ИИ использует воду: охлаждение и энергия
Вопрос о том, почему искусственный интеллект (ИИ) потребляет воду, на первый взгляд может показаться удивительным, поскольку ИИ воспринимается как чистое программное обеспечение. Однако за кажущимися нематериальными процессами скрывается обширная физическая инфраструктура. ИИ не «пьет» воду в прямом смысле. Потребление воды в основном связано с охлаждением серверов в центрах обработки данных, выработкой электроэнергии и производством оборудования, на котором работают приложения ИИ.
Источник: Собственное представление
ИИ и потребление воды
Когда речь заходит об ИИ и потреблении воды, почти всегда подразумеваются центры обработки данных. Эти огромные залы, полные серверов, потребляют особенно много энергии при работе ИИ и, соответственно, выделяют много тепла. Это тепло должно надежно отводиться, чтобы избежать перегрева чипов и отказов оборудования. (Источник)
Вода используется в двух основных формах: непосредственно на месте в качестве охлаждающей воды (Scope 1) и косвенно через энергосистему (Scope 2). Многие электростанции нуждаются в воде для охлаждения и производства пара. Третий, часто упускаемый из виду аспект — это потребление воды в цепочке поставок, особенно при производстве чипов и серверов (Scope 3). (Источник)
Многие центры обработки данных используют системы охлаждения, которые испаряют воду, поскольку испарение очень эффективно отводит тепло. Распространен принцип градирни, при котором часть воды испаряется и уносит тепло наружу. Остальная вода остается в цикле, но требует регулярной замены. Важно различать «Withdrawal» (общее водозабор) и «Consumption» (испаренный объем). На практике, при хорошем качестве воды, большая часть забранной воды испаряется, часто около 80%. (Источник)
Конкретное потребление воды сильно зависит от погоды, местоположения и режима эксплуатации. По оценкам, испарение воды в центрах обработки данных составляет от 1 до 9 литров на кВт·ч серверной энергии. В жаркие дни потребность возрастает, поскольку для одинаковой охлаждающей мощности требуется больше воды. (Источник) Местные примеры показывают, что потребление воды отдельными крупными центрами обработки данных может достигать масштабов муниципальных потребителей, как, например, объект в Каунсил-Блаффс, Айова, с потреблением 1,3 миллиарда галлонов питьевой воды в 2024 году. (Источник)
Отраслевые и политики отчеты подтверждают, что крупные объекты в крайних случаях могут требовать несколько миллионов галлонов воды в день. Для сопоставления потребления воды операторы используют такие показатели, как «Water Usage Effectiveness (WUE)», который соотношение потребления воды к IT-энергии. (Источник)
Источник: bblloobb.com
Водный цикл в центрах обработки данных: вода используется для охлаждения и теряется при испарении.
Контекст и предпосылки
Вода становится предметом споров, когда центры обработки данных растут в регионах с дефицитом воды или когда новые проекты приукрашивают ее потребность. Регулирующие органы все чаще включают этот вопрос в процедуры выдачи разрешений, как показывает случай в Чили, где суд потребовал более строгих экологических экспертиз для планируемого центра обработки данных Google, в том числе из-за вопросов водоснабжения в засушливом регионе. (Источник) Международные аналитические данные свидетельствуют о том, что расширение центров обработки данных ИИ часто происходит в регионах с уже высокой конкуренцией за водные ресурсы. (Источник)
Даже если центр обработки данных на месте испаряет мало воды, косвенная доля через энергосистему остается значительной. Тепловые электростанции нуждаются в воде для охлаждения, и эта потребность зависит от типа электростанции и метода охлаждения. (Источник) Геологическая служба США публикует данные и отчеты о водозаборе и водопотреблении термоэлектростанций в США. Важным выводом является то, что решения по охлаждению могут лишь «перемещать» воду. Системы сухого охлаждения часто экономят воду на месте, но часто увеличивают потребление электроэнергии, что может увеличить косвенный водный след в сети. (Источник)
Еще один аспект — это потребление воды в цепочке поставок оборудования. Производство чипов чрезвычайно водоемко, поскольку пластины промываются и обрабатываются ультрачистой водой (UPW) на многих этапах процесса. Для производства интегральных схем на 300-мм пластине требуется около 2200 галлонов воды, из которых около 1500 галлонов — ультрачистая вода. (Источник) Эту часть легко упустить из виду, так как она не видна непосредственно в центре обработки данных, но она является частью полного водного следа оборудования ИИ. (Источник)
Источник: user-added
Прогнозируемое мировое потребление воды ИИ в 2027 году, которое иллюстрирует масштабы проблемы.
Подходы и вызовы
Часть ответа заключается в выборе местоположения и климатическом профиле, поскольку охлаждение в жару требует больше воды или больше электроэнергии. (Источник) Технически многое смещается в сторону жидкостного охлаждения и замкнутых контуров, поскольку стойки ИИ достигают высоких плотностей мощности, и воздушное охлаждение достигает своих пределов. (Источник) Водяное охлаждение может быть энергоэффективным, а альтернативы, такие как иммерсионное охлаждение с неводными жидкостями, могут избежать испарения воды. (Источник)
Источник: interestingengineering.com
ИИ также может быть ценным инструментом для оптимизации и управления водными ресурсами.
Крупные технологические компании решают эту проблему с помощью целей и программ по восполнению. Microsoft поставила задачу стать «water positive» к 2030 году, то есть вернуть больше воды, чем потребляет. (Источник) Google проводит аналогичную стратегию с целью восполнения 120% потребления к 2030 году. (Источник) AWS и Meta также поставили цель «water positive by 2030» и публично сообщают о прогрессе. (Источник) (Источник)
Однако эти обязательства автоматически не решают основную проблему, ощущаемую сообществами: вода становится дефицитной там, где она забирается и испаряется. Многие эксперты поэтому требуют большей прозрачности в отношении прямого и косвенного использования воды. (Источник)
Таким образом, можно сказать, что ИИ не «пьет» воду напрямую, а потребление воды возникает из-за тепловыделения вычислительной мощности, охлаждения инфраструктуры и водоемких процессов в энергосистеме и цепочке поставок. Станет ли это проблемой, сильно зависит от контекста: используемой технологии охлаждения, энергосистемы и, прежде всего, местного дефицита воды в месте расположения. В конечном счете, вопрос в том, сколько цифрового комфорта можно разместить в физической системе, которая в жаркие дни не может поставить воду быстрее, чем позволяет окружающая среда. (Источник)