بحران کم‌آبی، چالشی جدی برای خنک‌سازی هوش مصنوعی در دیتاسنترها

رشد سریع هوش مصنوعی در زیرساخت‌های دیتاسنترهای دنیا، یک چالش مهم و غافلگیرکننده را ایجاد کرده است: بحران کم‌آبی! به‌طور کلی تجهیزات مبتنی بر هوش مصنوعی به خنک‌سازی شدیدی نیاز دارند و آب زیادی مصرف می‌کنند. این موضوع باعث شده تا خنک‌سازی هوش مصنوعی در دیتاسنترها به یک ریسک مالی و عملیاتی بزرگ برای غول‌های فناوری تبدیل شود!

براساس گزارش شرکت مشاورۀ Moody’s، تنش آبی در بازارهای کلیدی دیتاسنترها در حال افزایش است. این شرکت، کمبود آب را به‌عنوان یک ریسک اعتباری رو به رشد برای اپراتورهای دیتاسنترها، به‌ویژه ارائه‌دهندگان خدمات در مقیاس بزرگ (Hyperscale) که از بارهای کاری هوش مصنوعی پشتیبانی می‌کنند، معرفی کرده است. این مراکز داده به توان محاسباتی فوق‌العاده متراکم نیاز دارند و به همین دلیل بار حرارتی آنها بسیار زیاد است.

چند سال پیش بود که خبر ساخت بزرگترین دیتاسنتر دنیا در قطب شمال سروصدای زیادی به پا کرد. اکنون گزارش شرکت Moody’s هشدار می‌دهد: «ساخت یا اجارۀ دیتاسنترهای جدید توسط شرکت‌های رایانش ابری و Hyperscaleها در مناطق جغرافیایی مختلف، قطعاً باعث بروز کم‌آبی در آن مناطق خواهد شد».

تأسیسات جدید دیتاسنترها، تشنه برای آب بیشتر!

بیشتر تأسیسات جدید با مقیاس بزرگ، به سیستم‌های خنک‌کننده هوش مصنوعی مبتنی بر آب وابسته‌اند. درست است که این تأسیسات برای محاسبات با چگالی بالا فوق‌العاده کارآمد هستند، اما می‌توانند مصرف آب کل منطقه را چندین پله افزایش دهند. مودیز هشدار می‌دهد که سازندگان و توسعه‌دهندگان دیتا سنتر که از سیستم‌های خنک‌کنندۀ کم‌مصرف استفاده نکنند، ممکن است با نظارت شدیدتر از سوی مقامات رده‌بالا و سرمایه‌گذاران پروژه‌های خود مواجه شوند.

جان مدینا، معاون ارشد بخش مالی پروژه‌ها و زیرساخت‌های جهانی Moody’s، به Data Center Knowledge گفته است که کمبود آب زیرزمینی در مناطقی که دیتاسنترهای با مقیاس بزرگ قرار دارند (مانند جنوب‌غربی ایالات متحده، شیلی و هند)، یک ریسک جدی به‌شمار می‌آید. او افزود: «مسائلی مانند مقررات محلی، محدودیت‌های زیرساختی و واکنش‌های اجتماعی می‌توانند پروژه‌های توسعه را به تأخیر بیندازند یا هزینه‌های آنها را افزایش دهند. این مسائل ممکن است تا سازندگان مراکز داده را مجبور کند تا پروژه‌های بزرگ دیتاسنتر را به مکان‌های دیگر با شرایط تجاری مساعدتر منتقل کنند».

بد نیست بدانید که یک دیتاسنتر با مقیاس بزرگ (Hyperscale) می‌تواند بسته به شرایط اقلیمی و طراحی زیرساخت خود، روزانه میلیون‌ها لیتر آب مصرف کند که معادل با مصرف آب یک شهر کوچک است! برای آشنایی کامل با سازوکار دیتاسنترها، پیشنهاد می‌کنیم مقالۀ دیتاسنتر چیست را بخوانید.

