本文摘录自人类学家 Steven Gonzales Monserrate 的案例研究“云是物质的：关于计算和数据存储的环境影响。” 原载于 麻省理工学院出版社读者。
屏幕上文字流淌，亮起。也许是智能设备上匆匆写下的电子邮件，或是朋友家人之间充满表情符号的短信。在这同一个数字的河流上，数百万人涌来观看他们喜爱的电视节目，观看色情内容，或者进入大型多人在线角色扮演游戏的广阔世界，或者仅仅是为了查询一个晦涩词语的意思或最近的 COVID-19 检测中心的地点。
无论你的查询、欲望或目的是什么，互联网都能满足，从开箱视频到 DIY 博客的一切复杂性都包含在无限复杂的比特串中。当它们以光速跨越时间和空间，通过比头发还细的光纤电缆在我们的大洋之下穿行时，这些密集的数字信息包，编码为“一”和“零”的像素、字符或帧的指令，就会解开，在你面前形成如今的数字表象。你正在阅读的文字是进入一个许多人称之为“云”的虚无缥缈领域的入口。
虽然在技术术语中，“云”可能指的是通过网络汇聚计算资源，但在流行文化中，“云”已演变成指代并涵盖了使在线活动成为可能的各种基础设施，从 Instagram 到 Hulu 再到 Google Drive，一切皆是。就像一朵飘浮在晴朗蓝天上的蓬松积云，拒绝保持固体形状或形态，“数字云”是难以捉摸的，其内部运作对公众来说大部分是神秘的，是麻省理工学院控制论专家 Norbert Weiner 曾经称之为“黑箱”的例子。但是，正如我们上方的云朵，无论它们看起来多么无形或虚幻，实际上都是由物质构成的一样，“数字云”也是无情物质的。
要理解云的物质构成，我们必须解开同轴电缆、光纤管、蜂窝塔、空调、配电单元、变压器、水管、计算机服务器等的缠绕。我们必须关注构成我们数字生活的物质流：电力、水、空气、热量、金属、矿物和稀土元素。通过这种方式，云不仅是物质的，也是一种生态力量。随着它的不断扩张，其环境影响也在增加，尽管其基础设施背后的工程师、技术人员和高管们努力在盈利能力和可持续性之间取得平衡。在内容存放在云中的基础设施的墙壁内，这个困境最为明显：数据存储和计算能力汇聚的“工厂图书馆”，以维持我们的云应用程序的运行。
云，这个碳的吞噬者
事件发生在凌晨四点。此刻，我正蹲在数据中心的一个隔间地板上，两侧是像图书馆书架一样排列的计算机。服务器风扇发出的轰鸣声几乎让我听不清我正在跟随的高级技术员汤姆是如何解释撬开一块故障地板砖的。我用一个特制的工具，从铰链上取下白色的方形瓷砖，注意到瓷砖表面刻有微小的孔洞，这些孔洞是为了让冷空气从我们下方称为“风道”的巨大加压腔向上涌出。我把瓷砖放在一边，一股寒流涌上来，触碰到我的鼻子，一阵冷风从暴露出来的地板下风道吹上来。我开始更换瓷砖，用一块带有更多凹槽的瓷砖来改善通往这个特定计算设备集群的气流。就在这时，警报响了。在一片闪烁的绿蓝灯光中，一整排计算机突然闪烁起黄色，然后几秒钟后，变成了不祥的红色。在那一刻，汤姆脸上掠过一丝恐慌，他的脸也涨得通红，他匆忙地试图控制眼前正在发生的灾难。
“它们过热了，”汤姆在检查温度传感器后说道，汗珠从他的额头滴落。
我感到热浪袭来。温暖的洪流比印在电路板上的散热片散发热量的速度更快，比风扇排出循环热空气的速度更快，形成一个失控的升温反馈循环。自动关机程序开始启动，汤姆咒骂着，提醒我每一次停机、每一次服务中断，都可能让公司损失数千美元。然而，不到两分钟，三台一直处于待机状态的大型空调装置就全功率启动，向房间灌输着极寒的冷气，恢复了混乱场景的秩序。
在上面的片段中，这是根据我的民族志实地笔记写成的，我描述了一个数据中心技术人员称为“热失控事件”的情景，即冷却系统级联故障，导致处理、存储和支持一切在线活动的服务器功能中断。正如这个例子所示，数字行业的分子摩擦产生过量的热量。我们数字查询和交易的废弃物，电子在其中飞速移动，加热了空气介质。热量是计算的副产品，如果不加以控制，就会阻碍数字文明的运作。因此，必须不懈地消除热量，以使数字引擎保持恒定的运行状态，一天 24 小时，每天如此。
