الذكاء الاصطناعي يستخدم الماء: التبريد والطاقة
قد تبدو مسألة سبب استهلاك الذكاء الاصطناعي (AI) للمياه مفاجئة للوهلة الأولى، حيث يُنظر إلى الذكاء الاصطناعي على أنه برنامج بحت. لكن وراء العمليات التي تبدو غير مادية، توجد بنية تحتية مادية واسعة النطاق. الذكاء الاصطناعي لا "يشرب" الماء بالمعنى المباشر. ينشأ استهلاك المياه بشكل أساسي من تبريد الخوادم في مراكز البيانات، وتوفير الكهرباء، وتصنيع الأجهزة التي تعمل عليها تطبيقات الذكاء الاصطناعي.
المصدر: تصوير خاص
الذكاء الاصطناعي واستهلاك المياه
عند الحديث عن الذكاء الاصطناعي واستهلاك المياه، يُقصد دائماً مراكز البيانات تقريباً. هذه القاعات الضخمة المليئة بالخوادم تستهلك الكثير من الطاقة مع أعباء عمل الذكاء الاصطناعي، وتطلق كمية مماثلة من الحرارة. يجب تبديد هذه الحرارة المتولدة بشكل موثوق لتجنب ارتفاع درجة حرارة الرقائق وفشل الأجهزة. (مصدر)
يُستخدم الماء هنا في شكلين رئيسيين: مباشرة في الموقع كمياه تبريد (النطاق 1) وبشكل غير مباشر عبر مزيج الطاقة (النطاق 2). تتطلب العديد من محطات الطاقة مياه للتبريد وتوليد البخار. المسار الثالث، الذي غالباً ما يتم تجاهله، هو استهلاك المياه في سلسلة التوريد، خاصة في تصنيع الشرائح والخوادم (النطاق 3). (مصدر)
تستخدم العديد من مراكز البيانات أنظمة تبريد تسمح بتبخير الماء، لأن التبخير يشتت الحرارة بكفاءة عالية. المبدأ الشائع هو برج التبريد، حيث يتبخر جزء من الماء وينقل الحرارة إلى الخارج. يبقى باقي الماء في الدورة، ولكن يجب استبداله بانتظام. هنا، التمييز بين "السحب" (إجمالي سحب المياه) و "الاستهلاك" (الجزء المتبخر) مهم. في الممارسة العملية، مع جودة مياه جيدة، يتبخر جزء كبير من السحب، غالباً حوالي 80٪. (مصدر)
يعتمد استهلاك المياه الفعلي بشكل كبير على الطقس والموقع وطريقة التشغيل. تقدر معدلات التبخر في مراكز البيانات بين 1 و 9 لترات لكل كيلوواط/ساعة من طاقة الخادم. في الأيام الحارة، يزداد الطلب، حيث يتطلب المزيد من المياه لنفس قدرة التبريد. (مصدر) تظهر الأمثلة المحلية أن استهلاك المياه لمراكز بيانات فردية كبيرة قد يصل إلى حجم الاستهلاك البلدي، مثل موقع Council Bluffs في ولاية Iowa الذي استهلك 1.3 مليار جالون من المياه الصالحة للشرب في عام 2024. (مصدر)
تؤكد تقارير الصناعة والسياسات أن المنشآت الكبيرة يمكن أن تحتاج في أقصى الحالات إلى عدة ملايين من الجالونات من المياه يومياً. لجعل استهلاك المياه قابلة للمقارنة، يستخدم المشغلون مقاييس مثل "فعالية استخدام المياه (WUE)"، التي تربط استهلاك المياه بطاقة تكنولوجيا المعلومات. (مصدر)
المصدر: bblloobb.com
دورة المياه في مراكز البيانات: يُستخدم الماء للتبريد ويُفقد بالتبخير.
