إن مراكز البيانات هي واحدة من أكثر هياكل البناء كثافة الطاقة ، وتستهلك طاقة أكثر من 10 إلى 50 نقطة لكل قدم مربع من مبنى المكاتب التجاري النموذجي ومحاسبة ما يقرب من 2 ٪ من إجمالي استهلاك الكهرباء في البلاد. حلول مركز البيانات العالمية في جونسون عناصر التحكم ، وهي شركة لإدارة HVAC والمرافق ، مستشهدة بإحصاءات وزارة الطاقة الأمريكية.
في مقابلة عبر البريد الإلكتروني ، يلاحظ Grabowski أن التحول السريع إلى أعباء عمل الذكاء الاصطناعي يدفع الطلب على الطاقة في مركز البيانات إلى تسجيل مستويات عالية ، مع استهلاك مهام الذكاء الاصطناعى الآن ما يصل إلى 10 مرات من عمليات تكنولوجيا المعلومات التقليدية. “سوف تتطلب رفوف الحوسبة عالية الأداء 100 إلى 120 كيلووات (كيلوواط) لكل رف في المستقبل القريب”.
تعتمد مراكز البيانات المصممة خصيصًا للتعامل مع أعباء عمل الذكاء الاصطناعي عمومًا على الخوادم باستخدام وحدة معالج الرسومات (GPU) ، وهو جهاز مصمم مبدئيًا لمعالجة الصور الرقمية وتسريع رسومات الكمبيوتر. يتمثل أحد العيوب الرئيسية لهذه الأنظمة في أنها تولد قوة تصميم حرارية عالية (TDP) ، مما يعني أنها تنتج كمية كبيرة من الحرارة لكل معالج ، لكل خادم ، لكل رف.
التأثير الحراري لمنظمة العفو الدولية
عند تشغيل عمليات الذكاء الاصطناعي ، يمكن أن تستهلك وحدات معالجة الرسومات على كيلووات من السلطة ، وهي أعلى بكثير من وحدات المعالجة المركزية الكلاسيكية ، والتي تتطلب عادة ما يقرب من 400 واط ، كما يقول نيناد ميلجوفيتش ، أستاذ في قسم العلوم والهندسة الميكانيكية بجامعة إلينوي أوربانا- شامبين. يقول في مقابلة عبر الإنترنت: “لن يعمل تبريد الهواء النقي لغالبية خوادم الذكاء الاصطناعي ، لذلك يلزم تبريد السائل”. “السائل أفضل من الهواء ، لأنه يحتوي على خصائص أفضل ، بما في ذلك الموصلية الحرارية العالية والقدرة الحرارية.” ومع ذلك ، تشمل العيوب ارتفاع تكلفة ، وتقليل الموثوقية ، وتعقيد التنفيذ.
يقول Grabowski إن الخوادم المستندة إلى GPU مصممة واستخدام للحوسبة عالية الأداء ، والتي يمكن أن تعالج كميات كبيرة من البيانات بسرعة. يلاحظ أن مجموعات الذكاء الاصطناعى تعمل بشكل أكثر كفاءة عندما يتم تقليل الكمون عن طريق استخدام اتصالات الألياف البصرية عالية النطاق العالي ، والخوادم الموضوعة استراتيجياً ، وطوبولوجيا الشبكة المحسنة التي تقلل من مسافة سفر البيانات. يتنبأ Grabowski بأن معظم مراكز البيانات المستقبلية ستتضمن رفوفًا كثيفة تولد كمية كبيرة من الحرارة ومعبأة في مرافق متعددة الطوابق.
القضية الحقيقية التي تواجه مشغلي مركز البيانات ليست تبريد ، ولكن إدارة الطاقة ، كما يقول ديفيد إبارا ، القائد الإقليمي الدولي مع بناء DATACENTER BUILDER DPR. ويوضح في مقابلة عبر الإنترنت: “تتمتع الصناعة بخبرة تشغيلية كبيرة في تبريد وإدارة أنظمة التبريد بفعالية لمراكز البيانات واسعة النطاق”. “التحدي الأساسي الذي يواجه مشغلي مركز بيانات الذكاء الاصطناعي هو زيادة كثافة الطاقة في مجموعات رف GPU داخل رفوف الخادم.” يلاحظ Ibarra أن تنويع أحمال التبريد يتطلب إدارة ليس فقط رفوف GPU الجديدة ، ولكن أيضًا على الرفوف المستندة إلى وحدة المعالجة المركزية والتخزين ورفوف الشبكات. “لذلك ، يجب أن تنظر الهندسة والتخطيط في الخصائص المختلفة لأحمال التبريد لكل نوع من أنواع الرف.”
