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Data Centers and Their Energy Consumption: Frequently Asked Questions
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I data center sono l'infrastruttura fisica su cui si regge l'economia digitale. Ospitano i server che gestiscono servizi cloud, intelligenza artificiale, sistemi bancari e piattaforme che utilizziamo quotidianamente.
La loro rapida crescita sta modificando gli equilibri del sistema energetico globale, rendendo sempre più urgente comprenderne funzionamento, consumi e strategie di sostenibilità.
- Cosa sono
- Come funziona
- Tipologie
- Perché consumano energia
- Raffreddamento data center
- Recupero del calore
- Il PUE
- Sostenibilità
- Classificazione
- Trend
- Sicurezza
Cosa sono i data center e a cosa servono
I data center, o centri di elaborazione dati, sono strutture fisiche che ospitano server, sistemi di storage e apparecchiature di rete. Questi impianti forniscono servizi di elaborazione, archiviazione e trasmissione dati per organizzazioni pubbliche e private. L'infrastruttura tecnologica di questi centri di elaborazione dati rende possibile l'accesso ai servizi digitali che utilizziamo ogni giorno.
I data center supportano una vasta gamma di applicazioni: dalle piattaforme di e-commerce ai sistemi bancari, dai servizi cloud alle reti aziendali. Gestiscono, inoltre, i carichi computazionali richiesti da tecnologie emergenti come l'intelligenza artificiale e l'analisi di grandi volumi di dati. Questa capacità di elaborazione consente alle organizzazioni di operare in modo efficiente e di offrire servizi continui agli utenti.
Il loro funzionamento richiede:
- alimentazione elettrica ininterrotta
- sistemi di raffreddamento efficienti
- misure di sicurezza avanzate per proteggere dati e operatività.
Come funziona un data center: componenti e flussi principali
Il funzionamento di un data center si basa sull'integrazione di tre elementi tecnologici fondamentali:
- l'infrastruttura IT, che gestisce l'elaborazione e l'archiviazione dei dati
- i sistemi di alimentazione, che garantiscono continuità operativa
- gli impianti di supporto, che mantengono le condizioni ambientali ottimali per le apparecchiature.
Server, storage e rete: dove "vive" il dato
I server costituiscono il cuore computazionale del data center e integrano tre componenti essenziali:
- processori (CPU o GPU)
- memoria RAM
- unità di archiviazione locale.
Questi elementi operano come un'unità funzionale, dove i processori CPU gestiscono le operazioni generali del sistema, mentre le GPU si specializzano nell'accelerazione di calcoli complessi, particolarmente richiesti dalle applicazioni di intelligenza artificiale.
Attorno ai server si sviluppa un'infrastruttura di supporto coordinata. I sistemi di storage centralizzato, infatti, archiviano grandi volumi di dati, rendendoli accessibili simultaneamente da più server.
Le apparecchiature di rete, composte da router e switch, svolgono invece il ruolo di connessione, garantendo la comunicazione tra server e verso l'esterno. Grazie a questa integrazione, il data center può elaborare richieste, trasmettere informazioni e restituire risultati agli utenti finali in modo efficiente e continuo.
Alimentazione elettrica e continuità: UPS e generatori
La continuità elettrica è essenziale per evitare interruzioni dei servizi e perdite di dati. Per questo motivo, i sistemi UPS (Uninterruptible Power Supply) forniscono energia immediata in caso di blackout, garantendo il tempo necessario per attivare le fonti di backup. Successivamente, i generatori diesel o a gas entrano in funzione per alimentare l’infrastruttura durante interruzioni prolungate della rete elettrica.
Questi sistemi di backup assicurano che i data center mantengano operatività anche in condizioni critiche. Di conseguenza, la ridondanza dell'alimentazione rappresenta un requisito standard per strutture che devono garantire disponibilità continua dei servizi.
Tipologie di data center: enterprise, cloud, hyperscale ed edge
Le tipologie variano in base a proprietà, dimensione e utilizzo, rispondendo ciascuna a esigenze specifiche di scalabilità, controllo e prossimità agli utenti finali.
