چگونه مراکز داده را کمتر گرسنه کنیم؟

مراکز داده به شدت حریص هستند. محققان آزمایشگاه ملی لارنس برکلی دریافتند که در سال ۲۰۲۳، تأسیسات حدود ۱۷ میلیارد گالن آب برای عملیات خود تنها در ایالات متحده استفاده کردند. اما این تنها بخش کوچکی از تصویر است: سهم بسیار بسیار بیشتر از ظرفیت آب مرکز داده محصول جانبی غیرمستقیم انرژی عظیم این تأسیسات است. این به این دلیل است که اکثر نیروگاه ها برای کار به مقادیر زیادی آب نیاز دارند. این مصرف غیرمستقیم آب خارج از محل در گزارش آزمایشگاه برکلی در سال ۲۰۲۳ بالغ بر ۲۱۱ میلیارد گالن بود – بیش از ۱۰ برابر استفاده مستقیم در محل. از آنجایی که سیلیکون ولی به سرمایه گذاری صدها میلیارد دلاری برای هوش مصنوعی ادامه می دهد و تقاضا برای مراکز داده افزایش می یابد، این نیاز به آب تنها به موازات آن افزایش خواهد یافت.

با این حال، تحقیقات جدید دانشگاه کرنل نشان می دهد که راهی برای تعدیل هر دو آب و هوا وجود دارد و ردپای آب این تاسیسات: آنها را در مکان هایی با انرژی باد و خورشید زیاد بسازید. Fengqi Yu، پروفسور مهندسی سیستم های انرژی در کرنل و یکی از نویسندگان مطالعه جدید می گوید: «موقعیت مکانی واقعاً مهم است. جایی که شرکت‌ها مراکز داده خود را قرار می‌دهند، می‌توانند ردپای محیطی ترکیبی خود را تا ۱۰۰ تغییر دهند.

مراکز داده در فرآیند کار خود از آب به عنوان مایع خنک کننده استفاده می کنند. سرورهای پر انرژی گرمای قابل توجهی تولید می کنند و آب از طریق سیستم های خنک کننده به گردش در می آید تا از گرمای بیش از حد و آسیب تجهیزات جلوگیری کند. اما مقادیر قابل توجهی آب نیز به صورت غیرمستقیم از طریق تولید برق برای بهره برداری از تاسیسات استفاده می شود. نیروگاه های حرارتی، چه از زغال سنگ، گاز یا مواد هسته ای استفاده کنند، از این سوخت برای تولید گرما استفاده می کنند که آب را به بخار تبدیل می کند و سپس برای تبدیل توربین و تولید برق استفاده می شود. و از آنجایی که نیروگاه های برق آبی به طور معمول مقادیر زیادی آب را در مخازن پشت سدها ذخیره می کنند، در آنجا نیز با تبخیر مداوم آب از سطح مخازن، آب از دست می رود.

بر اساس تحقیقات جدید کرنل، به طور کلی، مصرف آب در طول تولید برق ممکن است بیش از ۷۰ درصد از کل مصرف آب مرکز داده را تشکیل دهد. یو گفت: “به همین دلیل ترکیب شبکه های برق بسیار مهم است.”

شما و همکارانش استفاده از انرژی و آب مراکز داده را در سراسر کشور مطالعه کردید تا در آن سرمایه‌گذاری‌های آتی برای کاهش اثرات زیست‌محیطی انجام شود. این مطالعه نشان می‌دهد که رونق مرکز داده، که به دلیل سطوح سرسام‌آور سرمایه‌گذاری در هوش مصنوعی ایجاد می‌شود، بعید است به این زودی‌ها کند شود. در برابر این پس زمینه، سوالی که این مطالعه مطرح می کند این است: در کجای کشور پایدارترین مکان از نظر زیست محیطی برای ساخت مرکز داده وجود دارد؟

محققان مصرف مستقیم و غیرمستقیم انرژی و آب ناشی از ساخت یک مرکز داده در یک مکان خاص را مورد بررسی قرار دادند. امیدوار کننده ترین منطقه ای که آنها شناسایی کردند ممکن است مورد توجه قرار گیرد: تگزاس غربی که استخوان خشک شده است. اما از آنجایی که این منطقه کم جمعیت است، دارای آب های زیرزمینی است که می تواند به عنوان خنک کننده استفاده شود، و نیروی باد کافی تولید می کند، بالاترین امتیاز را هم از نظر انرژی و هم از نظر تنش آبی کسب کرده است. بر اساس این مطالعه، در واقع، ردپای آب متصل به شبکه در غرب تگزاس، به لطف مقدار زیادی نیروی باد تولید شده، در میان کمترین میزان در کشور است.

یو گفت: «از منظر بهره وری انرژی و آب، ایالت هایی که به اندازه کافی انرژی های تجدیدپذیر خشک دارند بهترین انتخاب خواهند بود.

برعکس، بیشتر بخش‌های شمال غربی اقیانوس آرام به دلیل وابستگی منطقه به برق آبی، وضعیت خوبی نداشتند. اگرچه هزینه برق در این منطقه پایین است، اما اتلاف آب از طریق تولید برق به این معنی است که ساخت مراکز داده بیشتر احتمالاً ردپای آب قابل توجهی بیشتری نسبت به سایر نقاط کشور خواهد داشت.

مطالعه دیگری که اخیرا توسط محققان دانشگاه پردو انجام شده است به نتیجه مشابهی رسیده است. آنها در دسترس بودن آب در سراسر کشور را بررسی کردند و چگونگی تغییر آن در طول زمان را ترسیم کردند، به خصوص که تغییرات آب و هوایی برخی مناطق را گرمتر و خشک تر می کند. محققان همچنین تأثیر آب مراکز داده موجود گوگل را بررسی کردند و دریافتند که بیشتر آنها در مناطقی با تنش کم آبی قرار دارند.

یی دینگ، یکی از نویسندگان مقاله و استاد مهندسی برق و کامپیوتر در پوردو، می‌گوید: «شرکت‌ها در تصمیم‌گیری‌های خود کاملاً محیط را در نظر می‌گیرند – نه فقط عامل اقتصادی». ما به این نتیجه رسیدیم که گوگل استرس آب را تا حدودی در نظر گرفته است زیرا اکثر مراکز داده را در مناطق کم استرس قرار داده است.

تگزاس اکنون بیش از ۴۰۰ مرکز داده در این ایالت دارد که تنها پس از ویرجینیا در رتبه دوم قرار دارد. زیرساخت شبکه ایالت، پتانسیل منابع انرژی تجدیدپذیر و در دسترس بودن زمین ارزان آن را به پیشنهادی جذاب برای شرکت های فناوری تبدیل کرده است. اما ایالت های دیگری که توسط مطالعه کورنل به عنوان دارای ردپای کوچک زیست محیطی شناخته شده اند – نبراسکا، داکوتای جنوبی و مونتانا – تنها حدود ۷۰ مرکز داده در مجموع از حداقل ۴۲۰۰ مرکز داده در سطح ملی دارند. به این دلیل که تعدادی از عوامل دیگر، مانند محیط سیاسی و ملاحظات زیرساختی، شرکت ها را از ایجاد امکانات جدید در آنجا باز می دارد. وی گفت، اما اگر این کشورها سیاست های خود را به سمت جذب مراکز داده تغییر دهند، می تواند تفاوت ایجاد کند.