Schneider Electric выступила с важным заявлением — оборудование для эффективной работы с ИИ-системами оказалось столь ресурсоёмким, что, возможно, операторам и строителям дата-центров придётся пересмотреть принципы создания и модернизации подобных объектов. Компания в своём исследовании даже отметила, что некоторые существующие ЦОД вряд ли подлежат модернизации в принципе.

Дело в том, что ИИ-системы обычно требуют сетевой инфраструктуры с низким временем задержки передачи данных в больших объёмах и «уплотнения» стоек, к чему инфраструктурные характеристики нынешних ЦОД просто не готовы. В условиях, когда один современный ускоритель может потреблять более 700 Вт, а серверные системы перешагнули за 10 кВт, мощностей современных ЦОД явно недостаточно, ведь для тренировки современных больших языковых моделей (LLM) за разумное время нужен не один-два ускорителя, а десятки или сотни стоек.

Фото: Anthony Indraus / Unsplash

В Schneider Electric заявляют, что большинство дата-центров имеет лимит в 10–20 кВт на стойку, а для работы с LLM крайне выгодно упаковать как можно больше оборудования в одну стойку, чтобы уменьшить задержки, избежать заторов в сети и вообще поменьше тратиться на интерконнект. Именно для этого NVIDIA, например, развивает NVLink. Хотя дешёвым такое решение вряд ли не назовёшь, по TCO оно действительно может оказаться выгоднее. Впрочем, с инференсом ситуация не столь печальна, поскольку ресурсов требуется гораздо меньше.

Источник: Schneider Electric

Так или иначе, встаёт вопрос о повышенном энергоснабжении стоек (более 20 кВт) и эффективном теплоотводе этой мощности. Проблемы разрешимы, но операторам придётся менять физическую инфраструктуру. Например, необходим переход с 120/208 В на 240/415 В, который позволит уменьшить число цепей. Впрочем, в самой Schneider Electric подчёркивают, что даже современные мощные PDU плохо подходят для таких нагрузок — их надо или ставить несколько на стойку, или вообще заказывать кастомные. Более того, придётся озаботиться защитой от появления дуговых разрядов.

Источник: Schneider Electric

Что касается охлаждения, то Schneider Electric поставила лимит в 20 кВт/стойку, выше которого избежать СЖО уже никак не удастся. Компания склоняется к системам прямого жидкостного охлаждения с водоблоками для горячих компонентов, а вот к погружным СЖО относится прохладно, особенно к двухфазным СЖО. Причина кроется в использование в них PFAS-химикатов, запрет которых возможен в Евросоюзе. В любом случае рекомендуется внимательно отнестись к выбору СЖО из-за фактического отсутствия единых стандартов.

Источник: Schneider Electric

Если особенности строений всё-таки допускают модернизацию (а это далеко не всегда так), рекомендуется использование более широких стоек высотой от 48U (не забыв про высоту проёмов и ворот) с глубиной монтажа оборудования не менее 40″, способных выдерживать статическую нагрузку не менее 1,8 т. Наконец, Schneider Electric советует использовать широкий ассортимент специализированного ПО для управления инфраструктурой ЦОД, электроснабжением и прочими аспектами работы — такое ПО способно выявить возможные проблемы до того, как они окажут критическое влияние на критические для бизнеса рабочие процессы.

Британский телеком-оператор BT начал тестирование технологий жидкостного охлаждения на своём оборудовании, в том числе коммутаторы Juniper, оснащённые СЖО Iceotope. Как сообщает DataCenter Dynamics, проверяется эффективность систем жидкостного охлаждения, предлагаемых и другими вендорами.

В первую очередь речь идёт о проверке модификации сетевого коммутатора Juniper QFX Series, специально доработанного для использования совместно с «прецизионным охлаждением» компании Iceotope. Утверждается, что технология позволила существенно снизить расход энергии. Ранее BT протестировала edge-сервер KUL RAN.

Это не единственная разработка, проходящая сегодня серию тестов. В BT заявили, что намерены внедрять те или иные технологии в зависимости от «контекста», а испытания помогут установить, при каком сценарии использования какая разработка эффективнее и энергоэкономичнее. В тестах принимают участие система погружного охлаждения Immersion4, водоблоки Nexalus, а также необычная СЖО Airsys с распылением жидкости на охлаждаемые элементы.