La scelta della tipologia, infatti, determina non solo l'architettura dell'infrastruttura ma anche i modelli di gestione operativa.
La tipologia enterprise è gestita direttamente dalle aziende per le proprie necessità IT interne, offrendo controllo completo su hardware, software e sicurezza dei dati. Al contrario, i data center colocation offrono spazio e risorse condivise a più clienti all'interno della stessa struttura fisica, favorendo economie di scala.
I cloud data center permettono l'accesso remoto a risorse di calcolo, storage e applicazioni distribuite geograficamente. Questo modello consente flessibilità nell'allocazione delle risorse e scalabilità rapida in base alla domanda. Gli edge data center, invece, sono strutture più piccole posizionate vicino agli utenti finali per ridurre i tempi di latenza e migliorare le prestazioni.
Infine, i data center hyperscale rappresentano la categoria dimensionale più grande, con indicativamente almeno 5.000 server e una superficie minima di circa 930 metri quadrati. Queste strutture supportano:
- servizi cloud su scala globale
- piattaforme di intelligenza artificiale
- analisi di grandi volumi di dati.
In definitiva, la scelta tra queste configurazioni dipende dalle esigenze di scalabilità, latenza e controllo dell'organizzazione.
Perché i data center consumano energia: dove vanno i consumi
Il consumo di energia da parte di un centro di elaborazione dati deriva principalmente da due componenti:
- l'infrastruttura IT
- i sistemi di supporto.
L’infrastruttura IT, più precisamente, comprende server, storage e apparecchiature di rete che elaborano e trasmettono dati. Mentre i sistemi di supporto includono alimentazione, raffreddamento e condizionamento ambientale, necessari per mantenere operatività e prestazioni.
I server e, più in generale, l’IT load rappresentano la voce principale dei consumi, ma il loro peso varia in base alla tipologia ed efficienza dell’infrastruttura, e alla densità dei carichi computazionali. Durante l'elaborazione dei dati, i processori CPU e GPU generano calore con potenze che orientativamente variano da 150 a 700 watt per singolo chip. Le apparecchiature di rete e i sistemi di storage, invece, contribuiscono per circa il 10% al fabbisogno energetico complessivo.
Secondo stime recenti, i sistemi di raffreddamento assorbono tra il 38% e il 40% dell'energia consumata. Mentre i sistemi di alimentazione, che garantiscono continuità tramite UPS e generatori, richiedono circa il 10% dell'energia totale.
I generatori intervengono, invece, come fonti di backup in caso di interruzioni della rete. Questa distribuzione evidenzia come l'energia elettrica serva sia per le operazioni computazionali sia per mantenere le condizioni operative delle apparecchiature.
L'intensità dei carichi computazionali influenza direttamente il consumo energetico dei data center. In particolare, applicazioni che richiedono GPU per intelligenza artificiale possono mantenere i processori vicino alla massima capacità per periodi prolungati.
Raffreddamento dei data center: perché è centrale e quali approcci esistono
Il raffreddamento dei data center è essenziale per garantire prestazioni e affidabilità delle apparecchiature IT. Infatti, l'elaborazione continua di dati genera calore che, se non dissipato adeguatamente, compromette l'efficienza dei processori e riduce la vita utile dei componenti. Per questa ragione, i chipset integrano meccanismi di protezione termica che riducono automaticamente le prestazioni in caso di surriscaldamento.
Le strategie di raffreddamento si distinguono in base alla scala di intervento e al metodo di dissipazione. Da un lato, i sistemi centralizzati servono l'intera struttura, mentre dall'altro soluzioni localizzate operano a livello di singola sala. La scelta dipende da:
- dimensioni dell'infrastruttura
- densità di potenza per rack
- tipologia di carichi computazionali
- disponibilità di risorse idriche
- condizioni climatiche del sito.
