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.

Компания OVHcloud, европейский поставщик облачных услуг, по сообщению ресурса Datacenter Dynamics, обнародовала результаты исследования, говорящие о высокой эффективности технологии гибридного жидкостного охлаждения для серверного оборудования.

Система, о которой идёт речь, предусматривает совмещение двух типов СЖО. В частности, на CPU и GPU монтируются стандартные водоблоки, которые образуют отдельный контур. При этом всё шасси целиком вместе с теплообменником помещается в резервуар с диэлектрической жидкостью.

Источник изображения: OVHcloud

Исследование показало, что такой комбинированный подход даёт возможность снизить энергопотребление дата-центра приблизительно на 20 % по сравнению с использованием исключительного водяного охлаждения. В оценке возможностей гибридной СЖО приняли участие специалисты Реймсского университета Шампань — Арденны (Франция).

Группа протестировала различные охлаждающие жидкости и пришла к выводу, что составы с низкой вязкостью обеспечивают более эффективный отвод тепла при использовании в резервуарах иммерсионных систем. В частности, при повышении вязкости примерно в два раза — с 4,6 до 9,8 мПа·с — эффективность охлаждения снизилась на 6 %.

Установлено также, что гибридная СЖО позволяет сократить энергопотребление в расчёте на сервер на 7 % в год по сравнению с обычными жидкостными системами и на 20 % по сравнению с воздушным охлаждением. При этом затрачивается от 50 до 100 мл воды в час на каждый Ватт мощности сервера.

В Министерстве энергетики США объявили о выделении $40 млн 15 вендорам и университетским лабораториям на создание технологий охлаждения, которые позволят расходовать на отвод тепла лишь 5 % от общего потребления энергии дата-центром. Как сообщает Network World, подведомственное министерству агентство Advanced Research Projects Agency–Energy (ARPA-E) инициировало программу COOLERCHIPS, в рамках которой и распределяются средства.

В агентстве считают, что в современных системах эффективность использования энергии (PUE) не должна превышать коэффициент 1,05 — из всей выделяемой ЦОД энергии не более 5 % должно тратиться на охлаждение. Хотя некоторые передовые дата-центры, использующие жидкостное или иммерсионное охлаждение, уже сегодня демонстрируют PUE соответствующего уровня, в большинстве случаев для ЦОД этот показатель, по данным Uptime Institute, в среднем составляет 1,55.

Фото: LiquidStack

В Министерстве подчёркивают, что основной целью программы является минимизация воздействие ЦОД на окружающую среду, чему и будут способствовать инвестиции. Суммы грантов для 15 получателей составляют от $1,2 млн для мелких компаний до $5 млн для бизнесов вроде NVIDIA. Деньги выделяются на разнообразные технологии охлаждения, преимущественно жидкостные, но в некоторых случаях речь идёт, например, и о новых конструктивных решениях самих ЦОД.

Например, компании Flexnode выделили $3,5 млн на разработку быстровозводимых дата-центров модульной конструкции для периферийных вычислений, которые можно будет собирать, как конструктор LEGO. Калифорнийскому университету в Дэвисе тоже выделят $3,5 млн — но уже на разработку «Комплексных модульных энергоэффективных решений для направленного охлаждения (HoMEDiCS) для периферийных вычислений». Конструкция HoMEDiCS обеспечивает теплоотвод от CPU и ускорителей с помощью контура жидкостного охлаждения и применения высокоэффективных, но недорогих теплообменников.

Наконец, NVIDIA получит $5 млн на комбинированную систему Green Refrigerant, для ультраэффективного экологичного охлаждения HPC-решений. В данном случае будет сочетаться прямое охлаждение чипов, а также одно- или двухфазное охлаждение со встроенными насосами и парожидкостным сепаратором.

Хотя сумма в $40 млн невелика в сравнении с десятками миллиардов долларов, выделенных в рамках т.н. « Закона о чипах», относительно недавно принятого в США для развития полупроводниковой отрасли, компании с удовлетворением принимают и такие средства. Кроме того, по мнению американских экспертов, США должны иметь конкурентоспособное решение для всех звеньев производственной цепочки, а полученные результаты в числе прочего могут пригодиться в государственном секторе и военной сфере.

Помимо принимаемых в всём мире мер по снижению PUE, ищутся и другие способы сохранения окружающей среды. Например, в апреле поступили данные о том, что Евросоюз поставит на учёт крупные ЦОД и в рамках Директивы по энергетической эффективности (EED) не только обяжет операторов ЦОД в Евросоюзе обеспечить свободный доступ к данным о воздействии их проектов на окружающую среду, но и заставит некоторые ЦОД отдавать избыточное тепло со своих площадок на нужды общества.

Хотя в генеративных ИИ-моделях вроде GPT-4 или Midjourney отдельные эксперты усматривают много угроз человечеству, далеко не все обращают внимание на важный фактор — не исключено, что скоро ИИ и люди будут конкурировать за обычную пресную воду. Как сообщает The Register, по прогнозам учёных, её будет всё больше требоваться для охлаждения ЦОД.

Проблема привлекла внимание учёных Калифорнийского университета в Риверсайде и Техасского университета в Арлингтоне. По оценкам исследователей, обучение языковой модели уровня GPT-3 требует использования около 700 тыс. литров воды — столько тратится на выпуск 320 электромобилей Tesla. Более того, на простой диалог из 20-50 вопросов ChatGPT требуется около 500 мл воды, а с развитием ИИ потребление воды такими системами достигнет огромных масштабов — если заранее не принять меры по оптимизации охлаждения ЦОД.