این گزارش اشاره می‌کند که شرکت‌های بزرگ هایپر اسکیل، از جمله گوگل، مایکروسافت، سرویس وب آمازون (AWS) و متا متعهد شده‌اند تا سال 2030 به وضعیت «آب مثبت» برسند؛ به این معنا که این غول‌های فناوری باید بیش از مقداری که آب مصرف می‌کنند، آب را بازتولید و جایگزین مقادیر مصرف‌شده کنند.

درحالی‌که این شرکت‌ها توانسته‌اند میانگین مصرف مؤثر آب (WUE) خود را به 0.2 تا 0.5 لیتر در هر کیلووات ساعت کاهش دهند، تقاضای کلی آب در صنعت دیتاسنترها در حال افزایش بوده است. رشد سریع زیرساخت‌های با مقیاس بزرگ و مبتنی بر هوش مصنوعی، دلیل اصلی این موضوع است.

اپراتورها سازگار می‌شوند، اما با احتیاط!

به گفتۀ شان فارنی، معاون ارشد استراتژی دیتاسنتر در JLL، بازیگران اصلی این صنعت با رویکردی جدی به دنبال این هستند تا نگرانی‌های مربوط به منابع را در مراحل انتخاب مکان و طراحی زیرساخت مراکز داده کاهش دهند. او می‌گوید: «اپراتورها دیگر در مناطقی که منابع ضروری مانند آب و برق با کمبود مواجه است، خود را به خطر نمی‌اندازند. دوران آزمون و خطا به پایان رسیده است و اگر چنین مسائلی وجود داشته باشد، آنها از همان روز اول متوجه آن خواهند شد».

چالش اصلی، ایجاد تعادل بین اهداف زیست‌محیطی، نیازهای مربوط به عملکرد پایدار دیتاسنتر و منابع مالی است. فناوری‌هایی مانند خنک‌سازی مایع و سیستم‌های آدیاباتیک (انجام واکنش بدون مبادلۀ گرما بین سیستم و محیط) تا حد زیادی مصرف آب را کاهش می‌دهند، اما همین روش‌ها نیز ریسک‌ها و پیچیدگی‌های خاص خود را به همراه دارند.

شان فارنی می‌گوید: «اگر مدل یک کسب‌وکار براساس آپ‌تایم 99.9 تا 99.999 درصد طراحی شده باشد، هیچ‌یک از اقداماتی با اهداف زیست‌محیطی انجام می‌شوند، نباید این تعهد را تحت‌الشعاع خود قرار دهند. مدیران دیتاسنترها به دنبال روش‌هایی هستند تا بین این اهداف تعادل برقرار کنند».

بسیاری از اپراتورها در حال عبور از روش‌های خنک‌سازی تبخیری سنتی به روش‌های صرفاً مبتنی بر هوا یا روش‌های هیبریدی هستند. به‌ویژه در مناطق جغرافیایی با تنش آبی بالا، این تغییر با سرعت بیشتری در حال انجام است. همچنین برخی دیگر در حال بررسی استفاده از آب‌های بازیافتی (آب خاکستری)، خنک‌کننده‌های ماژولار یا سیستم‌های حلقه‌بسته هستند. با این حال چنین تغییراتی اغلب پرهزینه‌اند، به‌خصوص زمانی که قرار است زیرساخت‌های موجود بازسازی شوند.

فارنی اشاره می‌کند که در برخی مناطق جغرافیایی، هر کیلووات توان محاسباتی، حجم قابل توجهی از منابع آبی آن منطقه را مصرف می‌کند. همچنین «رام سری»، معاون ارشد امور مالی Moody’s Ratings، می‌افزاید که دیتاسنترها در مناطق با تنش آبی بالا، با جوامع محلی و صنعت کشاورزی در حال رقابت هستند! او می‌گوید: «این رقابت می‌تواند باعث مخالفت‌های عمومی، سخت‌گیرانه‌تر شدن قوانین صدور مجوز و تأخیر در پروژه‌ها شود. با تشدید بحران کم‌آبی، قطعاً نظارت‌های قانونی بیشتر می‌شود و بر توسعۀ پروژه‌ها و افزایش هزینه‌ها اثر می‌گذارد».