Raffreddamento ad aria e a liquido: differenze e quando si usano
Il raffreddamentoad aria è il metodo più diffuso nei data center tradizionali. I sistemi di condizionamento centralizzato convogliano aria fredda attraverso una rete di condotti che raggiunge le sale server. Successivamente, l'aria calda viene estratta e raffreddata prima di essere reimmessa nel circuito. Nelle infrastrutture più piccole, invece, si utilizzano spesso CRAC (Computer Room Air Conditioners) unità che raffreddano l'aria utilizzando refrigerante.
Il raffreddamento a liquido impiega acqua refrigerata che circola in loop chiusi per scambiare calore con l'ambiente esterno. Questo metodo risulta più efficiente per densità di potenza elevate, tipiche di configurazioni con molte GPU. Inoltre, i sistemi a liquido possono raffreddare direttamente i componenti, intercettando il calore prima che riscaldi l'aria dell’ambiente.
Free cooling e condizioni climatiche: perché la localizzazione incide
Il free cooling sfrutta le condizioni ambientali esterne per raffreddare senza utilizzare compressori meccanici. Durante i mesi freddi o le stagioni intermedie, infatti, l'aria o l'acqua esterna viene utilizzata direttamente per dissipare il calore. Questo approccio riduce significativamente il consumo di energia rispetto ai sistemi di condizionamento tradizionali.
La localizzazione geografica influenza notevolmente l'efficacia del free cooling e i costi operativi complessivi. Centri dati situati in climi temperati o freddi possono sfruttare il free cooling per periodi più lunghi durante l'anno.
Recupero del calore dai data center: come funziona
Il calore generato dalle apparecchiature IT rappresenta una risorsa potenzialmente valorizzabile anziché un semplice sottoprodotto da dissipare. I data center, infatti, producono calore a temperature che, in determinate condizioni, possono essere integrate in sistemi di teleriscaldamento urbano. Il recupero termico trasforma così l'energia di scarto in una risorsa utile per riscaldare edifici residenziali e commerciali.
La fattibilità del recupero del calore dipende da diversi fattori tecnici e logistici. Innanzitutto, la temperatura del calore di scarto deve essere sufficientemente elevata per essere utilizzata nelle reti di teleriscaldamento. Inoltre, la prossimità fisica tra il data center e le utenze da servire influenza l'efficienza del sistema, dal momento che la trasmissione di calore su lunghe distanze comporta perdite significative.
I sistemi di recupero utilizzano scambiatori di calore che trasferiscono l'energia termica dai circuiti di raffreddamento dell’infrastruttura alla rete di distribuzione. In seguito, l'acqua calda viene veicolata verso gli edifici, attraverso tubazioni isolate. Questa integrazione richiede coordinamento tra la gestione della struttura e l'operatore della rete di teleriscaldamento per garantire continuità e affidabilità del servizio.
La continuità della domanda termica rappresenta un vincolo significativo. Mentre il fabbisogno di riscaldamento varia stagionalmente, i data center generano calore costante durante tutto l'anno. Questa discrepanza richiede soluzioni per gestire l'eccesso termico nei mesi estivi o per integrare il recupero con sistemi di accumulo. Nonostante ciò, il recupero presenta vantaggi ambientali ed economici, riducendo il fabbisogno di energia primaria per il riscaldamento urbano.
PUE nei data center: cos'è, come si legge e cosa (non) misura
Il PUE di un data center (Power Usage Effectiveness) è l'indicatore più utilizzato per valutarne l'efficienza energetica. Si calcola dividendo l'energia totale consumata dalla struttura per l'energia utilizzata esclusivamente dall'apparecchiatura IT.
Un valore di 2 significa che per ogni kilowattora destinato ai server, un altro kilowattora viene assorbito dai sistemi di supporto.
Valori di PUE più bassi indicano maggiore efficienza. Ad esempio, un PUE pari a 1,5 significa che, per ogni 1 kWh utilizzato dall’apparecchiatura IT, la struttura consuma complessivamente 1,5 kWh: circa il 66,7% dell’energia totale va all’IT load e circa il 33,3% ai sistemi di supporto. Le strutture più efficienti raggiungono valori inferiori a 1,3, grazie a sistemi di raffreddamento ottimizzati e utilizzo di free cooling.