СЖО Immersion4 (Источник изображения: BT)

Проходящие проверки системы разных типов часто потребляют на 40–50 % меньше электричества, чем варианты с воздушным охлаждением, и способны отдавать избыточное тепло для обогрева. При этом новые системы обеспечивают большую энергетическую плотность, что позволяет экономить место и материалы, а отказ от циркуляции воздуха через оборудование даёт возможность и вовсе избежать попадания пыли, грязи и влажности в шкафы.

Для BT является критически важным вопросом экономии электричества — до 95 % расходов бизнеса на электроэнергию приходится именно на обеспечение работы сетей связи. В BT сообщают, что внедрение жидкостного охлаждения — лишь малая, но очень важная часть широкого круга задач по повышению эффективности бизнеса.

На заре СЖО действительно существовали и предлагались совершенно разные конфигурации водоблоков, но постепенно восторжествовала единственная вариация — микроканальная. Совершенство достигнуто? Компания Fabric8Labs считает, что нет, и таким системам есть куда расти, но только при отказе от традиционных технологий изготовления водоблоков и радиаторов охлаждения. Свое видение будущего СЖО она продемонстрировала на конференции Hot Chips 2023.

Источник изображений здесь и далее: Fabric8Labs via ServeTheHome

Микроканальная конструкция довольно проста и реализуется классическими методами механической ообработки, которая способна обеспечить ширину каналов и толщину рёбер на уровне 100 мкм. У прямых каналов, впрочем, существует свой предел производительности теплоотвода, накладываемый самой физикой процесса.

Рост же тепловыделения современных процессоров отнюдь не собирается останавливаться: уже в порядке вещей теплопакеты в районе боле 300 Ватт, а для сложных ускорителей и того больше. Fabric8Labs считает, что за счёт применения более сложных канальных структур эффективность теплосъёма можно существенно повысить.

Формирование таких структур предполагается методом аддитивной печати. Классические методы такой печати в металлургии имеют довольно высокую себестоимость и требуют недёшевых компонентов, а сам техпроцесс имеет много стадий, достаточно энергоёмок и далеко не всегда позволяет получить достаточно гладкие поверхности.

Компания Fabric8Labs предлагает уникальную электрохимическую печать, не требующую применения дорогостоящих порошков, а вместо этого использующую дешёвые соли металлов. Техпроцесс в этом случае состоит всего из двух частей: направленного электроосаждения и промывки. По себестоимости такой метод существенно превосходит любые другие методы металлической 3D-печати.

Печать Fabric8Labs позволяет получать на выходе сложные гироидные структуры (TPMS), лучше омываемые теплоносителем. Как показывают проведённые компанией эксперименты, водоблоки с такой структурой могут быть на 35 % эффективнее классических микроканальных.

Также представляет интерес возможность печати нерегулярных структур, имеющих оптимальную производительность для разных чиплетов процессора с разными тепловыми характеристиками. При разработке таких структур возможно использование методов оптимизации с помощью генеративного ИИ.

Благодаря своей дешевизне и относительной простоте, методы, предлагаемые Fabric8Labs, выглядят весьма перспективно. В настоящее время технология находится в экспериментальной фазе, но компания рассматривает возможность строительства первой фабрики уже в 2024 году в Сан-Диего (США), а также открыта для сотрудничества с другими производителями систем охлаждения, если предлагаемая технология вызовет интерес крупных заказчиков.

Компания Nautilus Data Technologies лицензировала использование технологии охлаждения проточной водой TRUE (Total Resource Usage Effectiveness) дата-центра компании Start Campus. По данным Datacenter Dynamics, строительство кампуса ведётся в португальском городе Синиш (Sines), охлаждение будет вестись океанской водой.

В рамках соглашения предполагается, что Start Campus, принадлежащая North American Davidson Kempner и British Pioneer Point Partners, будет использовать в своём проекте систему Nautilus, обеспечивающую «нулевое» потребление воды. Подобные системы, например, с размещением ЦОД на речных баржах, уже активно пытается внедрять сама Nautilus.

Источник изображения: Start Campus

В ходе первой фазы уже начавшегося в Синише строительства компании намерены начать внедрение новой технологии охлаждения наряду с уже использующимися на территории кампуса. В ходе второй Start Campus намерена полностью интегрировать технологию Nautilus для расширения мощностей. Общая мощность кампуса Start составит до 495 МВт, а находится он на территории площадью 60 га на прилегающей к недавно выведенной из эксплуатации угольной электростанции. Хотя реализацию проекта анонсировали ещё в 2021 году, строительство началось только в прошлом. Ожидается, что применение новых экобезопасных технологий позволит серьёзно изменить ландшафт рынка ЦОД.

