Ogromne centra danych potrafią pochłonąć energię elektryczną na miarę całego miasta, a do chłodzenia procesorów trenujących modele sztucznej inteligencji potrzebują milionów litrów wody dziennie, by zapobiec przegrzewaniu. Firma Nvidia przedstawiła jednak rozwiązanie, które na pierwszy rzut oka wydaje się niekonwencjonalne – zamierza chłodzić najpotężniejsze superkomputery na świecie za pomocą… gorącej wody. W tej, pozornie szalonej koncepcji, kryje się jednak głęboki sens technologiczny.
To innowacyjne podejście może umożliwić dalszy rozwój sztucznej inteligencji, jednocześnie znacząco ograniczając zużycie cennych zasobów słodkiej wody. Jeśli okaże się skuteczne w praktyce, może to oznaczać fundamentalną zmianę paradygmatu, która będzie miała wpływ na nas wszystkich.
Metoda chłodzenia Nvidii w szczegółach
Nvidia odchodzi od tradycyjnych metod chłodzenia powietrzem lub bardzo zimną wodą, wprowadzając system chłodzenia bezpośrednio na chipie (direct-to-chip liquid cooling). Polega on na montażu specjalnych, metalowych płyt chłodzących z wewnętrznymi kanałami na powierzchniach najbardziej narażonych na wysokie temperatury – procesorach i kartach graficznych. Przez te kanały przepływa płyn chłodzący, który natychmiast odbiera ciepło generowane przez układy scalone. W przeciwieństwie do starszych rozwiązań hybrydowych, gdzie niektóre komponenty wciąż były chłodzone powietrzem, Nvidia projektuje systemy, w których praktycznie wszystkie elementy emitujące ciepło są objęte obiegiem cieczy.
- Zobacz również: Serwerownie, susza i zimna kalkulacja. Polska przed trudnym testem
Temperatura płynu na wejściu do serwera sięgać może 45°C, a po odebraniu ciepła wzrasta do około 55°C. Płyn to mieszanka zawierająca około 75% wody i 25% glikolu propylenowego, co zapewnia optymalne właściwości przewodzenia ciepła oraz ochronę przed korozją i zamarzaniem. Odebrane ciepło nie jest marnowane w tradycyjny sposób. Zamiast tego trafia do zewnętrznych wymienników ciepła typu „dry cooler”, czyli dużych radiatorów, gdzie płyn oddaje ciepło do otaczającego powietrza bez konieczności jego parowania.
NVIDIA DSX Powers Gigawatt‑Scale AI Factories at Maximum Efficiency
Rozwiązanie to zostało zintegrowane z najnowszymi platformami Nvidii. Systemy oparte na architekturze Blackwell, takie jak GB200 NVL72, już korzystają z chłodzenia cieczą. Jeszcze dalej idzie generacja Rubin, w której Nvidia planuje wprowadzić pełne chłodzenie cieczą, eliminując wentylatory wewnątrz serwerów. Całość jest wspierana przez referencyjny projekt DSX, który stanowi kompleksowy zbiór wytycznych dotyczących projektowania, budowy i eksploatacji dużych fabryk sztucznej inteligencji, uwzględniający tę nowatorską technologię chłodzenia.
Tymczasem tradycyjne centra danych od lat należą do największych, choć często niedostrzeganych, konsumentów słodkiej wody na świecie. Przeciętne centrum danych może zużywać od 11 do 19 milionów litrów wody dziennie, co jest porównywalne z zapotrzebowaniem małego lub średniego miasta.
W ostatnich latach firmy takie jak Google, Microsoft czy Meta odnotowały znaczący wzrost zużycia wody w swoich centrach danych, często o kilkadziesiąt procent rok do roku. Prognozy wskazują, że do 2030 roku globalny ślad wodny centrów danych obsługujących sztuczną inteligencję może dorównać rocznemu zapotrzebowaniu na wodę ponad miliarda ludzi. Należy również uwzględnić wodę zużywaną pośrednio przy produkcji energii elektrycznej oraz przy wytwarzaniu samych układów scalonych.