Il PUE presenta però alcuni limiti interpretativi. Infatti, l'indicatore non considera la tipologia di carichi computazionali né l'utilizzo effettivo delle risorse IT. Di conseguenza, due data center con lo stesso PUE possono avere impatti ambientali diversi se alimentati da fonti energetiche differenti. Inoltre, il metodo di misurazione influenza il risultato: rilevazioni istantanee differiscono da medie annuali.
Data center sostenibili e green data center: cosa significa davvero
I data center sostenibili adottano strategie per ridurre l'impatto ambientale attraverso:
- efficienza energetica
- utilizzo di fonti rinnovabili
- gestione ottimizzata delle risorse.
Il concetto di green data center non si limita solo al risparmio energetico ma include scelte progettuali, operative e di approvvigionamento che considerano l'intero ciclo di vita dell'infrastruttura.
L'alimentazione da energie rinnovabili rappresenta una leva fondamentale. Fotovoltaico, eolico, o accordi di acquisto di energia rinnovabile come i PPA, consentono di ridurre le emissioni associate al consumo elettrico. Alcuni operatori installano impianti rinnovabili in loco, mentre altri stipulano contratti a lungo termine con produttori di energia pulita.
Inoltre tecnologie alternative come il raffreddamento a liquido in circuito chiuso o l'utilizzo di acque non potabili riducono la pressione sulle risorse idriche locali.
La scelta dei materiali, il recupero di componenti elettronici e la gestione responsabile dei rifiuti completano l'approccio alla sostenibilità. I data center sostenibili adottano criteri di economia circolare nella selezione delle apparecchiature e pianificano lo smaltimento o il riutilizzo dei componenti a fine vita. Infine, la certificazione ambientale e la trasparenza sui consumi rappresentano strumenti per verificare l'effettivo impegno verso la sostenibilità.
Classificazione per affidabilità: data center tier 1, 2, 3 e 4
La classificazione tier definisce il livello di affidabilità e disponibilità dell'infrastruttura, secondo standard sviluppati dall'Uptime Institute. Questa categorizzazione si basa su:
- la ridondanza dei componenti critici, ovvero la presenza di sistemi duplicati o alternativi per le funzioni essenziali dell’infrastruttura, così da garantire continuità operativa anche in caso di guasti, manutenzioni o interruzioni improvvise
- i percorsi di distribuzione dell'energia, ovvero le linee e i collegamenti che portano l’elettricità ai sistemi interni, progettati per evitare interruzioni anche in caso di guasto su un singolo tratto
- la capacità di manutenzione senza interruzioni del servizio.
I data center tier 1 rappresentano la configurazione base, con un singolo percorso di alimentazione e raffreddamento. Questi impianti non dispongono di componenti ridondanti e possono richiedere interruzioni pianificate per manutenzione.
I tier 2 introducono componenti ridondanti per alimentazione e raffreddamento, pur mantenendo un unico percorso di distribuzione. Tuttavia, le operazioni di manutenzione possono ancora richiedere interruzioni programmate del servizio.
I data center tier 3 garantiscono manutenzione senza interruzioni, grazie a percorsi multipli di distribuzione, di cui uno attivo e uno passivo. Questa configurazione risponde quindi alle esigenze di organizzazioni che richiedono elevata continuità operativa.
I tier 4 rappresentano il massimo livello di affidabilità, con percorsi multipli attivi simultaneamente e tolleranza ai guasti. Ogni componente può essere sostituito o sottoposto a manutenzione senza impattare le operazioni.
Trend che stanno cambiando i data center
L’evoluzione delle tecnologie e dei modelli di servizio sta trasformando l’architettura dei data center, il modo in cui vengono distribuiti sul territorio, i requisiti energetici e le soluzioni necessarie a garantirne efficienza e continuità operativa. Questa trasformazione è guidata da:
- crescita dei dati
- adozione dei servizi cloud
- sviluppo dell’intelligenza artificiale
- necessità di infrastrutture sempre più scalabili e resilienti.