Nautilus занимается не только плавучими ЦОД, но и стационарными системами, в которых ЦОД охлаждаются за счёт речной проточной воды. В компании утверждают, что они снижают затраты на электричество и позволяют обеспечить «нулевое» потребление воды и нулевые выбросы сточных вод. Правда, пока компания управляет только баржей с ЦОД в калифорнийском Стоктоне (Калифорния), но в дальнейшем планируется построить и наземный объект в Мэне. В разработке находятся и другие проекты, как во Франции и США, так и в Ирландии, а также материковой Европе, изучается возможность применения технологии в Таиланде и на Филиппинах.

Компания ChinData, которая скоро перейдёт в полную собственность Bain Capital, представила набор полнофункциональных модульных продуктов для крупных дата-центров. По данным DataCenter Dynamics, он включает всевозможные элементы, от интегрированных систем энергоснабжения до готовых зданий.

Новые продукты представлены в ходе мероприятия Data Center New Technology Development Forum на конференции 2023 China Computing Conference в Китае. В компании подчёркивают, что продукты предназначены для удовлетворения спроса крупных строителей ЦОД в новую эпоху генеративного ИИ (AIGC).

Значительная часть применяемых технологий поставляется партнёрами. Так, в прошлом году ChinData представила «первую в мире безводную систему охлаждения», которая на поверку оказалось решением Vertiv Liebert DSE для фрикулинга. В этом году речь зашла о безмасляных компрессорах на магнитной подушке, которые, похоже, тоже уходят корнями к Vertiv. В случае с ChinData речь идёт о двухфазной системе охлаждения X-Cooling Maglev на таких компрессорах. Также применяются и другие технологии охлаждения, за управление которыми отвечает специальный ИИ.

Источник изображения: ChinData

Модульная система X-PrePower 3.0 включает блоки питания и распределения энергии с эффективностью 98,5 %. В ChinData подчеркнули, что такие блоки выгоднее немодульных и занимают на 20 % меньше места. Более того, время доставки снижается с двух месяцев до одной недели. Наконец, платформа Kunpeng обеспечивает эксплуатацию, управление, мониторинг и контроль новых модульных решений.

В итоге новый комплекс решений позволяет формировать стойки мощностью до 35 кВт. Упрощённая конструкция с повышенной надёжностью, по данным компании, способна обеспечить годовой показатель Cooling Load Factor (CLF) на уровне 0,08 на севере Китая и 0,15 в Малайзии.

Компания CyrusOne предложила дизайн ЦОД, специально оптимизированный для работы с ИИ-проектами. Как сообщает DataCenter Dynamics, он комбинирует погружное охлаждение и другие технологии, благодаря чему можно добиться высокой плотности размещения ресурсов на стойку — до 300 кВт на стойку. Недавно Digital Realty предложила клиентам 70-кВт стойки.

По словам CyrusOne, проект Intelliscale способен поменять правила игры в индустрии ИИ-решений и является первым в своём роде — специально разработанным под нужды ИИ-приложений и сервисов. Мощности Intelliscale специально созданы для обслуживания высокопроизводительного аппаратного обеспечения. Задействованы прямое жидкостное охлаждение процессоров, встроенные в дверцы теплообменники и погружное охлаждение. При этом модульная структура и дизайн Intelliscale предусматривает нулевое потребление воды.

Источник изображения: CyrusOne

По данным CyrusOne, новые решения могут занимать всего четверть от площади сопоставимых классических ЦОД (в зависимости от решаемых задач). При этом сами здания могут быть как одно-, таки многоуровневыми. В некоторых случаях она позволяет модернизировать и уплотнить уже существующие ИИ-мощности. По словам CyrusOne, внедрение Intelliscale сегодня позволит обеспечить работу ресурсоёмкого оборудования в будущем, поскольку спрос на ИИ будет только увеличиваться. Технология позволит бизнесам выходить на рынок быстро и с меньшими затратами, чем с использованием классических ЦОД.

Сингапурское подразделение оператора Digital Realty применило электролиз для очистки воды в дата-центре SIN10. Как сообщает DataCenter Dynamics, специальные DCI-модули сингапурской компании Innovative Polymers позволяют ЦОД экономить более 1 тыс. м³ ежемесячно. Системы DCI (DeCaIon) используют ток для генерации ионов, что ведёт к выпадению в осадок соединений кальция и магния. Считается, что такая система значительно экономичнее, чем очистка с помощью химикатов.

