ook zijn verbonden met het landelijke hoogspanningsnet. Denk al gauw aan installaties met een omvang van enkele voetbalvelden en die tientallen miljoenen euro’s kosten.”
:strip_exif()/i/2003589222.jpeg?f=imagearticlefull)
Wils: “Iedereen wil wel snel internetten en alles in de cloud opslaan, maar niemand wil dit soort installaties in zijn achtertuin. De zoektocht naar geschikte plekken kan jaren duren en dan duren de procedures, zoals wijzigingen van bestemmingsplannen, vaak ook enkele jaren. Met een bouwtijd van anderhalf jaar kom je dan in totaal uit op vijf tot zeven jaar. In de Haarlemmermeer, waar zich veel datacenters willen vestigen, zijn we bijvoorbeeld al vier jaar op zoek naar een geschikte locatie, tot op heden zonder succes.” Liander ziet zich volgens hem geconfronteerd met een flinke verbouwing, ook door de komst van zonne- en windparken.
Routekaart
Voor netbeheerders is het van belang om vroegtijdig op de hoogte te zijn van de komst van nieuwe datacenters, om eventueel alternatieve locaties te kunnen vinden waar nog wel ruimte is op het net. Sinds vorig jaar werken de datacentersector, onderzoeksinstellingen, overheden en netbeheerders nauw samen met betrekking tot de groei van het aantal datacenters. Die partijen hebben daarvoor een ‘routekaart’ opgesteld met plannen voor de uitbreiding tot 2030.
Voor de korte termijn is het gebied rond Almere, Zeewolde, Lelystad en Dronten aangewezen als vestigingsgebied om het probleem met het energietekort te omzeilen. Voor zowel groot Amsterdam als Almere betekent dit dat de energie-infrastructuur op korte termijn moet worden uitgebreid. Voor de omvangrijke hyperscaledatacenters blijven Middenmeer en Eemshaven de aangewezen plek. Voor de periode van 2022 tot 2030 zijn Zuid-Holland en Middenmeer in de kop van Noord-Holland aangewezen als regio’s waar nieuwe datacenterclusters kunnen komen, ‘mits de kritieke afstand van vijftig kilometer tot de internetknooppunten geen beletsel is voor de hoge eisen aan latency’. Voor na 2030 komt Amsterdam dan weer in beeld, waarbij gedacht wordt aan de westflank, voor een koppeling met de windparken van Amsterdam. Hiervoor zijn wel grote investeringen in het energienetwerk nodig.
/i/2003589250.png?f=imagearticlefull)
Volgens de Dutch Data Center Association moeten de beheerders van energienetwerken ernaar streven hun netwerken sneller uit te breiden. “Hoe men vroeger werkte, is niet de oplossing. De wereld is veranderd, ook voor Liander en Tennet. We weten al twintig jaar dat de energietransitie er komt; zij moeten wat sneller gaan werken.” Liander meldt op zijn beurt dat het niet alleen aan hem ligt. “In de Haarlemmermeer zijn we bijvoorbeeld bezig met uitbreiding van het net. Het kost wel de nodige tijd om geschikte vergunningen te krijgen voor de bouw van nieuwe schakelstations.”
Hoe belangrijk verbruik bij datacenters is, blijkt wel uit het feit dat als maat voor de omvang niet alleen de vloeroppervlakte, maar ook het piekvermogen in MW gebruikt wordt. Het vermogen van alle zesduizend datacenters in Nederland was in 2019 opgeteld meer dan 1,5GW. Dat was een groei van 20 procent ten opzichte van 2017. Volgens het overheidsrapport Ruimtelijke Strategie Datacenters zijn datacenters in Nederland verantwoordelijk voor ongeveer 3 procent van het totale Nederlandse stroomverbruik. Wereldwijd nemen datacenters inmiddels 1 procent van het totale verbruik voor hun rekening, is de schatting.
Soorten datacenters
- Hyperscale - Dit zijn zeer grote datacenters met een vloeroppervlakte van meer dan 10.000m² en met meer dan 10.000 servers. Ze kenmerken zich door een relatief hoog stroomverbruik van meer dan 25MW. Ze hebben een enkele gebruiker, zoals in Nederland Google of Microsoft.
- Colocatie of multitenant - Deze datacenters zijn middelgroot tot groot, met vloeroppervlakten van 2000 tot 50.000m². Het stroomverbruik is traditioneel middelgroot, tot 25MW, maar in de laatste jaren is een trend zichtbaar naar een vermogen van 40 tot 60MW. Ze zijn meestal gevestigd in de grote steden en bedienen verschillende, al dan niet grote klanten.
- Regionale datacenters - Deze zijn klein tot middelgroot, met vloeroppervlakten van 500 tot 5000m². Het stroomverbruik is gering, traditioneel met vermogens van minder dan 2MW. Ook hier is echter in de laatste jaren een toename zichtbaar, tot zo’n 15MW. Ze bedienen meestal verschillende zakelijke gebruikers in de regio en hebben een klein verzorgingsgebied.
