Modeling and control for data center efficiency - state of the art and perspectives

In an age defined by the digital revolution, data centers are indispensable for powering the global digital landscape. However, their increasing energy consumption is a cause for concern. Despite a surge in data demand, the rise in energy usage has been relatively modest, yet data centers still contribute to 1-1.5% of global energy consumption. This scientific thesis delves into the complex challenges of improving energy efficiency in data centers, highlighting the crucial roles of modeling and control mechanisms. It explores various modeling approaches, addressing different aspects and issues related to data center operations. Additionally, it underscores the essential role of control mechanisms in optimizing performance and energy consumption in various aspects of data center operations, ranging from cooling systems to power distribution, data storage, server performance, and the integration of renewable energy sources. This thesis presents a compelling narrative about the necessity of innovation and sustainability, recognizing the delicate balance needed to align technological advancement with environmental responsibility for a more sustainable digital future.

In un’era caratterizzata dalla rivoluzione digitale, i data center sono indispensabili. Tuttavia, il loro crescente consumo energetico è motivo di preoccupazione. Nonostante l’impennata della domanda di dati, l’aumento del consumo di energia è stato relativamente modesto, ma i data center contribuiscono ancora per circa l’1-1,5% al consumo energetico globale. Questa tesi analizza un corpus significativo di letteratura sull'efficienza energetica nei data center, evidenziando il ruolo cruciale dei meccanismi di modellazione e controllo. Esplora vari approcci di modellazione, affrontando diversi aspetti e problemi relativi alle operazioni del data center. Inoltre, sottolinea il ruolo essenziale del controllo nell’ottimizzazione delle prestazioni e del consumo energetico in vari aspetti del funzionamento del data center, che vanno dai sistemi di raffreddamento alla distribuzione dell’energia, all’archiviazione dei dati, alle prestazioni dei server e all’integrazione di fonti di energia rinnovabile. L'analisi evidenzia anche la necessità di innovazione e sostenibilità, riconoscendo il delicato equilibrio necessario per allineare il progresso tecnologico con la responsabilità ambientale per un futuro digitale più sostenibile.