DCI-модули уже довольно широко используются, например, в системах кондиционирования медучреждений. Что касается ЦОД, в них подобная система применяется впервые. DCI-модуль, позволяющий трижды прогнать воду по контурам до её сброса в канализацию, стоит около $25 тыс., потребляет порядка 700 кВт·ч в год и способен обслуживать охлаждающую инфраструктуру ЦОД мощностью примерно 1–1,3 МВт. Важным преимуществом системы является и то, что она избавляет контуры охлаждения от появления в них отложений солей — в результате улучшается теплообмен и энергосбережение.

Фото: Innovative Polymers

Для SIN10 требуется примерно 20–25 модулей, так что внедрение технологии только в этом дата-центре стоит порядка $500 тыс. Впрочем, проект частично финансируется из фондов правительства Сингапура. В Digital Realty заявляют, что DCI-система позволяет экономить до 1,24 млн л ежемесячно. А в целом компании удалось снизить потребление воды с 2020 года на 7 %. Впрочем, теперь перед ней стоит сложная задача сохранения водного баланса, поскольку она готовит площадки для инфраструктуры генеративного ИИ, которая намного более требовательна и к электропитанию, и к охлаждению.

Источник изображения: Innovative Polymers

Проблема водопотребления ЦОД имеет критическое значение. Ещё в 2021 году сообщалось, что они потребляют сотни миллионов кубометров питьевой воды, но сколько именно — никто достоверно не знает. Операторы активно работают над сокращением потребления этого ценного ресурса. Например, в том же году сообщалось, что Microsoft объявила о намерении использовать дождевую воду в Нидерландах из-за протестов местных жителей, а буквально в прошлом месяце лондонская Thames Water потребовала от местных ЦОД сократить расход воды.

Но проблемам с водоснабжением сопутствуют и проблемы водоотведения. Так, Microsoft в одном из последних ЦОД была вынуждена поменять подход к охлаждению из-за того, что местная канализация попросту не справляется с потоками сточных вод от дата-центров. А несколько лет назад компанию почти что вынудили построить выделенную станцию очистки сточных вод её ЦОД. Тогда же Microsoft вместе с рядом других гиперскейлеров пообещала стать «водно-положительной» к 2030 году.

Компания Thames Water, являющаяся крупнейшей коммунальной службой в Великобритании и занимающаяся водоснабжением и водоотведением для 15 млн человек, выдвинула ультиматум операторам некоторых ЦОД. Как сообщает The Register, им предложено сократить расход воды самостоятельно, или это будет сделано в принудительном порядке. Также не исключается повышение цен в периоды пиковых нагрузок.

В прошлом году Thames Water оценила использование воды дата-центрами в зоне обслуживания компании, включающей как большую часть британской столицы, так и долину Темзы на юге Англии. В дальнейшем планировалось снизить использование воды, координируя действия с ЦОД — страна как раз переживала необычайную жару, из-за которой пострадали и сами дата-центры.

Фото: Kevin Grieve / Unsplash

Теперь, похоже, компания готова прибегнуть и к мерам принуждения, в частности, ограничивать в случае необходимости подачу воды тем, кто расходует её слишком много, или взимать больше в периоды пикового спроса. В июле прошлого года сложилась критическая ситуация — из-за рекордной жары внешние модули систем кондиционирования британских ЦОД буквально приходилось обрызгивать водой из шлангов во избежание перегрева.

По имеющимся данным, рассматривается ограничение подачи воды как минимум одному лондонскому оператору ЦОД в периоды пикового потребления — подобные меры необходимы во время летней жары уже нынешнего года на фоне роста потребностей в воде со стороны бизнесов и граждан. Пока неизвестно, рассматривается ли подобная политика в качестве временной меры или ограничения могут ввести навсегда. Также не сообщается, будут ли ограничения тотальными или станут применяться только в районах компактного размещения кластеров ЦОД.

Фото: Benjamin Davies / Unsplash

Конечно, в Thames Water утверждают, что предпочли бы добровольное ограничение потребления операторами прежде чем вводить репрессивные меры. ЦОД, например, могли бы изучить возможность переработки и использования сточных вод непосредственно по месту потребления. В Thames Water заявили, что компания также поощряет использование дата-центрами альтернативных источников воды. К счастью, не все ЦОД полагаются на пресную воду, но те, что прибегают к ней, часто тратят порядка 4–19 тыс. м³ ежедневно.