Dlaczego ciepła woda jest bardziej efektywna energetycznie niż zimna
W tradycyjnych systemach chłodzenia centrów danych dominowało podejście wymagające stosowania bardzo zimnej wody lub powietrza do skutecznego odprowadzania ciepła z procesorów. Wymagało to wykorzystania energochłonnych agregatów chłodniczych (chillerów), które działają na zasadzie sprężania czynnika chłodniczego i generują wysokie zużycie energii elektrycznej. Nvidia odwraca tę logikę, podnosząc temperaturę płynu chłodzącego do 45°C na wejściu do serwera. Okazuje się, że wyższa temperatura płynu nie tylko nie przeszkadza w efektywnym chłodzeniu chipów, ale wręcz znacząco poprawia ogólną efektywność energetyczną całego obiektu.
- Dowiedz się więcej: Pływające centra danych dla infrastruktury AI? Pomysł budzi wątpliwości
Kluczowe są tutaj zasady termodynamiki. Im wyższa temperatura płynu na początku procesu, tym łatwiej jest oddać odebrane ciepło do otoczenia bez dodatkowej interwencji mechanicznej. Przy 45°C płyn może efektywnie oddawać ciepło do zwykłego powietrza atmosferycznego za pomocą suchych chłodnic. Eliminuje to lub znacząco ogranicza potrzebę pracy sprężarek, które są jednymi z największych konsumentów energii w tradycyjnych centrach danych i odpowiadają za znaczną część kosztów operacyjnych.
Dodatkową zaletą jest prosty efekt termodynamiczny związany z różnicą temperatur. Podniesienie zadanej temperatury w układzie chłodzenia o każdy stopień Celsjusza pozwala zaoszczędzić około 3 do 4% energii zużywanej na chłodzenie. W skali dużego centrum danych, gdzie moc chłodnicza sięga dziesiątek megawatów, takie oszczędności szybko przekładają się na znaczące kwoty.
Co więcej, w klasycznych rozwiązaniach chłodzenie pochłaniało nawet 30-40% całkowitego zużycia energii przez obiekt. Przejście na chłodzenie z wyższą temperaturą płynu pozwala znacząco obniżyć ten wskaźnik i skierować większą część dostępnej mocy bezpośrednio do zadań obliczeniowych, zamiast na walkę z ciepłem.
W praktyce oznacza to, że w wielu regionach świata centra danych wykorzystujące rozwiązania Nvidii mogą działać przez większość roku bez potrzeby używania chillerów. Wystarczą suche chłodnice, aby utrzymać odpowiednią temperaturę płynu, co czyni cały system prostszym, tańszym w eksploatacji i mniej podatnym na awarie. Ciepło odebrane z chipów nie jest marnowane, lecz może być w przyszłości odzyskane, na przykład do ogrzewania pobliskich budynków. W ten sposób wyższa temperatura płynu nie tylko redukuje zapotrzebowanie na energię, ale także otwiera drogę do bardziej zrównoważonego wykorzystania ciepła odpadowego.
Koniec z wentylatorami — więcej mocy, mniej hałasu i awarii
W klasycznych centrach danych wentylatory odgrywały kluczową rolę w odprowadzaniu ciepła, wymuszając przepływ dużych ilości powietrza przez serwery. Takie rozwiązanie wiąże się jednak z poważnymi wadami: wentylatory zużywają znaczną ilość energii elektrycznej, generują wysoki poziom hałasu (często przekraczający 85 dB) i wymuszają specyficzną organizację przestrzeni w serwerowni, tworząc tzw. zimne i gorące korytarze. Ogranicza to gęstość upakowania sprzętu i zwiększa powierzchnię zajmowaną przez infrastrukturę.
- Czytaj także: „AI napędzi czwartą rewolucję przemysłową”. Dan Ives z Wedbush Securities specjalnie dla BI
Nvidia w swoich najnowszych rozwiązaniach całkowicie rezygnuje z tego podejścia. Generacja Rubin planuje wprowadzenie stuprocentowego chłodzenia cieczą, eliminując wentylatory zarówno wewnątrz serwerów, jak i w wielu elementach infrastruktury pomocniczej. Zamiast przepływu powietrza, ciepło jest odbierane bezpośrednio przez płyn krążący w zimnych płytach zamontowanych na chipach. Płyn ten ma około 1000 razy lepszą zdolność przewodzenia i magazynowania ciepła niż powietrze. Pozwala to na odprowadzenie tej samej ilości ciepła przy znacznie mniejszej objętości medium i przy drastycznie niższym zużyciu energii.
