Время на прочтение:6мин
Подключение крупных центров обработки данных к электросетям представляет собой один из самых серьезных краткосрочных рисков. Центры обработки данных потребляют значительное количество электроэнергии в непредсказуемые интервалы времени, что делает их серьезным фактором риска в системе электроснабжения, которая не всегда готова к такому потреблению энергии.
В последнее десятилетие влияние центров обработки данных на климат стало предметом пристального изучения, особенно в связи с развитием искусственного интеллекта, который потребляет гораздо больше энергии, чем традиционные компьютерные инструменты.
Согласно новому исследованию Амстердамского института экологических исследований Врийского университета искусственный интеллект может вскоре превзойти майнинг биткоинов по энергопотреблению. К концу 2025 года на искусственный интеллект может приходиться почти половина всей электроэнергии, потребляемой центрами обработки данных по всему миру.
Отчёт консалтинговой фирмы ICF прогнозировал рост спроса на электроэнергию в США на 25% к 2030 году и на 78% к 2050 году, во многом благодаря искусственному интеллекту, традиционным центрам обработки данных и майнингу биткоинов.
Энергоёмкость и выбросы зависят от ряда факторов, в том числе от типа запросов, размера моделей, которые отвечают на эти запросы, а также от доли возобновляемых источников энергии и ископаемого топлива в местной электросети, питающей центр обработки данных.
Существует также риск возникновения парадокса Джевонса1Парадокс Джевонса гласит: чем эффективнее используется ресурс, тем больше его потребляют, связанного с ИИ: более эффективные модели будут потреблять всё больше электроэнергии, потому что люди просто начнут чаще использовать эту технологию.
Цоды, ответственные за ИИ и майнинг криптовалют, развиваются быстрее, чем электростанции и линии электропередачи, необходимые для их поддержки, что приводит к снижению стабильности системы. Это связано с тем, что дата-центры требуют огромного количества энергии в непредсказуемые интервалы, а также чувствительны к перепадам напряжения в сети.
В 2024 году в США произошло отключение дата-центров общей мощностью около 1,5 ГВт. Это случилось из-за стремительного роста числа дата-центров в регионе, что привело к дефициту энергоресурсов. Отключения такого масштаба могут иметь волновой эффект по всей остальной сети. Проблема грозит многомиллиардными убытками от повреждения бытовой техники и устаревшего энергетического оборудования.
Примечательно, что многие объекты находятся вблизи крупных городов США и добавляют нагрузку на сети, эта тенденция сохраняется и в сельской местности.
Потребление энергии центрами обработки данных с искусственным интеллектом в США может увеличиться более чем в 30 раз в течение десяти лет, при этом планируется строительство объектов мощностью 5 ГВт. Крупные центры обработки данных потребляют всё больше энергии, в то время как сетевая инфраструктура и новые источники энергии не получают развитие из-за таких факторов, как бюрократия и сбои в цепочках поставок. Потенциальные решения этой проблемы связаны с надеждами на технологические инновации, которые сделают инфраструктуру ИИ более энергоэффективной, а также с изменениями в законодательстве и масштабными вливаниями средств.
По оценкам Deloitte, в прошлом году центры обработки данных в США потребляли в общей сложности около 33 ГВт энергии, из которых 4 ГВт приходилось на объекты с искусственным интеллектом. По прогнозам компании, к 2035 году энергопотребление этих объектов увеличится в пять раз, при этом энергопотребление центров обработки данных с искусственным интеллектом вырастет более чем в тридцать раз и составит 123 ГВт.
Крупнейшие центры обработки данных в США в настоящее время потребляют менее 500 МВт, но некоторые строящиеся сейчас центры, вероятно, будут потреблять более 2 ГВт. Большая часть прироста спроса на центры обработки данных за последний год была обеспечена за счёт увеличения выработки электроэнергии на газовых электростанциях, несмотря на широко рекламированную «чистую» энергетику и цели по достижению нулевого уровня выбросов операторов гипермасштабируемых сетей.
Стратегии, которые помогут преодолеть потенциальный дефицит энергии – технологические инновации, изменения в законодательстве и увеличение финансирования. Эксперты отмечают какие эксперты?, что отрасль должна стремиться к разработке более энергоэффективной инфраструктуры, например, перейти на оптическую передачу данных в серверных помещениях или использовать в сети полупроводниковые трансформаторы.
Исследователи посчитали, что для обработки одного запроса ChatGPT требуется почти в 10 раз больше электроэнергии, чем для традиционного поиска Google.
По прогнозам, к 2030 году в США центры обработки данных будут потреблять 8 % от общего объёма электроэнергии, что почти в три раза больше, чем в 2022 году.
Помимо электроэнергии, центры обработки данных потребляют значительное количество воды для охлаждения серверов и предотвращения их перегрева. В настоящее время одними из самых энергоэффективных и экономичных способов охлаждения воздуха в центрах обработки данных являются водные. По оценкам компании Bluefield Research, центры обработки данных потребляют более миллиарда литров воды в день, включая воду, используемую для выработки энергии. Этого количества хватило бы для обеспечения 3,3 миллиона человек в течение дня.
Согласно анализу, центру обработки данных требуется бутылка воды объемом около 500 миллилитров для генерации от 10 до 50 ответов GPT-3 средней длины. Согласно отчету Глобальной комиссии по экономике водных ресурсов, глобальный спрос на воду превысит доступный порог, на 40% в 2030 году.
Охлаждение систем имеет большое значение. Неисправность системы охлаждения оператора центра обработки данных Equinix Inc. повлияла на 2,5 млн платежных и банкоматных транзакций DBS Group Holdings Ltd. и Citigroup Inc.