Впрочем, это не единственная проблема коммунальных компаний в Англии. В этом году их активно критикуют за сброс неочищенных сточных вод в реки и даже прибрежные морские воды. Кроме того, службы не успевают ремонтировать стареющую инфраструктуру. Из-за этого Thames Water теряет больше любой компании такого профиля в Великобритании — по данным BBC, ежедневно она допускает утечку более 600 тыс. м³, что уже привело к смене её руководства в прошлом месяце.

Хотя «вечные» перфторалкильные и полифторалкильные вещества (PFAS) широко используются в эффективных двухфазных системах погружного охлаждения ЦОД, они токсичны. Но, похоже, запрет на их использование в Евросоюзе откладывается. Как сообщает DataCenter Dynamics, ссылаясь на данные утечки одного из документов, запрет на использование PFAS в Евросоюзе, возможно, не будет реализован или же будут введены незначительные ограничения.

Хотя в рамках «Зелёной сделки» 2020 года Евросоюзе предложил запретить от 7 до 12 тыс. химикатов, включая PFAS, данные утечки свидетельствуют, что евробюрократы готовы пожертвовать планами под давлением представителей промышленности, настаивающих, что PFAS (и другие вещества) необходимы для технологий, обеспечивающих нулевой углеродный выброс. Ранее «сделка» предусматривала запрет PFAS, предположительно являющихся канцерогенами и влияющих на репродуктивную функцию человека.

Источник изображения: Huawei

Согласно документам, попавшим в руки журналистам, речь уже может идти о запрете не более половины перечня токсичных химикатов. Документ, попавший в руки к журналистам, датирован 13 января текущего года, а правила должны вступить в силу ещё до начала 2024. Ожидалось, что закон REACH разрешит использование попавших в перечень химических веществ, только в случае, если их использование будет «необходимым». Но теперь, судя по всему, политики поддались давлению бизнеса.

Расчёты показали, что запрет на химикаты позволит ежегодно экономить €11–31 млрд на лечении рака и ожирения, тогда как промышленности такой запрет обойдётся всего в €0,9–2,7 млрд. Тем не менее, приостановить введение ограничительных норм призвал президент Франции Эммануэль Макрон (Emmanuel Macron), ссылаясь на необходимость помощи промышленному сектору. Его поддерживают и другие политики, негативно оценивающие стоимость введения новых правил для бизнеса.

PFAS применяются не только в СЖО, но и в других отраслях — например, при выпуске полупроводников. Ранее появилась информация, что регулирование оборота PFAS и окончательный отказ 3M от их выпуска могут со временем значительно повлиять на будущее погружных СЖО — несмотря на их эффективность, со временем от них могут отказаться даже гиперскейлеры, чтобы не терпеть репутационного ущерба.

Погружные (иммерсионные) системы жидкостного охлаждения имеют целый ряд преимуществ перед классическими СЖО. В частности, они существенно проще по конструкции, однако и тут есть, что совершенствовать. Компания Intel опубликовала информацию о новых, высокоэффективных теплосъёмниках. Разработанные Intel материалы и конструкции позволят остудить чипы с TDP в районе 2 КВт.

Для этого предлагается использовать теплоноситель, чья температура кипения соответствует рабочему диапазону температур охлаждаемых чипов. Кипение — важная часть процесса теплопереноса в погружных СЖО. Поэтому компания разработала специальное покрытие, ускоряющее рост пузырьков и делающее процесс кипения более интенсивным. Принцип, заложенный в основу, несколько напоминает известное явление с конфетами Mentos, вызывающими бурное выделение газа из прохладительных напитков.

Прототип покрытия, разработанного Intel, показывает первые результаты. Источник здесь и далее: Intel

Ешё одна инновация — специфическая конструкция теплообменников. Обычно производители погружных СЖО используют плоские пластины, но Intel подсмотрела у морских кораллов оптимальную форму, при которой площадь для теплоотдачи в системах нового типа должна существенно возрасти. Компания надеется повысить эффективность погружных СЖО с 0,025°C/Вт до 0,010°C/Вт.

Процесс парообразования с обычным покрытием (слева) и с разработанным Intel. Разница в количестве пузырьков налицо

На развитие этой технологии Intel получила грант $1,7 млн в рамках программы COOLERCHIPS (Cooling Operations Optimized for Leaps in Energy, Reliability, and Carbon Hyperefficiency for Information Processing Systems) Министерства Энергетики США (US Department of Energy). Ранее $5-млн грант получила и NVIDIA, перед которой поставлена цель совместить системы прямого теплоотвода (direct-to-chip) с погружными в габаритах стандартной серверной стойки. Ещё $1 млн получил стартап JetCool. Также в программе участвуют HP, Raytheon и ряд университетов.