Они работают круглосуточно на высоких скоростях и сильно нагреваются, но компьютерные чипы в центрах обработки данных получают много внимания. Некоторые из них, по сути, живут в спа-салоне.
«У нас есть жидкость, которая поднимается и [затем] стекает вниз или капает на компонент», — говорит Джонатан Баллон, генеральный директор компании Iceotope, занимающейся жидкостным охлаждением. «Некоторые вещи распыляются».
В других случаях эти трудолюбивые устройства располагаются в циркулирующих ваннах с жидкостью, которая отводит выделяемое ими тепло, позволяя им работать на очень высоких скоростях, что известно как «разгон».
«У нас есть клиенты, которые постоянно разгоняют процессоры, потому что нет никакого риска сжечь сервер», — говорит Баллон. Он добавляет, что один из клиентов, сеть отелей в США, планирует использовать тепло от серверов отеля для обогрева номеров, прачечной и бассейна.
Без охлаждения центры обработки данных выходят из строя.
В ноябре сбой в системе охлаждения в центре обработки данных в США привел к отключению финансовых торговых технологий в CME Group, крупнейшем в мире операторе биржи. С тех пор компания установила дополнительные системы охлаждения, чтобы предотвратить повторение подобного инцидента.
В настоящее время спрос на центры обработки данных стремительно растет, отчасти благодаря развитию технологий искусственного интеллекта. Но огромные объемы энергии и воды, потребляемые многими из этих объектов, делают их все более спорными.
Более 200 экологических групп в США недавно потребовали моратория на строительство новых центров обработки данных в стране. Но некоторые компании, владеющие центрами обработки данных, заявляют, что хотят уменьшить свое воздействие на окружающую среду.
У них есть еще один стимул. Компьютерные чипы в центрах обработки данных становятся все более мощными. Настолько, что многие в отрасли говорят, что традиционные методы охлаждения — такие как воздушное охлаждение, при котором вентиляторы постоянно обдувают самые горячие компоненты, — уже недостаточны для некоторых операций.
Баллон осведомлен о растущих спорах вокруг строительства энергоемких центров обработки данных. «Местные сообщества выступают против этих проектов», — говорит он. «Нам требуется значительно меньше электроэнергии и воды. У нас вообще нет вентиляторов — мы работаем бесшумно».
Iceotope утверждает, что их подход к жидкостному охлаждению, который может охлаждать множество компонентов в центре обработки данных, а не только процессоры, может снизить энергопотребление, связанное с охлаждением, до 80%.
Технология компании использует воду для охлаждения масляной жидкости, которая непосредственно взаимодействует с компьютерной техникой. Но вода остается в замкнутом цикле, поэтому нет необходимости постоянно забирать ее из местных источников.
Я спрашиваю, получены ли масляные жидкости в системе охлаждения компании из продуктов ископаемого топлива, и он отвечает, что некоторые из них — да, хотя он подчеркивает, что ни одна из них не содержит ПФАС, также известных как «вечные химикаты», которые вредны для здоровья человека.
Некоторые технологии жидкостного охлаждения центров обработки данных используют хладагенты, содержащие ПФАС. Более того, многие хладагенты выделяют очень мощные парниковые газы, которые угрожают усугубить изменение климата.
Двухфазные системы охлаждения используют такие хладагенты, говорит Юлин Ван, бывший старший аналитик по технологиям в IDTechEx, исследовательской компании. Хладагент изначально находится в жидком состоянии, но тепло от компонентов сервера заставляет его испаряться, переходя в газообразное состояние, и этот фазовый переход поглощает много энергии, что делает его эффективным способом охлаждения.
В некоторых конструкциях оборудование центров обработки данных полностью погружено в большие объемы хладагента, содержащего ПФАС. «Пары могут выходить из резервуара», — добавляет Ван. «Это может создать проблемы с безопасностью». В других случаях хладагент подается по трубопроводам непосредственно к самым горячим компонентам — компьютерным чипам.
Некоторые компании, предлагающие двухфазное охлаждение, в настоящее время переходят на хладагенты без ПФАС.
На протяжении многих лет они экспериментировали с совершенно разными подходами к охлаждению, стремясь найти наилучший способ обеспечить бесперебойную работу оборудования центров обработки данных.
Например, Microsoft, как известно, затопила в море у Оркнейских островов контейнер в форме трубки, полный серверов. Идея заключалась в том, что холодная шотландская морская вода повысит эффективность системы воздушного охлаждения внутри устройства.
В прошлом году Microsoft подтвердила, что закрыла этот проект. Но компания многому научилась благодаря этому, говорит Алистер Спирс, генеральный менеджер по глобальной инфраструктуре в бизнес-группе Microsoft Azure. «Без [человеческих] операторов возникало меньше проблем — это повлияло на некоторые из наших операционных процедур», — говорит он. Центры обработки данных, в которых меньше вмешательства, кажутся более надежными.
Первоначальные результаты показали, что подводный центр обработки данных имел показатель эффективности использования энергии (PUE) 1,07, что говорит о его гораздо большей эффективности по сравнению с подавляющим большинством наземных центров обработки данных. И ему не требовалась вода.
Но в итоге Microsoft пришла к выводу, что экономическая целесообразность строительства и обслуживания подводных центров обработки данных не очень высока.
Компания по-прежнему работает над идеями жидкостного охлаждения, включая микрофлюидику, где крошечные каналы жидкости протекают через множество слоев кремниевого чипа. «Можно представить себе лабиринт жидкостного охлаждения в кремнии на нанометровом уровне», — говорит Спейрс.
Исследователи также предлагают другие идеи.
В июле Ренкун Чен из Калифорнийского университета в Сан-Диего и его коллеги опубликовали статью, в которой подробно описали свою идею технологии охлаждения на основе мембран с заполненными порами, которая могла бы помочь пассивно охлаждать чипы — без необходимости активной перекачки жидкости или продувки воздуха.
«По сути, вы используете тепло для обеспечения мощности перекачки», — говорит профессор Чен. Он сравнивает это с процессом испарения воды с листьев деревьев, вызывая эффект насоса, который втягивает больше воды через ствол растения и вдоль его ветвей, чтобы пополнить запасы воды в листьях. Профессор Чен говорит, что надеется коммерциализировать эту технологию.
Новые способы охлаждения оборудования центров обработки данных становятся все более востребованными, говорит Саша Лучиони, руководитель направления ИИ и климата в компании Hugging Face, занимающейся машинным обучением.
Это отчасти связано со спросом на ИИ, включая генеративный ИИ или большие языковые модели (LLM), которые являются системами, лежащими в основе чат-ботов. В предыдущих исследованиях доктор Лучиони показала, что такие технологии потребляют много энергии.
«Если у вас есть модели, которые очень энергоемки, то охлаждение необходимо усилить», — говорит она.