Brak wentylatorów przynosi szereg istotnych korzyści praktycznych. Po pierwsze, więcej dostępnej mocy elektrycznej może zostać przeznaczone bezpośrednio na obliczenia, zamiast na napędzanie wentylatorów. Po drugie, serwery można instalować znacznie gęściej, eliminując potrzebę zachowania szerokich korytarzy powietrznych. W efekcie na tej samej powierzchni fizycznej można zmieścić większą moc obliczeniową, co jest kluczowe przy rosnącej gęstości mocy w szafach (nawet do 120-135 kW na szafę). Po trzecie, poziom hałasu w obiekcie znacząco spada, poprawiając warunki pracy personelu i zmniejszając wymagania dotyczące izolacji akustycznej budynku.
Dodatkowo, uproszczenie infrastruktury mechanicznej oznacza mniejszą liczbę ruchomych części, co przekłada się na niższą awaryjność i niższe koszty utrzymania. Zamiast skomplikowanych systemów wentylacji i precyzyjnej klimatyzacji, centrum danych może opierać się na prostszych obiegach cieczy i zewnętrznych suchych chłodnicach.
- Przeczytaj także: 650 mld dolarów to już za mało. „Wielka czwórka” zwiększa wydatki na centra danych
Cały obiekt staje się bardziej zwarty, łatwiejszy w projektowaniu oraz tańszy w budowie i eksploatacji. Usunięcie wentylatorów jest zatem elementem szerszej strategii, która pozwala centrum danych osiągać wyższą efektywność przy jednoczesnym zmniejszeniu jego śladu środowiskowego.
Zalety zamkniętych obiegów cieczy — woda pozostaje w systemie
W tradycyjnych systemach chłodzenia centrów danych woda często krąży w układach otwartych, gdzie część cieczy paruje, oddając ciepło do atmosfery. Ten proces parowania, kluczowy dla działania wież chłodniczych, jest jednocześnie głównym źródłem zużycia wody. Każdego roku miliony litrów wody znikają bezpowrotnie z obiegu i wymagają stałego uzupełniania. Nvidia całkowicie odchodzi od tego modelu, stosując wyłącznie zamknięte obiegi cieczy, w których płyn nie ma kontaktu z powietrzem i nie ulega parowaniu.
W zamkniętym układzie ten sam płyn chłodzący, czyli mieszanka wody z glikolem propylenowym, krąży przez cały okres eksploatacji centrum danych. Jest on napełniany jednorazowo podczas uruchamiania obiektu i pozostaje w systemie. Jedyny możliwy ubytek może wynikać z ewentualnych nieszczelności, które w dobrze zaprojektowanej instalacji są minimalne. Dzięki temu zużycie wody spada praktycznie do zera w normalnych warunkach pracy. W referencyjnym projekcie DSX, Nvidia deklaruje, że obiekt może funkcjonować bez uzupełniania wody przez większość czasu, a jedynie w skrajnych sytuacjach klimatycznych, trwających około jednego procenta roku, może być konieczne krótkotrwałe włączenie dodatkowych systemów.
Takie rozwiązanie niesie ze sobą szereg kluczowych korzyści. Po pierwsze, centrum danych przestaje konkurować z lokalnymi społecznościami i rolnictwem o ograniczone zasoby słodkiej wody. Po drugie, znika potrzeba ciągłego uzdatniania i uzupełniania wody, co obniża koszty operacyjne oraz minimalizuje ryzyko problemów związanych z jakością wody, takich jak osadzanie się kamienia czy rozwój mikroorganizmów. Po trzecie, zamknięty obieg jest znacznie bardziej przewidywalny i odporny na zmiany warunków zewnętrznych, ponieważ nie opiera się na parowaniu, które może być mniej efektywne w gorące dni.