خلفية وسياق
يصبح الماء نقطة خلاف عندما تنمو مراكز البيانات في مناطق تعاني من ندرة المياه أو عندما تقلل المشاريع الجديدة من الحاجة. تقوم السلطات بشكل متزايد بإدراج هذا الموضوع في إجراءات الترخيص، كما يوضح الحال في تشيلي، حيث طالب قاضٍ بإجراءات بيئية أكثر صرامة لمركز بيانات Google مخطط له، وذلك لأسباب تتعلق بالمياه في منطقة تعاني من الجفاف، من بين أمور أخرى. (مصدر) تصف التحليلات الدولية أن توسع مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي غالباً ما يحدث في مناطق تشهد بالفعل منافسة شديدة على المياه. (مصدر)
حتى لو كان مركز البيانات يتبخر القليل من المياه في الموقع، فإن الجزء غير المباشر عبر مزيج الطاقة يظل ذا صلة. تتطلب محطات الطاقة الحرارية مياه للتبريد، ويعتمد هذا الطلب على نوع المحطة وطريقة التبريد. (مصدر) ينشر المسح الجيولوجي الأمريكي بيانات وتقارير عن سحب واستهلاك المياه لتوليد الطاقة الحرارية في الولايات المتحدة. إحدى النتائج الرئيسية هي أن قرارات التبريد يمكن أن "تنقل" المياه فقط. أنظمة التبريد الجاف عادة ما توفر مياه الموقع، ولكنها غالباً ما تزيد من الحاجة إلى الكهرباء، مما قد يزيد من البصمة المائية غير المباشرة في الشبكة. (مصدر)
جانب آخر هو استهلاك المياه في سلسلة توريد الأجهزة. تصنيع الرقائق كثيف الاستهلاك للمياه للغاية، حيث يتم غسل الرقاقات (wafers) في العديد من خطوات العملية ومعالجتها بمياه فائقة النقاء (UPW). لإنتاج الدوائر المتكاملة على رقاقة 300 مم، يلزم حوالي 2200 جالون من الماء، منها حوالي 1500 جالون من المياه فائقة النقاء. (مصدر) من السهل تجاهل هذا الجزء لأنه لا يظهر بشكل مباشر في مركز البيانات، ولكنه جزء من البصمة المائية الكاملة لأجهزة الذكاء الاصطناعي. (مصدر)
المصدر: user-added
استهلاك المياه العالمي المتوقع للذكاء الاصطناعي في عام 2027، مما يوضح حجم المشكلة.
حلول وتحديات
جزء من الإجابة يكمن في اختيار الموقع والملف المناخي، حيث يتطلب التبريد في الطقس الحار المزيد من المياه أو المزيد من الكهرباء. (مصدر) من الناحية التقنية، يتجه الكثير نحو التبريد السائل والدورات المغلقة، حيث تحقق رفوف الذكاء الاصطناعي كثافات طاقة عالية وتصل تبريدات الهواء إلى حدودها. (مصدر) يمكن أن يكون التبريد المعتمد على الماء فعالاً من حيث استهلاك الطاقة، وبدائل مثل التبريد بالغمر بسوائل غير مائية يمكن أن تتجنب تبخير الماء. (مصدر)
المصدر: interestingengineering.com
يمكن للذكاء الاصطناعي أيضاً أن يكون أداة قيمة لتحسين وإدارة موارد المياه.
تعالج شركات التكنولوجيا الكبرى هذه القضية من خلال الأهداف وبرامج التجديد. حددت Microsoft هدفاً لتكون "إيجابية مائياً" بحلول عام 2030، أي إعادة المزيد من المياه مما تستهلكه. (مصدر) تتبع Google استراتيجية مماثلة بهدف تجديد 120٪ من الاستهلاك بحلول عام 2030. (مصدر) حددت AWS و Meta أيضاً هدف "إيجابية مائياً بحلول عام 2030" ويبلغان علناً عن التقدم المحرز. (مصدر) (مصدر)
مع ذلك، فإن هذه الالتزامات لا تحل تلقائياً المشكلة الأساسية التي تشعر بها المجتمعات: يصبح الماء نادراً في الأماكن التي يتم فيها سحبه وتبخيره. لذلك، يطالب العديد من الخبراء بمزيد من الشفافية حول الاستخدام المباشر وغير المباشر للمياه. (مصدر)
خلاصة القول، لا "يشرب" الذكاء الاصطناعي الماء مباشرة، بل ينشأ استهلاك الماء من الحرارة المتولدة عن قوة الحوسبة، وتبريد البنية التحتية، والعمليات كثيفة الاستهلاك للمياه في سلسلة الطاقة وسلسلة التوريد. ما إذا كان هذا سيصبح مشكلة يعتمد بشدة على السياق: تقنية التبريد المستخدمة، ومزيج الطاقة، وقبل كل شيء، الإجهاد المائي المحلي في الموقع. في نهاية المطاف، السؤال هو: ما مدى الراحة الرقمية التي يمكن أن تتناسب مع نظام مادي لا يمكنه توفير المياه بسرعة أكبر في الأيام الحارة مما توفره البيئة المحيطة. (مصدر)