После дебюта ChatGPT в 2022 году и взрывного роста рынка ЦОД вследствие этого, повышенное внимание стало уделяться воздействию последних на окружающую среду. Впрочем, беспокоиться стоит не только об электроэнергии. Любые, даже самые современные ЦОД используют колоссальные объёмы питьевой воды.

В презентации техасской Strategic Thermal Labs упоминается, что в США дата-центры потребляют миллионы литров питьевой воды ежедневно для охлаждения оборудования. В некоторых случаях на долю ЦОД приходится до четверти потребления воды муниципалитетами. С распространением энергоёмких систем генеративного ИИ проблема только усугубилась. В апреле 2024 года сообщалось, что потребление воды китайскими ЦОД удвоится к 2030 году, дойдя до более чем 3 млрд м³/год. В августе того же года — что ЦОД в Вирджинии потребляют огромные объёмы питьевой воды, а развитие ИИ только усугубляет ситуацию.

В ближайшие годы гиперскейлеры и прочие операторы ЦОД намерены построить гигаваттные ЦОД с миллионами ускорителей, поэтому воды потребуется ещё больше. Эксперты Калифорнийского университета в Риверсайде и Техасского университета в Арлингтоне предполагают, что мировой спрос на ИИ к 2027 году может привести к использованию 4,2–6,6 млрд м³/год.

В первую очередь «виноваты» системы испарительного охлаждения, в которых вода берётся из местных источников и подаётся к оборудованию, где и испаряется, передавая тепло воздуху. Главной причиной популярности такой технологии среди операторов ЦОД стала высокая эффективность таких систем и отсутствие необходимости использовать для охлаждения много энергии. Испарения около 40 л/мин. достаточно для оборудования на 1,5 МВт, передаёт The Register со ссылкой на данные Strategic Thermal Labs.

При этом испарительные системы обычно эффективнее всего работают в жарких и засушливых пустынных областях, где воды и так мало. Хуже того, 20–30 % воды в таких системах используются для промывки минеральных отложений и смывается в очистительные установки. Нейтрализация таких отложений — отдельная задача. Тем не менее, испарительные системы всё равно дешевле в эксплуатации в сравнении с альтернативами, у них выше КПД, а энергии они тратят мало. А, например, Digital Realty с помощью мониторинга и автоматизации насосов сократила использование воды в системах с испарительным охлаждением на 15 % — полностью исключить его практически невозможно.

Любые технологии, даже не потребляющие воду напрямую, всё равно зависят от неё. Например, «сухие» охладительные системы тратят на порядки больше электричества в сравнении с испарительными, что потенциально увеличивает косвенные выбросы воды. Так, статистика свидетельствует, что порядка 89 % электроэнергии США получают от газовых, атомных и угольных электростанций, а многие из них применяют паровые турбины, расходующие чрезвычайно много воды. ЦОД, находящиеся в регионах с большими ресурсами ГЭС, солнечных и ветряных электростанций, обеспечивают меньшее косвенное потребление воды, чем те, что питаются, например, от ископаемого топлива.

Примечательно, что при генерации энергии всё равно теряется намного больше воды, чем потребляется современными ЦОД. Как показало исследование Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (LBL) от 2016 года, порядка 83 % потребления воды ЦОД приходится на генерацию энергии. Другими словами, использование энергоёмких систем для «безводного» охлаждения ЦОД в итоге ведёт… к большему потреблению воды. Впрочем, речь может идти о «другой» воде в другом месте — электростанции могут быть очень далеко от ЦОД и часто получают воду из рек и озёр. Операторы ЦОД прекрасно это понимают, пытаясь скрыть расходы воды уровня Scope 2 и 3.

Для сокращения прямого и косвенного потребления целесообразно, например, использование фрикулинга везде, где это возможно. Впрочем, действительно комфортный для ЦОД климат, где нет жары, но нет и морозов, есть далеко не везде. В этом отношении выигравают страны Северной Европы, где много ГЭС и других возобновляемых источников. Поэтому даже если использовать вспомогательные чиллеры, косвенное потребление воды будет относительно небольшим, а тепло можно направлять на обогрев теплиц, зданий, бассейнов и т.п.

Там, где фрикулинг нецелесообразен, возможен переход на СЖО — как DLC, так иммерсионные. Хотя «сухие» системы охлаждения потребляют больше энергии, чем испарительные, улучшение индекса PUE в итоге может компенсировать разницу. Например, переход на прямое жидкостное охлаждение чипов NVIDIA Blackwell может снизить PUE с 1,69–1,44 до 1,1 и ниже. Впрочем, баланс зависит от многих факторов. Та же NVIDIA пока не готова к погружным СЖО, да и средний по миру PUE с годами особо уже не меняется.

Хотя многие новые технологии охлаждения предусматривают внесение изменений в инфраструктуру объектов, в качестве альтернативы можно перераспределить нагрузки между ЦОД — примерно так же, как это делается в часы пиковых нагрузок на электросети, эффективность использования испарителей может меняться даже в зависимости от времени суток. Правда, многим, например колокейшн-провайдерам будет довольно трудно добиться эффективности из-за ограниченного контроля над серверами и нагрузками.

Такой подход может не подойти и для инференса, где быстрое выполнение задач играет решающее значение. При этом обучение ИИ не имеет таких ограничений и проводиться удалённого на севере и в заданное время. Тюнинг моделей требует гораздо меньше вычислений, и такие задачи тоже можно планировать, например на ночь, когда температура ниже, как и объёмы испарения.

Важнейшую роль играют источники воды для ЦОД. В некоторых регионах не хватает даже воды для питья. Эксперты предлагают операторам дата-центров инвестировать в опреснители, сети распределения воды, локальные очистные сооружения и др. для более широкого использования испарительных охладителей. По некоторым расчётам, опреснение и транспортировка воды с морского побережья всё ещё эффективнее, чем отказ от испарительных систем — даже с доставкой не трубопроводами, а в цистернах. Впрочем, Microsoft готовит ЦОД с почти нулевым расходом воды, а ранее экспериментировала со сбором дождевой воды. AWS обещала перевести ещё 100 дата-центров на использование очищенных сточных вод для охлаждения.

Источник:

• The Register