W połączeniu z wyższą temperaturą płynu i eliminacją wentylatorów, zamknięty układ tworzy spójny system, w którym ciepło jest odbierane, transportowane i oddawane w sposób maksymalnie efektywny i oszczędny. Ciepło odpadowe może być w przyszłości łatwo odzyskane i wykorzystane, na przykład do ogrzewania budynków lub w procesach przemysłowych, zamiast być bezpowrotnie tracone wraz z parującą wodą. W ten sposób Nvidia nie tylko rozwiązuje problem zużycia wody, ale także transformuje centrum danych z dużego konsumenta zasobów w obiekt, który może stać się częścią bardziej zrównoważonego obiegu energetycznego i cieplnego.
Czy można pogodzić rozwój AI z ochroną ekologii i zasobów wody
Rozwiązanie proponowane przez Nvidię stanowi jeden z najbardziej obiecujących kroków w kierunku zrównoważonego rozwoju infrastruktury sztucznej inteligencji. Dzięki połączeniu wysokotemperaturowego chłodzenia cieczą, zamkniętych obiegów i eliminacji wentylatorów, firma osiąga drastyczną redukcję zarówno zużycia energii, jak i wody.
How AI Factories Maximize Tokens, Power, and Profit With NVIDIA DSX
W warunkach normalnej pracy obiekt może funkcjonować praktycznie bez poboru świeżej wody na cele chłodzenia, co bezpośrednio odpowiada na jeden z najpoważniejszych zarzutów stawianych centrom danych w erze AI. Jednocześnie niższe zapotrzebowanie na energię elektryczną do chłodzenia zmniejsza pośrednie zużycie wody w elektrowniach, tworząc efekt podwójnej korzyści środowiskowej.
- Czytaj także: To ciemna strona AI. 11 centrów danych będzie produkować potężne ilości CO2
W dłuższej perspektywie takie podejście pozwala na dalszy rozwój mocy obliczeniowej bez proporcjonalnego wzrostu presji na zasoby naturalne. Centra danych mogą być budowane w większej liczbie lokalizacji, również tych o ograniczonym dostępie do wody, ponieważ nie konkurują już z mieszkańcami czy rolnictwem o cenne zasoby. Wyższa efektywność energetyczna i wodna przekłada się również na niższe koszty operacyjne, co może przyspieszyć adopcję technologii przez operatorów i dostawców chmury. W ten sposób rozwój sztucznej inteligencji nie musi oznaczać automatycznego pogłębiania problemów środowiskowych.
Oczywiście rozwiązanie Nvidii nie jest całkowicie pozbawione ograniczeń. W bardzo gorących klimatach nadal może być konieczne okresowe wsparcie agregatów chłodniczych, choć tylko przez krótki czas w roku. Skuteczność suchych chłodnic zależy również od warunków atmosferycznych, a pełne korzyści pojawiają się dopiero przy masowym wdrożeniu nowej infrastruktury. Dodatkowo należy pamiętać, że produkcja sprzętu oraz wytwarzanie energii elektrycznej wciąż generują pewien ślad środowiskowy, niezależnie od sposobu chłodzenia serwerów. Mimo to, skala poprawy jest na tyle znacząca, że trudno ją porównać z jakimkolwiek wcześniejszym rozwiązaniem stosowanym w branży.
Wyniki Biznes Fakty:
Nowe metody chłodzenia zastosowane przez Nvidię mogą przynieść znaczące oszczędności dla operatorów centrów danych. Szacuje się, że dzięki eliminacji energochłonnych chillerów i redukcji zużycia wody, koszty operacyjne mogą spaść nawet o 20-30% w porównaniu do tradycyjnych rozwiązań. Dodatkowo, wyższa gęstość upakowania serwerów, wynikająca z braku potrzeby stosowania wentylatorów i korytarzy powietrznych, pozwoli na zwiększenie mocy obliczeniowej na tej samej powierzchni, co może oznaczać oszczędności rzędu kilkuset tysięcy do milionów złotych rocznie w przypadku dużych obiektów. Potencjalne odzyskiwanie ciepła odpadowego może również otworzyć nowe strumienie przychodów lub znacząco obniżyć koszty ogrzewania.
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś nasz artykuł do końca. Bądź na bieżąco! Obserwuj nas w Google.
Więcej informacji na : businessinsider.com.pl