为了应对这一热力威胁，数据中心绝大多数依赖空调，这是一种制冷空气气体的机械过程，以便它能够取代或驱散计算机的危险热量。如今，耗能巨大的计算机房空调（CRAC）或计算机房空气处理单元（CRAH）已成为最先进数据中心的标配。在北美，大多数数据中心从“肮脏”的电网获取电力，尤其是在弗吉尼亚州的“数据中心巷”，那里是 2019 年全球 70%互联网流量的所在地。为了降温，“云”燃烧碳，杰弗里·莫罗称之为“基本讽刺”。如今，在大多数数据中心，制冷占电力使用的 40% 以上。
虽然像谷歌、Facebook 和亚马逊维护的一些最先进的“超大规模”数据中心已承诺通过碳抵消和对风能、太阳能等可再生能源基础设施的投资，将其站点转变为碳中和，但我观察到的许多小型数据中心缺乏追求类似可持续发展举措的资源和资本。规模较小、传统的许多数据中心常常建在旧建筑中，这些建筑并未针对不断变化的电力、冷却和数据存储容量需求进行优化。自超大规模设施出现以来，许多运营自有小型数据中心的许多公司、大学和其他机构已开始将数据转移到超大规模服务商或云托管设施，理由是降低能源成本。
根据劳伦斯伯克利国家实验室的报告，如果整个云转移到超大规模设施，能源使用量可能会下降高达 25%。在没有任何监管机构或部门激励或强制要求我们进行基础设施配置转变的情况下，也有其他解决方案被提出，以遏制云的碳问题。有人建议将数据中心迁移到北欧国家，如冰岛或瑞典，以利用环境的凉爽空气来最小化碳足迹，这是一种称为“免费冷却”的技术。然而，网络信号延迟问题使得绿色数据中心的这一避风港梦想在很大程度上难以满足更广泛世界对计算和数据存储的需求。
因此，“云”的碳足迹已超过航空业。一个数据中心消耗的电力相当于 50,000 户家庭。每年 200 太瓦时（TWh）的电力消耗，数据中心总共消耗的能源超过了一些国家。今天，数据中心使用的电力占总碳排放量的 0.3%，如果我们还将笔记本电脑、智能手机和平板电脑等联网设备计算在内，总碳排放量将上升到全球碳排放量的 2%。
为什么需要这么多能源？除了冷却，数据中心的能源需求是巨大的。为了履行向客户承诺的“随时随地可用”的数据和云服务，数据中心被设计成超冗余：如果一个系统发生故障，另一个系统会随时准备替换它，以防止用户体验中断。就像汤姆的空调处于低功耗状态待命，准备在温度过高时启动一样，数据中心是一个多层冗余的俄罗斯套娃：冗余电源系统（如柴油发电机）、冗余服务器（以防其他服务器意外不可用时接管计算过程）等等。在某些情况下，只有 6% 到 12% 的消耗能源用于实际计算过程。其余的用于冷却和维护一系列冗余故障安全措施，以防止昂贵停机。
降水
时值七月下旬，亚利桑那州。在这样一个无云的日子里，太阳火辣辣地炙烤着大地。我跟随着初级技术员杰里米来到数据中心后面的后院，那里整齐地排列着几十个集装箱。在 117 华氏度的高温下，我们的任务是修理一个蒸发冷却系统。我们拧下其中一个外部面板的螺丝，然后进入集装箱，令我惊讶的是，它实际上是一个模块化服务器集群。管道从地面上的小通道向上延伸，将饮用水从地下抽上来，渗透到海绵状的过滤介质中。在我看来，这种多孔材料看起来像蜂窝或黄蜂巢（图 2）。科罗拉多河富含沉积物的河水已经凝结，在多孔表面形成一层类似蜂蜜的黏稠污垢。杰里米解释说，潮湿的过滤材料在干旱的沙漠空气中迅速蒸发，翻滚的水汽云温柔地冷却着周围嗡嗡作响的服务器。我了解到，这就是为什么这个集装箱被称为“嘴巴”。