La densità di potenza per rack è aumentata significativamente negli ultimi anni. Mentre le configurazioni tradizionali assorbivano 5-10 kilowatt per rack, i sistemi attuali con GPU multiple possono superare i 50 kilowatt. Questo incremento richiede sistemi di raffreddamento dei data center più efficienti e infrastrutture elettriche potenziate per gestire carichi concentrati.
La modularità e la scalabilità rapida sono diventate requisiti essenziali. Infatti, strutture progettate con approccio modulare permettono espansioni incrementali allineate alla domanda effettiva, riducendo investimenti iniziali e tempi di deployment.
Container pre-assemblati e sistemi plug-and-play accelerano ulteriormente l'implementazione di nuova capacità computazionale.
Cloud, edge e AI: perché cambiano densità e requisiti energetici
Il cloud computing ha spostato carichi di lavoro da strutture aziendali disperse verso data center centralizzati ad alta efficienza. Questo consolidamento ha favorito economie di scala ma ha anche concentrato consumi energetici in specifiche aree geografiche. I provider cloud investono quindi in capacità hyperscale per servire milioni di utenti contemporaneamente.
L'edge computing inverte parzialmente questa tendenza, distribuendo capacità elaborativa vicino ai punti di generazione dati. Applicazioni che richiedono bassa latenza, come veicoli autonomi o realtà aumentata, beneficiano infatti di elaborazione locale. Gli edge data center sono tipicamente più piccoli ma più numerosi, creando una rete distribuita di micro-strutture.
L'intelligenza artificiale ha impatti profondi sui requisiti infrastrutturali. L'addestramento di modelli linguistici avanzati richiede cluster di GPU che operano a pieno carico per settimane o mesi. Secondo stime recenti, l'addestramento di un singolo modello AI può consumare decine di gigawattora. Di conseguenza, la diffusione di applicazioni AI genera domanda crescente di capacità computazionale specializzata e alimentazione elettrica affidabile.
Sicurezza dei dati: standard e responsabilità
La sicurezza dei data center riguarda sia la protezione fisica delle strutture sia la difesa dei sistemi informatici e dei dati trattati.
Per prevenire intrusioni e accessi non autorizzati, l’accesso alle sale server è regolato da:
- controlli biometrici
- videosorveglianza
- autenticazione multilivello
- barriere perimetrali
- personale di sicurezza.
La protezione dagli attacchi informatici richiede un’architettura progettata per:
- separare le reti
- filtrare il traffico
- individuare comportamenti anomali
- limitare gli effetti di eventuali accessi non autorizzati.
Nei centri di elaborazione dati, queste misure si integrano con crittografia, copie di sicurezza ridondanti e procedure di disaster recovery, così da proteggere le informazioni e garantire continuità operativa anche in caso di incidente.
Le certificazioni ISO 27001 attestano l'adozione di sistemi di gestione della sicurezza delle informazioni conformi a standard internazionali.
La conformità normativa varia in base alla giurisdizione e al settore servito. Il Regolamento Generale sulla Protezione dei Dati (GDPR) europeo impone requisiti stringenti su trattamento, archiviazione e trasferimento di dati personali. Settori regolamentati come sanità e finanza richiedono ulteriori certificazioni specifiche.
Infine, i contratti tra clienti e operatori stabiliscono chi è responsabile dei diversi aspetti del servizio e definiscono le condizioni operative da rispettare, inclusa la gestione di eventuali incidenti.
Le fonti
- Leggi il report sul sito di LBNL
Lawrence Berkeley National Laboratory
2024 United States Data Center Energy Usage ReportVisualizza - Vai sul sito di IEA per saperne di più
International Energy Agency
Energy and AIVisualizza - Leggi la guida sul sito della Commissione europea
Commissione europea
2025 Best Practice Guidelines for the EU Code of Conduct on Data Centre Energy EfficiencyVisualizza
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