Efficiëntieverbetering
Met de stijgende populariteit van online diensten, de komst van 5g en de verwachte expansie van het internet-of-things, ligt een enorme groei van de datasector in de lijn der verwachting. Dit leidt nogal eens tot doemscenario’s, met claims over een verdriedubbeling van het verbruik van de rekencentra. De inzet van technieken die tot radicale energiebesparingen kunnen leiden, zoals fotonica en quantumcomputing, laat nog jaren op zich wachten. Daardoor lijkt inderdaad een probleem op ons af te komen, maar volgens onderzoek van de Amerikaanse Northwestern University, gepubliceerd in Science, zou dat weleens kunnen meevallen.
Sinds 2010 is het verbruik per berekening van een doorsnee server met een factor vier omlaaggegaan, becijfert het onderzoek. Dat komt vooral doordat de efficiëntie van processors flink is verbeterd en het idle-verbruik is gedaald. Wat datacenteropslag betreft is de hoeveelheid watt per terabyte zelfs met een factor negen gedaald, onder andere doordat de opslagdichtheid is toegenomen.
En ook de hoeveelheid servers is niet zoveel toegenomen als je op basis van de groei van het dataverkeer zou verwachten. Dankzij virtualisatie is de gemiddelde hoeveelheid compute instances per server namelijk vervijfvoudigd. Daarnaast is de power usage effectiveness, of pue, van datacenters verbeterd. De pue wordt berekend door het totale verbruik van een datacenter te delen door het verbruik van de serverinfrastructuur. Hoe dichter bij de 1, hoe beter. Vooral bij de voeding en koeling is winst behaald, door bijvoorbeeld over te stappen op waterkoeling.
Het gevolg van de verbeterde efficiëntie is dat het verbruik van alle datacenters in 2010 wereldwijd naar schatting op 194TWh uitkwam, terwijl dat in 2018 zo’n 205TWh bedroeg. Dat is dan weliswaar een stijging van 6 procent, maar het aantal compute instances nam in die periode met maar liefst 550 procent toe. De verbeteringen zouden voor een deel toe te schrijven zijn aan de verschuiving van traditionele, kleine datacenters naar grote hyperscalevarianten, die over de laatste generaties systemen, opslag en koeling beschikken. De verwachting is dat deze verschuiving verder doorzet, waardoor verdere besparingen mogelijk zijn en dat zelfs een verdubbeling van de vraag naar compute instances tot slechts een kleine verhoging van het totale verbruik zal leiden.
:strip_exif()/i/2003589224.jpeg?f=imagearticlefull)
Daarbij moet dan wel weer worden aangetekend dat de pue van de laatste generatie innovatieve datacenters aardig richting de theoretische limiet van 1 gaat. Bovendien hebben niet alle datacenters de mogelijkheid hun infrastructuur zo efficiënt in te richten als bijvoorbeeld Google en Amazon, die met respectievelijk hun tensor-processingunits en Graviton-processors hun eigen zuinige chips hebben ontworpen, die op de werklast van de bedrijven zijn toegespitst.
Colocationdatacenters leveren de ruimte, koeling en voeding, maar de inrichting van systemen en software is aan de klanten. Ook hier zijn besparingen te realiseren. In Nederland is dit jaar daarom het Lower Energy Acceleration Program gestart en naast datacenters doen bedrijven als Albert Heijn, Schiphol, Booking.com, Dell, HPE en KPN mee. Dit is een project om het gebruik van energiebeheerinstellingen van servers in datacenters te onderzoeken en te stimuleren zonder dat de prestaties hieronder lijden. De eerste stap in de pilotfase is het meten van de server idle coefficient, oftewel de sic. Dit getal geeft de mate aan waarin een server wel energie gebruikt, maar geen rekenwerk verricht. De tweede stap bij het project zal zijn om de sic te meten bij instellingen waarbij de servers zoveel mogelijk in een zuinige modus gaan als ze geen werk verrichten. De verwachting is dat het optimaliseren van het energiebeheer tot een besparing van 20 à 40 procent kan leiden.
Verder zijn er initiatieven in Nederland waarbij datacenters met hun restwarmte als warmtebron dienen voor lagetemperatuurwarmtenetten. Die dienen als alternatief voor verwarming met aardgas. Het voordeel van deze duurzame oplossing is tweeledig; datacenters geven warmte af aan bedrijven of kassen en ontvangen kou voor efficiëntere koeling. Mede door dit soort projecten moet een verdere groei van het aantal datacenters mogelijk zijn zonder dat ze een al te grote negatieve impact op de maatschappij krijgen.
Tweakers Magazine
Een variant van dit artikel verscheen eerder in het Tweakers Magazine, dat elke twee maanden naar alle Hero- en Elite-abonnees wordt verstuurd. Wil jij dit soort artikelen ook als eerste lezen en daarnaast profiteren van alle voordelen die een abonnement biedt? Check dan de Aboshop voor meer info. Je bent al Hero-abonnee vanaf 3,75 euro per maand. Jullie steun wordt enorm gewaardeerd.