云可能是碳的吞噬者，但正如“嘴巴”的例子所示，云也非常口渴。像牧场一样，服务器农场需要灌溉。如今，在许多数据中心，冷却水通过服务器架的网状结构循环，以更有效地冷却设施，液体比空气更有效地传递热量。这种从空气冷却转向水冷却的转变是为了减少碳足迹，但代价高昂。在经历历史性的干旱和热穹的情况下，美国西部的社区越来越面临水资源紧张的问题。在亚利桑那州的梅萨，我花了六个月的时间研究一个沙漠数据中心中心的兴起，一些政界人士现在公开反对建造数据中心，认为鉴于资源限制，数据中心的用水是不必要的，也是不负责任的。在犹他州的布拉夫代尔，居民们遭受着缺水和停电的困扰，原因在于附近建有美国国家安全局（NSA）的犹他数据中心，该设施每天要消耗七百万加仑的水来运行。
为了应对数据中心对梅萨和布拉夫代尔等水资源紧张社区日益增长的影响，谷歌等公司承诺到 2030 年实现“水资源积极”，并承诺“补充”其设施和办公室用水量的 120%。通过实施昂贵的“闭环”水冷系统，谷歌和 Cyrus One 等公司能够回收部分用于蒸发冷却的废水，尽管在蒸发过程中大部分水会逸入大气。除了优化用水量和最小化“浪费”之外，谷歌等公司承诺投资水利基础设施和社区资源，以加强“水资源管理”和“水资源安全”。
这些企业承诺虽然值得称赞，但不可强制执行，而且鉴于预计未来十年数据存储基础设施的爆炸式增长（据一些估计将翻三番），它们似乎也不可行。媒体学者 Mél Hogan 警告说，不要将“科技巨头”的监管寄予厚望，因为这些公司与化石燃料行业有着经济联系，并且未能兑现先前减少碳排放或其他种类废物排放的承诺。
根据联合国环境规划署发布的2021 年排放差距报告，预计本世纪末全球气温将上升 2.7°C。地球变暖将导致冰川融化和海平面上升。其结果将是淡水供应盐碱化，停滞的水库中病原体增殖，以及荒漠化进程的加剧，如果政府和公司未能加大减排力度，到 2040 年将出现近乎普遍的水资源短缺状况。虽然企业承诺并不能保证数据中心会进行自我监管，但像最近的气候中和数据中心公约这样的更大机制的问责制，是一个由欧洲数据中心公司和基础设施提供商组成的联盟，承诺到 2050 年实现“气候中和”，这为能够产生更实质性影响的更大规模监管举措提供了一个模型。
云并非沉默
2019 年。布伦达·海沃德在亚利桑那州钱德勒的查帕罗萨公园绿树成荫的草坪上散步时，她听到了它——那个让她每晚难以入睡、每个早晨醒来时都萦绕在她耳畔的声音。就在她试图平静地生活时，那个声音就在她小时候孩子们玩耍、在刺槐树枝间嬉戏的公园里，像鬼魅一样跟踪着她。它最初是像深夜狂欢的青少年发出低沉的隆隆声。后来，它演变成持续不断的机械嘶鸣声。她试图不去注意它，试图不去听它，但它就在那里，在一切的背后，成了她生活的地狱背景音乐。作为一名护士，她知道这种声音不仅仅是令人烦恼。她看到了它造成的损害——高血压、皮质醇升高——但她无法阻止它。没有人能阻止，因为它从不休息。
2020 年。封锁迫使城市居民待在家中，以尽量减少 COVID-19 的传播。对大卫·格雷来说，幽闭恐惧症是他最不担心的事情。相反，他和芝加哥打印机巷的邻居们必须忍受一种声波的折磨。当他在家里走动、工作、吃饭和洗澡时，那种单调的嗡嗡声，不绝于耳的咔嗒声，是他生活中一个持续的、不受欢迎的伴侣。它在他脑中肆虐，撕扯着他的思绪，折磨着他的理智，用持续的恐惧和焦虑折磨着他。他不能离开；他不被允许离开。他无法逃脱。他就在那里，与它同在，成了它令人着迷的单调声的囚徒。
2021 年。在查帕罗萨公园，我也听到了它。在孩子们玩耍的喊叫声、狗吠声、汽车飞驰声之上，它在回荡。云的音乐，短信、电子邮件、猫咪视频和假新闻的刺耳交响曲，在我耳边 pulsing, thrumming。就在篮球场、野餐桌和仙人掌后面，源头一览无余：一个 CyrusOne 数据中心。
我们数字生活的声学废料，跨越遥远的距离回响：硬盘驱动器的细微震动、冷水机组的隆隆声、柴油发电机组的轰鸣声、风扇的机械旋转声。数据中心会产生声学垃圾，环保主义者称之为“噪音污染”。对于像布伦达和大卫这样的社区来说，数据中心的计算嗡嗡声不仅仅是令人烦恼，而是精神和身体伤害的根源。布伦达，一名训练有素的护士，在噪音出现后，血压和皮质醇水平有所上升。大卫，一位二十多岁的软件工程师，被诊断出患有高血压，并经常去看心理治疗师，以管理由数据中心嗡嗡声引起的焦虑。