اهداف مربوط به کاهش مصرف آب با نیازهای بازار فناوری در تضاد است!

درحالی‌که غول‌های فناوری به‌دنبال رسیدن به هدف «آب مثبت» هستند، اما مودیز هشدار می‌دهد که این هدف با نیازهای بازار که با رشد سریع هوش مصنوعی ایجاد شده‌اند، در تضاد است. با بزرگتر شدن فضای فیزیکی و افزایش چگالی بار کاری، طبیعتاً مصرف کلی آب نیز بیشتر خواهد شد؛ حتی اگر در زمینۀ بهبود بهره‌وری خنک‌سازی هوش مصنوعی، تمهیدات جدیدی به کار گرفته شود.

دستیابی به وضعیت «آب مثبت» نه‌تنها مستلزم صرفه‌جویی است، بلکه به جایگزین کردن آب مصرف‌شده هم بستگی دارد. خوشبختانه سرمایه‌گذاران توجه خود را بر روی این موضوع معطوف کرده‌اند. برخی اپراتورها به سمت اوراق قرضه و تأمین مالی پایدار برای دستیابی به این هدف روی آورده‌اند. همچنین شهرداری چندین شهر اعلام کرده‌اند که پیش از تأیید ساخت‌وسازهای جدید، ارزیابی تأثیرات این کار بر محیط زیست الزامی است.

نسل جدید تجهیزات خنک‌سازی هوش مصنوعی در دیتاسنترها

با توجه به اینکه هوش مصنوعی محدودیت‌های حرارتی سخت‌افزارهای محاسباتی را بیش از گذشته آشکار کرده است و مقامات محلی نیز استانداردهای مدیریت منابع را بالاتر برده‌اند، «آب» به یکی از ضروری‌ترین (و البته رقابتی‌ترین) ورودی‌های زیرساخت‌های دیجیتال تبدیل شده است.

جان مدینا می‌گوید که اپراتورها در حال سرمایه‌گذاری بر روی فناوری‌های خنک‌کننده هیبریدی هوش مصنوعی و پیشرفته هستند تا مصرف آب را بدون به خطر انداختن پایداری عملکرد دیتاسنتر کاهش دهند. اما او می‌گوید که این فناوری‌های جدید که بدون نیاز به آب عمل می‌کنند، سابقۀ اثبات‌شده‌ای ندارند و می‌توانند به کاهش طول عمر سخت‌افزارهای گران‌قیمت دیتاسنترها منجر شوند.

مدینا می‌افزاید: «در مجموع، آیندۀ این تحولات مثبت به‌نظر می‌رسد. تأخیرهایی که اخیراً در مدرن‌سازی زیرساخت دیتا سنترها رخ داده است، نشان‌دهندۀ وسواس بیشتر سرمایه‌گذاران و بها دادن آنها به دغدغه‌های ساکنین محلی است.

فارنی نیز در انتها یادآور می‌شود که وابستگی دیتاسنترهای جدید به شرایط آبی محلی، قطعاً رو به افزایش خواهد بود. در حال حاضر اکثر اپراتورها بر روی دسترسی به برق و ارتقای مقیاس‌پذیری دیتاسنتر متمرکز هستند. اما اگر منطقه‌ای که دیتاسنتر در آن واقع شده با محدودیت‌های آبی مواجه شود، مشکلاتی اساسی برای آنها ایجاد خواهد شد. به همین دلیل تیم‌های اختصاصی برای انتخاب مکان ساخت و مدیریت ظرفیت منابع تشکیل شده‌اند تا این چالش را مدیریت و در صورت لزوم نسبت به جایگزین کردن مکان دیتاسنترها اقدام کنند.