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人工智能革命是否意味着“净零”数据中心的终结?

9月 27, 2023

James Rix

数据中心项目总监和全球负责人

数据中心是现代生活的基本组成部分。现在,人们的工作和生活离不开网络,而数据中心作为基础,可以提供给人们随时随地访问应用程序和数据的能力

尽管数据中心作为数字时代的基本设施很重要,但当我告诉大家我就是在这个行业时,它有时更像是话题的终结者,而不是打开者。但是,最近我发现大家开始更多地谈论起数据中心,并且有自己的看法。

Person on phone, near the top of the article where we're talking about how people need to be connected

很多讨论都围绕数据中心对环境的影响。可以肯定地说,当涉及到气候危机时,数据中心吸引了大量的关注,且没有好口碑——因为它们过于能“吃”能“喝”。

“吃”代表着数据中心的“能源消耗”。虽然不容易量化,但专家估计数据中心所消耗的电力约占全球总发电量的1%。这听起来虽然不太夸张,但想想除了这1%的电力,其它99%的电力能够驱动的那些数百万其他事物,这会使得数据中心看起来对于能源很“贪婪”。

我们还需考虑能源的来源——是不清洁的化石燃料还是清洁的可再生能源?我稍后会详细介绍。

“喝”也是一个热门话题——数据中心需要大量的水进行降温。同样,考虑到数据中心规模的差异,这里很难给出确切的水用量,但基本共识是一个普通的数据中心每天使用大约1万吨至2万吨的水,水源通常来自当地,而该水源还要供给附近的社区。

综合考虑温室气体排放、热浪费和老旧设备的处理,公众舆论认为数据中心是不受欢迎的设施,就一点也不奇怪了。

由于人工智能的日益普及,我们对于数据中心的需求也在增加,这也使数据中心有了更多的碳足迹。

人工智能的计算强度明显高于那些较为传统的应用程序。每次我们使用诸如ChatGPT或Bard之类的生成式人工智能应用程序时,它所消耗的能量是搜索引擎上标准搜索查询的大约50-100倍。训练一个大型语言模型需要密集的资源,用到多达1287兆瓦时的电力,产生超过500吨的碳。

日益复杂的算法和计算、增加的数据存储和访问以及部署更强大的图形处理单元(GPU)和张量处理单元(TPU)等,都需要更多的能量,也导致了对更多电力的需求。

如果在人工智能革命之前,“净零”数据中心是难以实现的,那么现在这仍是不可能的吗?

我们能让数据中心变得环保吗?

多年来,包括谷歌和微软等巨头在内的公司都致力于减少数据中心对环境的影响,微软的Natick项目正在探索在海底部署数据中心的影响,谷歌则承诺到2030年实现对水的积极利用。

Reservoir - where we mention water sources

但是抛开这些“大动作”,我们现在能做点什么吗?

可以的。

技术革新使巨大的创新和进步正在硬件和软件领域频繁出现。这十分重要,将导致服务器变得更加高效、能够更好地节约电力(包括对非关键应用程序的“睡眠”状态进行更智能的管理)、以及更大的韧性和稳定性,从而消除对污染严重的备用发电机的需求。

技术革新带来的进步意味着设备更新迭代,行业需要更聪明地回收其陈旧或冗余的硬件,考虑到其中保存的敏感数据,这通常是具有挑战性的。

数据中心的设计在减少碳排放方面也起着至关重要的作用,这受到内部、外部以及数据中心选址的影响。本文将不深入讨论选址(你可以在这里读到更多),对于选址和建造,我们应该使用可持续材料、采取循环的方法,并确保获得充足的清洁能源和水。据说有些设施在缺水的地方运行,你可以想象经常缺水的居民和野生动物对此的感受。

数据中心要实现净零排放,可再生的清洁能源是最重要因素。如果能持续可靠地从电网中获取电力,这很好。但未来,数据中心可能拥有自己独立的离网电力,以确保纯绿色电力,减轻对附近社区供电的任何不利影响。

一些数据中心已经迈出了大胆的一步,使用燃料电池为设施供电。理想情况下,这些电池应该是氢动力的,但是“绿色氢”还不能大规模使用。气体动力燃料电池是可以的,根据使用气体类型的不同,有助于减少温室气体、氮氧化物排放和噪音污染等,这正是市中心或住宅区周围的解决方案。

离网发电系统对行业的另一个好处是“快”——它是一个更快的解决方案,有助于快速走向市场。将数据中心与电网对接需要时间,而这个行业似乎没有那么多耐心。

当谈到为数据中心降温时,我们需要挑战共识——冷却空气是最好的解决方案吗?或者历史会成为未来?

在大型机和超级计算机(如IBM System 360)的早期,液体冷却很流行,但在随后的几十年里逐渐被淘汰。然而,在过去的几年里,通过单相和两相浸入式冷却、冷板冷却和后门冷却器,各种形式的冷却方式又逐渐被提起。

所有这些方法都可达成高达98%的热量回收,燃料电池的回收热量产生了更高质量的热量,可以重新利用。

这些原先被浪费的热量可以被重新利用——为泳池加热、支持城市农业、加入区域供热系统等,并在能量转换之前烘干生物质。值得注意的是,与所有行业一样,需要谨慎确保浸入式介质流体不含有任何PFAS(永久)化学物质,这些化学物质可能会污染当地的水和地面。

无论是否有人工智能所制造的压力,这个行业都可以采取一些措施来创建“净零”数据中心,这是我个人非常热衷的事情。

我们正在与一个志同道合的客户合作,设计一个200MW的大型设施,完全绕过公用电网。在这里,我们有能力构建一个微电网,并通过吸收式冷却器、利用燃料电池的废热产生冷却水,以补充冷却需求。

该设计还进一步减少了排放,利用燃料电池的副产品水和二氧化碳来帮助种植农产品,这些农产品将出售给周边社区。建成后,这个数据中心将接近净零排放。

在未来,人工智能也许不是压垮骆驼的最后一根稻草,而是一把钥匙,将开启更多潜在的净零数据中心解决方案。无论是优化管理软件的代码、支持地方当局对基础设施进行更聪明和更好的投资(甚至比我做得更好),还是设计终极的最佳净零数据中心。为了地球,我想说:“加油!”

作者

James Rix

数据中心项目总监和全球负责人