他们的故事是警示性的；它们既不罕见也不特殊。工业噪音污染的急性和长期生理影响已得到充分记录，包括听力损失、皮质醇等应激激素升高、高血压和失眠。布伦达和大卫与他们各自社区的其他不满居民会面，共同组织变革。布伦达很快加入了Dobson Noise Coalition，帮助组织了一次社区会议，与她的邻居、市政官员、州和联邦代表以及肇事数据中心 CyrusOne 的员工会面。大卫站出来与他所在建筑的其他人一起，成功动员芝加哥公共卫生部代表他们提交了一份噪音投诉，并成功获得噪音污染违规听证。尽管这些社区为减轻对自己造成的噪音污染所做的努力仍在进行中，但他们已经 resigned to 相对温和的目标，即改善而非解决问题。与其他行业不同，数据中心很大程度上是自我监管的：没有一个全面的联邦机构来管理新建和现有设施的选址和运营。
由于数据中心噪音不受政治当局监管，设施可以建在靠近居民区的地方。鉴于听觉的主观性，噪音监管的历史最好被描绘成一系列关于专业知识和“宁静权”的争论，并被自由法律体系所编码。在我与钱德勒和打印机巷社区的实地考察过程中，我了解到“云”的“噪音”独特地逃避了监管体系。在许多情况下，数据中心测得的响度（以分贝 dB 为单位）低于地方法规规定的容忍阈值。因此，当居民联系当局干预、减弱或降低噪音时，没有任何行动被采取，因为数据中心没有在技术上违法，而且他们的房产被划为工业用途。然而，经过对声音的仔细审问，一些居民报告说，那种单调的嗡嗡声，一种频率在人类语音范围内徘徊的声音，尤其令人不安，因为人类的耳朵对分辨这种频率比其他频率有特别的敏感性。即便如此，有时数据中心运行柴油发电机时，其噪音分贝值远远超过了允许的阈值。就像水和碳一样，CyrusOne 等当地公司在社区会议上承诺采取措施减弱声音，尽管这些承诺无法强制执行，并且至今仍未兑现。
永恒的浪费
自 2007 年第一款智能手机问世以来，已有超过七十亿台此类设备被制造出来。它们的平均寿命不到两年，这是设计性报废以及对新颖功能和特性的追逐利润所致。与此同时，它们的制造过程中的物质和政治条件，以及生产所需的资源，仍然被模糊处理。在艰苦的条件下，矿工们不知疲倦地在地底深处开采制造信息和通信技术（ICT）设备所需的稀有金属。然后，在像富士康这样的位于全球南方的庞大工厂里，劳动力成本低廉，工人法律保护稀少，智能手机被组装并运往消费者，仅在几个月后就被丢弃，最终落入阿格博布洛希的加纳等地的电子垃圾坟场。其中许多金属有毒，含有放射性元素，需要数千年才能衰减。数字时代的残余物正在对生态产生变革。
历史学家 Nathan Ensmenger 写道，制造一台台式计算机需要 240 公斤化石燃料、22 公斤化学品和 1,500 公斤水。数据中心大厅里挤满了服务器，它们是密集、专业的资产，有些单位价值数万美元。当保修期到期且设备无法满足Uptime Institute等实体设定的高可靠性和冗余标准时，电缆、电池、不间断电源（UPS）、空调（CRAC 和 CRAH）、配电单元（PDU）和变压器也会被定期退役和处理。其中一些组件含有有毒的多氯联苯（PCBs），必须报废而不是重复使用。欧洲等地正在努力改进设施和设备设计，以延长设备寿命，更容易维修，并规范一个交换系统，利用“材料护照”——类似于 CARFAX 的单位历史精确记录——来回收旧设备。即使有这些可持续发展倡议，像绿色和平这样的环保组织估计，每年产生的电子垃圾总量中，只有不到 16% 被回收。
我们所处的生态动态并非完全是设计限制的结果，而是由个人、社区、公司和政府的实践和选择，加上在实现可持续云的意愿和想象力方面的不足所共同造成的。云既是文化也是技术。像文化的任何方面一样，云的轨迹——及其环境影响——并非注定或不可改变。像文化的任何方面一样，它们是可变的。