البحث عن الاستدامة
مع زيادة الطلب ، ينتقل عدد متزايد من مشغلي مركز البيانات من تبريد الهواء التقليدي إلى نظام تبريد هجين يجمع بين تقنيات تبريد الهواء والهواء. يقول Ibarra: “هذا التغيير مدفوع بمتزايد الطلب على رفوف GPU كبيرة من الذكاء الاصطناعي ، والتي تتطلب تبريدًا سائلًا لإزالة الحرارة بكفاءة من معالجاتها عالية النوى”.
للمضي قدماً في الاستدامة ، يقترح Miljkovic تحديد موقع مراكز البيانات القريبة من مصادر الطاقة المتجددة. “على سبيل المثال ، بالقرب من محطة للطاقة النووية ، حيث تكون الطاقة وفيرة ، والأمن جيد.”
غالبًا ما يتم وصف الطاقة الشمسية وطاقة الرياح كحلول من قبل المدافعين الخضراء ، ومع ذلك لا تعتبر عمومًا عملية بالنظر إلى حقيقة أن مراكز البيانات الجديدة يمكنها بسهولة استهلاك أكثر من 500 ميجاوات من الطاقة وغالبًا ما تتجاوز Gigawatt أو أكثر. يقول ميلكوفيتش إن النهج العملي الأكثر عملية هو استخدام الحرارة التي ينشئها مركز البيانات. “يمكن إعادة استخدام جميع الحرارة المتولدة من مركز البيانات لتسخين المقاطع [accomplish] مع التبريد السائل. ”
بدائل إضافية
تم تصميم عدد متزايد من مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي لتقليد محطات الطاقة. يقول جيم وينهايمر ، نائب رئيس عمليات مركز البيانات في شركة Cloud Services Rackspace ، إن بعضها يتم بناؤه فعليًا على مواقع محطة توليد الكهرباء التي يتم إيقافها ، باستخدام الأنهار والبحيرات والخزانات للتبريد. “هؤلاء [facilities] يجب أن يتم تصميمه وتشغيله بعناية ، لكن لديهم سعة تبريد ضخمة دون استهلاك المياه “، يلاحظ عبر البريد الإلكتروني.
يمكن أن يلعب المناخ المحلي أيضًا دورًا مهمًا في تبريد مركز البيانات. يتم تفضيل مواقع الطقس البارد بشكل متزايد لبناء مركز البيانات الجديد. يقول Agostinho Villela ، كبير موظفي الابتكار والتكنولوجيا في مقابلة عبر الإنترنت ، إن درجات الحرارة المحيطة المنخفضة تقلل من كمية التبريد اللازمة ، وبالتالي ، الحاجة إلى المياه أو سائل تبريد آخر يتطلبها مركز بيانات الذكاء الاصطناعي. بدلاً من ذلك ، يمكن استخدام أنظمة الحلقة المغلقة للحفاظ على المياه ، لأنها تقلل من الحاجة إلى رسم مصادر المياه الخارجية. يمكن أن تقلل أنظمة استرداد الحرارة في مركز البيانات من الحاجة الإجمالية إلى الطاقة من خلال توفير حرارة المنشأة في فصل الشتاء.
بدأت تقنية تحسين التبريد التي تحركها AI في لعب دور حاسم في عمليات مركز البيانات المستدامة. من خلال نشر خوارزميات التعلم الآلي لمراقبة وإدارة أنظمة التبريد ، يمكن لمراكز البيانات ضبط تدفق الهواء وتدفق السائل ونشاط الضاغط بناءً على البيانات الحرارية في الوقت الفعلي. تقول فيليلا: “هذا النهج التكيفي لا يمنع هدر الطاقة فحسب ، بل يمتد أيضًا عمر الأجهزة عن طريق الحفاظ على ظروف تبريد متسقة وفعالة”. “يمكن أن تتنبأ مثل هذه الأنظمة باحتفال المعدات المحتملة ، مما يتيح التدابير الوقائية التي تقلل من وقت التوقف ونفقات الطاقة الإضافية.”
نتطلع
في نهاية المطاف ، ستجبر القيود في حجم الرقاقة وكثافة مشغلي مركز البيانات على استكشاف تصميمات ومواد جديدة ، بما في ذلك المرافق التي قد تغير تمامًا الطريقة التي تعمل بها مراكز البيانات ، كما يتنبأ Weinheimer. “ستكون مزيجًا من العوامل والتقنيات الجديدة التي تسمح لنا بإجراء القفزة التالية في قوة الحوسبة ، والصناعة متحمسة للغاية لجعلها حقيقة واقعة -هذا ما يجعل من المثير للغاية أن نكون جزءًا من هذه الصناعة.”
بالنظر إلى عدد طرق التبريد التي يجري اختبارها وتقييمها ، فإن الشيء الوحيد الذي يبدو متأكدًا هو استمرار عدم اليقين. “إنه يشبه إلى حد ما الغرب المتوحش” ، يلاحظ ميلكوفيتش. “الكثير من عدم اليقين ، ولكن أيضًا الكثير من الفرص للابتكار.”