Источник изображения: Drew Dizzy Graham/unsplash.com

При этом эксперты обещают, что к середине века огромные территории в США будут страдать от засухи. Уже сейчас ЦОД крайне неохотно делятся информацией о потреблении воды, при этом используя разные системы подсчёта и, как Google, пытаясь скрыть следы в судебном порядке. В результате учёным приходится при расчётах пользоваться преимущественно косвенными данными. Впрочем, утверждается, что можно повсеместно использовать модель, разработанную SPX Cooling Technologies, и это позволит определить, сколько воды уходить на обучение и эксплуатацию языковых моделей.

Но, как считают в Dell'Oro Group, проблема на деле не в ИИ — он не испытывает настоящей жажды. В первую очередь речь идёт о рационализации систем терморегулирования. Даже от того, где находится ЦОД с ИИ, может значительно меняться потребление воды. Многие ЦОД используют не жидкостное охлаждение, а другие варианты. Например, в прошлом месяце Microsoft говорит об использовании систем с нулевым водопотреблением в ЦОД Аризоны — но они потребляют больше энергии.

Предлагается немало вариантов — от воздушного до водяного или погружного охлаждения, каждый из которых имеют свои преимущества и недостатки. Впрочем, вендоры вроде Submer и LiquidStack предлагают системы иммерсионного охлаждения, обеспечивающие PUE на уровне менее 1,05, тогда как системы воздушного охлаждения обычно обеспечивают лишь 1,4–1,5.

Источник изображения: redcharlie | @redcharlie1/unsplash.com

В научной работе приводятся не только возможные пути оптимизации систем охлаждения, но и рекомендации для того, чтобы ЦОД в принципе выделяли меньше тепла. В частности, речь идёт о том, что дата-центры стоит строить в местах с прохладным климатом вместо жарких азиатских стран, а некоторые задачи можно выполнять во второй половине дня, когда становится прохладнее. Хотя это ограничивает использование солнечных элементов питания, сам собой напрашивается вывод о применении резервных аккумуляторных источников вместо генераторов для накопления энергии днём.

Учёные считают, что залогом эффективного использования энергетических систем и охлаждения является большая прозрачность деятельности ЦОД. В Европе, например, пересматривают поправки к Директиве об энергоэффективности, которые заставят отчитываться по многим параметрам всё ЦОД кроме самых мелких. Как заявил один из учёных, «индустрия ЦОД столь скрытна, что иногда трудно получить подходящие данные для построения моделей». Впрочем, учёные опасаются, что у гиперскейлеров может не хватить времени на внедрение качественной отчётности — индустрия ИИ развивается чересчур быстро.

Исследователи из Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU), по сообщению ресурса Datacenter Dynamics, разрабатывают новую технологию жидкостного охлаждения серверного оборудования. Идея заключается в распылении специального диэлектрического состава на процессоры и другие компоненты с последующим испарением.

В ходе эксперимента участники проекта рассеивали жидкость на чипы в серверах. Прототип системы, разработанный под руководством профессора Вонга Тека Ненга (Wong Teck Neng), представляет собой стойку 24U, содержащую 12 серверов. Форсунки распыляют диэлектрическую жидкость на каждый CPU: состав при этом испаряется, понижая температуру чипов. Далее жидкость конденсируется и собирается для повторного использования, то есть решение функционирует в режиме замкнутого контура.

Источник изображения: NTU

Большинство серверов в современных ЦОД охлаждаются с помощью воздуха, но участники IT-рынка ищут альтернативные подходы с более высокой эффективностью. Например, компания GRC (Green Revolution Cooling) разрабатывает системы иммерсионного (погружного) однофазного жидкостного охлаждения для ЦОД. Аналогичную технологию развивают Submer и Asperitas. А компания Zutacore предлагает уникальную двухфазную жидкостную систему охлаждения, пригодную для использования совместно с чипами с теплопакетом 900 Вт и более.

Специалисты NTU утверждают, что их подход, в отличие от погружных или двухфазных СЖО, не требует применения больших резервуаров, трубопроводов и радиаторов. К тому же предложенное решение легко масштабируется и адаптируется к современным дата-центрам. О типе используемой диэлектрической жидкости ничего не сообщается.

Компания LiquidStack, специализирующаяся на разработке систем погружного жидкостного охлаждения, сообщила о получении инвестиций от Trane Technologies. Привлечённые средства, как отмечается, помогут в продвижении решений LiquidStack, что позволит значительно сократить углеродный след дата-центров, уменьшить потребление воды и снизить общее негативное воздействие на окружающую среду.

LiquidStack является одним из пионеров на рынке двухфазных иммерсионных СЖО. Компания заявляет, что её продукты дают возможность понизить энергопотребление на 40 % по сравнению с воздушным охлаждением, сократить капитальные затраты на 33 %, уменьшить совокупную стоимость владения на 32 % и обеспечить экономию свободных площадей в ЦОД до 69 %.

Источник изображения: LiquidStack

О размере инвестиций со стороны Trane Technologies ничего не сообщается. Но отмечается, что деньги будут направлены прежде всего на расширение производства, включая открытие предприятия в США. В состав этого объекта войдут научно-исследовательские лаборатории, испытательная площадка и центр обучения специалистов по обслуживанию. Полученные деньги также будут направлены на разработку передовых диэлектрических жидкостей, маркетинг и расширение каналов сбыта.

Предполагается, что данные инициативы повысят спрос на решения LiquidStack среди гиперскейлеров, операторов облачных платформ, площадок колокации и создателей систем периферийных вычислений. При этом клиенты Trane и LiquidStack будут иметь доступ к более широкому спектру комплексных решений для организации эффективного охлаждения ЦОД.