Стремительный рост ИИ подталкивает центры обработки данных к пределам. Проблемы с питанием, охлаждением и инфраструктурой растут — смогут ли они справиться со спросом?
Каждый день заголовки расхваливают преобразующий потенциал вычислений следующего поколения, обещая преобразовать отрасли, экономики и даже нашу повседневную жизнь. Но за кулисами эти достижения опираются на менее гламурного героя: центр обработки данных. Без эволюции этих физических хабов захватывающие дух обещания передовых технологий были бы не более чем заголовками.
Центры обработки данных должны расти и адаптироваться так же быстро, как и поддерживаемые ими технологии. Потребности в энергии ИИ, тепловые нагрузки плотных вычислительных сред и огромный физический вес современного оборудования создают проблемы, с которыми устаревшая инфраструктура не справится. Удовлетворение этих требований необходимо для того, чтобы бизнес мог конкурировать, а общество — извлекать выгоду из следующей волны инноваций.
Энергия — это кровь дата-центров, и спрос растет беспрецедентными темпами. Во всем мире дата-центры уже потребляют около 200 ТВт-ч в год — около 1% от общего спроса на электроэнергию.
Учитывая, что к 2030 году рабочие нагрузки ИИ приведут к прогнозируемому увеличению энергопотребления центров обработки данных на 160%, это не просто проблема; это назревающий кризис.
Что движет этим всплеском? Модели ИИ, такие как GPT-4 и DALL-E, требуют одновременной работы тысяч графических процессоров, каждый из которых потребляет значительно больше энергии, чем традиционные серверы. Например, обучение больших моделей ИИ может потреблять мегаватты энергии ежедневно, намного опережая рост эффективности за счет усовершенствований оборудования.
Для решения этой проблемы разрабатывается несколько стратегий:
-
Специфическое аппаратное обеспечение для ИИ : разработка и развертывание чипов, оптимизированных для нейронных сетей, может обрабатывать задачи более эффективно, снижая общее потребление энергии. Эти аппаратные решения позволяют рабочим нагрузкам ИИ работать с меньшими требованиями к мощности, чем процессоры общего назначения.
-
Интеграция возобновляемых источников энергии : такие компании, как Amazon, инвестируют в крупные солнечные электростанции в сочетании с аккумуляторными батареями для обеспечения устойчивого питания центров обработки данных.
-
Рассмотрение ядерной энергетики : отрасль изучает возможность использования небольших модульных реакторов для обеспечения стабильной возобновляемой энергии для будущих центров обработки данных ИИ.
Охлаждение: борьба с жарой
С большим потреблением энергии приходит большое рассеивание тепла. Требования к охлаждению достигли беспрецедентного уровня, поскольку тепловые нагрузки нагружают традиционные воздушные системы.
Традиционные решения, такие как усовершенствованное управление воздушным потоком и эффективные системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, доказали свою эффективность в определенных условиях. Например, центр обработки данных Facebook в Прайнвилле, штат Орегон, использует воздух пустыни и испарительное охлаждение для сокращения потребления энергии.
Однако в средах с высокой плотностью жидкостное охлаждение становится незаменимым. Системы жидкостного охлаждения представляют собой сейсмический сдвиг в том, как центры обработки данных управляют тепловыми нагрузками. Циркулируя охлаждающую жидкость непосредственно к компонентам оборудования, системы жидкостного охлаждения обеспечивают большую эффективность и позволяют использовать более плотные конфигурации стоек. И вместе с этим приходит поток эксплуатационной сложности. Модернизация существующих объектов требует обширных капитальных ремонтов инфраструктуры, включая установку специализированных трубопроводов и охлаждающих жидкостей через серверные стойки. Эти системы не просто рассеивают тепло; они создают новые риски. Даже незначительная утечка может привести к катастрофическому отказу оборудования, потере данных и значительному простою.
Несмотря на многообещающие перспективы, эти системы влекут за собой такие проблемы, как более высокие первоначальные затраты, сложность обслуживания и необходимость защиты от утечек. Чтобы снизить эти риски, центры обработки данных внедряют передовые системы обнаружения утечек для выявления аномалий давления или расхода в режиме реального времени. Сочетание этих мер безопасности с автоматическими запорными клапанами обеспечивает быстрое сдерживание любого нарушения, минимизируя потенциальный ущерб. Несмотря на обещание эффективности, внедрение жидкостного охлаждения в больших масштабах требует продуманного планирования, постоянного обслуживания и тщательной интеграции в операционные рабочие процессы.
Между тем, инновации продолжаются с повторным использованием отработанного тепла . Некоторые предприятия повторно используют нагретую воду из систем охлаждения для обогрева соседних зданий, сокращая потери энергии и поддерживая местные сообщества.
Вес: Физическая проблема плотности
Современные центры обработки данных напрягаются под физическим весом инноваций. Высокопроизводительные графические процессоры, критически важные для ИИ и квантовых вычислений, могут увеличить вес стойки до 50%. Отраслевой стандарт нагрузки на пол — около 2000 фунтов на стойку — часто недостаточен для таких установок.
Для решения этой проблемы центры обработки данных используют такие решения, как:
-
Усиленные полы : модернизированные системы напольных покрытий гарантируют, что объекты смогут выдерживать более высокие нагрузки без ущерба для безопасности.
-
Стратегические планировки : распределение тяжелого оборудования по объектам снижает нагрузку на отдельные зоны.
-
Конструкции на основе контейнеров : специализированные модульные помещения изолируют высокоплотное оборудование , ограничивая воздействие на основную конструкцию.
Нормативное давление и сопротивление общества
Помимо технических проблем, центры обработки данных сталкиваются с внешним давлением, которое угрожает их росту. Правительства усиливают контроль, принимая такие меры, как Директива Европейского союза об энергоэффективности, требующая подробной отчетности об использовании энергии и воды.
Еще одной проблемой является нехватка воды. Системы охлаждения в крупных центрах обработки данных могут потреблять миллионы галлонов в год, вызывая беспокойство в районах, подверженных засухе. Поскольку требования ИИ и вычислений выдвигают центры обработки данных на передовые позиции инноваций, трудно не заметить иронию напряженности между сегодняшним негламурным героем и одним из оригиналов жизни.