Исходя из этого, страны с большими водными или природными ресурсами будут иметь самые продвинутые системы ИИ. Это побуждает технологические компании искать более эффективные способы разработки ИИ. Они вкладывают миллиарды долларов в альтернативные источники энергии, такие как ядерный синтез. В то же время требования, предъявляемые искусственным интеллектом, повышает потребность в ресурсах для обеспечения энергосистемы.
В Айове, США, сеть центров обработки данных Microsoft, которую использовала компания OpenAI, превратила технологического гиганта в крупнейшего потребителя воды в регионе.
Для решения проблемы операторы центров обработки данных в Европе сообщили Европейской комиссии, что к 2040 году они сократят потребление воды до 400 мл на 1 кВт·ч вычислительной мощности. Ожидается, что все отрасли будут работать над достижением этой цели. К 2030 году европейская индустрия центров обработки данных должна стать углеродно-нейтральной и устранить другие факторы воздействия на окружающую среду, такие как потребление воды и образование отходов.
Компания Google связала будущее искусственного интеллекта со своей климатической стратегией, объявив о намерении обеспечивать ИИ чистой энергией в условиях растущего спроса на электроэнергию в глобальной инфраструктуре компании. Компания также сообщила о прогрессе в области энергоэффективности на региональном уровне. В девяти регионах, где она работает, доля безуглеродной электроэнергии превысила 80 %, а в среднем по миру этот показатель достиг 66 %.
Повышение эффективности коснулось и аппаратного обеспечения. Новейший чип Google в 30 раз энергоэффективнее оригинальной модели 2018 года. Компания заявляет, что пять её инструментов помогли сократить выбросы на 26 миллионов метрических тонн в 2024 году, что более чем в два раза превышает её операционный след.
Компания планирует в большей степени полагаться на источники нового поколения, такие как геотермальные и малые модульные ядерные реакторы, а также на новые модели приобретения экологически чистой энергии. Компания также расширяет усилия по привлечению поставщиков безуглеродной электроэнергии, особенно на таких рынках, как Азия, где энергосистема по-прежнему в значительной степени зависит от ископаемого топлива.
Компании-владельцы ЦОД стремятся к улучшению своих систем охлаждения, которые оказались под давлением из-за возросшего использования графических процессоров для обработки сложных вычислительных требований в таких областях, как ИИ. Графические процессоры потребляют больше энергии и выделяют больше тепла, чем центральные процессоры, основной компонент вычислительных машин.
Облачное подразделение Amazon.com Inc. внедряет компоненты, которые повысят эффективность работы центров обработки данных. Этот шаг может помочь справиться с растущей нагрузкой на электросети, которую создают энергоёмкие серверные фермы. Последние разработки Amazon Web Services для центров обработки данных включают в себя более эффективное охлаждение, возобновляемые дизельные источники энергии для резервных генераторов и оптимизированную компоновку серверных стоек, которая позволяет сократить количество неиспользуемой энергии.
Облачная платформа Amazon AWS также внедряет системы жидкостного охлаждения, чтобы обеспечить бесперебойную работу самых мощных чипов таких компаний, как Nvidia Corp. Такие чипы невозможно эффективно охлаждать только с помощью вентиляторов. Amazon планирует в этом году вложить около 75 миллиардов долларов в капитальные расходы, в основном на серверы, чипы и системы охлаждения, которые обеспечивают работу вычислительных сервисов AWS по запросу. Эта сумма также покрывает расходы на покупку собственных чипов, в том числе новых продуктов для искусственного интеллекта, призванных составить конкуренцию Nvidia.
Поскольку искусственный интеллект способствует быстрому росту глобальной инфраструктуры центров обработки данных, вода, необходимая для охлаждения этих объектов, становится источником значительных финансовых, операционных и репутационных рисков.
Согласно отчету консалтинговой фирмы Moody’s, на ключевых рынках центров обработки данных наблюдается дефицит воды. Компания считает нехватку воды растущим кредитным риском для операторов центров обработки данных, особенно для поставщиков гипермасштабируемых решений, поддерживающих рабочие нагрузки ИИ, которые требуют более высокой вычислительной мощности и более высоких тепловых нагрузок.
В последние годы в ЕС наблюдается нехватка воды, поскольку повышение летних температур приводит к истощению запасов. Засухи наносят ущерб поставкам электроэнергии на атомных электростанциях во Франции и затрудняют торговлю вдоль Рейна, одного из ключевых торговых путей ЕС. Однако управление водными ресурсами в блоке разрозненно и страдает от устаревших систем и резервуаров.
К концу 2026 года Европейская комиссия предложит минимальные стандарты производительности для сокращения потребления воды в центрах обработки данных в рамках программы по повышению их экологичности. Стратегия ЕС по обеспечению устойчивости водных ресурсов будет также включать меры по стимулированию фермеров к более рациональному использованию воды. Европейский союз будет работать над установлением минимальных стандартов производительности, чтобы сократить потребление воды в центрах обработки данных, поскольку в ближайшие десятилетия на континенте может возникнуть её дефицит.
Задача корпораций состоит в том, чтобы найти баланс между экологическими целями, требованиями к бесперебойной работе и финансовой целесообразностью. Такие технологии, как жидкостное охлаждение и адиабатические системы2В контексте увлажнения и охлаждения воздуха, адиабатические системы используют процесс испарения воды для снижения температуры воздуха без использования компрессоров или холодильных циклов, что делает их энергоэффективными, обещают снизить потребление воды, но сопряжены с определёнными рисками и сложностями.
- 1Парадокс Джевонса гласит: чем эффективнее используется ресурс, тем больше его потребляют
- 2В контексте увлажнения и охлаждения воздуха, адиабатические системы используют процесс испарения воды для снижения температуры воздуха без использования компрессоров или холодильных циклов, что делает их энергоэффективными