Реально ли дата-центрам полностью обойтись без воды?

Предлагаю вашему вниманию несколько экспериментальный формат, который, надеюсь, придется вам по душе. Мне искренне нравится погружаться в тематики, не связанные напрямую со статистикой или анализом данных. Порой лучший способ досконально в чем-то разобраться — попытаться изложить материал самостоятельно.

Сегодня мы поговорим об искусственном интеллекте, но под несколько необычным углом: попробуем выяснить, за счет каких технологий и каким образом охлаждаются современные дата-центры. Именно здесь обрабатываются запросы о том, какой шампунь купить или как правильно пишется слово «винегрет». За каждым подобным запросом стоят серверы, выделяющие колоссальные объемы тепла.

Почему дата-центрам жизненно необходимо охлаждение

Домашний компьютер тоже греется, поэтому производители устанавливают в него радиаторы, вентиляторы или системы жидкостного охлаждения. С дата-центром ситуация аналогична, только вместо одной машины там функционируют тысячи серверов, работающих в круглосуточном режиме.

По мере роста производительности процессоров выделение тепла возрастает в разы, что особенно заметно на оборудовании, задействованном в сфере искусственного интеллекта. Современный графический чип потребляет порядка одного киловатта электроэнергии, львиная доля которой неизбежно трансформируется в тепловую энергию.

Одна из ключевых задач дата-центра заключается в том, чтобы эффективно отводить колоссальные массивы тепла от вычислительных модулей. Без этого оборудование попросту выйдет из строя из-за критического перегрева.

Конечно, можно использовать воздушное охлаждение по классической схеме: потоки холодного воздуха продуваются через сервер, нагреваются, после чего выводятся за пределы здания. И вот здесь в игру вступает вода.

Один из методов утилизации избыточного тепла — испарительное охлаждение. Вода испаряется, поглощая при этом значительное количество тепловой энергии. К слову, человеческий организм функционирует по схожему принципу: потея, мы охлаждаемся за счет испарения влаги с поверхности кожи.

Для центров обработки данных такой подход весьма эффективен, особенно в регионах с жарким климатом. Однако у него есть существенный недостаток: вода расходуется стремительно, а вернуть испарившуюся влагу в замкнутый контур невозможно, поэтому запасы приходится постоянно пополнять.

Альтернатива испарению: замкнутые системы

Логично предположить, что вместо тотального кондиционирования всего воздушного пространства вокруг серверов можно отводить тепло непосредственно от кристаллов процессоров. Для этого вплотную к горячим элементам монтируют компактные металлические теплообменники, через которые циркулирует хладагент.

Процессор передает тепло металлической пластине, та — протекающей жидкости, после чего нагретый теплоноситель покидает сервер, охлаждается и возвращается обратно. Таким образом, в системе циркулирует внушительный объем воды, но при этом практически не требуется подпитка новой жидкостью.

В результате мы успешно транспортируем тепло от чипа к воде, но возникает следующая задача: как охладить сам теплоноситель? Эту проблему решают мощные радиаторы, установленные на внешней стороне здания.

Самым удивительным открытием для меня в процессе изучения темы стало то, что воду вовсе не обязательно охлаждать до экстремально низких температур.

Ледяная вода не требуется

Интуитивно кажется, что чем мощнее и горячее процессор, тем более холодный теплоноситель нужен для его защиты. Но на практике все обстоит иначе. Современные системы жидкостного охлаждения постепенно переходят на использование относительно высоких температур теплоносителя.

Например, передовые инфраструктуры для ИИ успешно функционируют на жидкостях с температурой около 40–45°C. Возникает закономерный вопрос: как можно охлаждать процессор водой, нагретой до 45 градусов?

Секрет кроется в законах физики: сам чип работает при значительно более высоких температурах. Если температура кремниевой поверхности составляет 70–80°C, то 45-градусный теплоноситель без труда заберет избыточное тепло.

Более того, здесь кроется колоссальный бонус: если на улице всего +20°C, то жидкость с температурой 45°C можно остудить с помощью обычного наружного воздуха.

Получается парадоксальная вещь: чем более горячий теплоноситель способен задействовать дата-центр, тем проще организовать его охлаждение. Как следствие, требуется меньше климатического оборудования, снижаются энергозатраты, а в ряде сценариев от испарительного охлаждения можно вовсе отказаться.

Ради чего такие сложности?

Ответ прост — всему виной развитие искусственного интеллекта.

Вычислительные мощности растут настолько стремительно, что традиционное воздушное охлаждение уже не справляется с нагрузками.

Если относительно недавно стандартная серверная стойка потребляла порядка 5–20 кВт энергии (и этот объем тепла легко рассеивался воздухом), то современная стойка NVIDIA GB200 NVL72, объединяющая 72 графических процессора, требует уже около 120 кВт. А перспективные аппаратные комплексы на архитектуре Rubin будут потреблять в пределах 200–225 кВт на одну стойку.

Иными словами, на той же компактной площади выделяется в десятки раз больше тепла. И это далеко не предел: инженеры уже проектируют системы охлаждения, способные справляться с тепловыделением до 1 МВт на одну стойку с ИИ-оборудованием.

Попробуйте-ка отвести такую термическую нагрузку обычным потоком холодного воздуха.

Я регулярно публикую материалы на подобные темы в своем Telegram‑канале. Если вам интересна глубинная аналитика, экономика и тенденции рынка труда, подписывайтесь — там регулярно появляются емкие заметки и обзоры актуальных трендов.

Источник