Πως κατασκευάζεται ένα “πράσινο” Data Center

Η ταχεία ανάπτυξη της τεχνητής νοημοσύνης αυξάνει σημαντικά τις απαιτήσεις σε υπολογιστική ισχύ, γεγονός που οδηγεί σε νέα γενιά data centers με πολύ μεγαλύτερες ενεργειακές ανάγκες και υψηλότερες πυκνότητες υπολογιστικού φορτίου.

Την ίδια στιγμή, ο κλάδος βρίσκεται αντιμέτωπος με δύο κρίσιμες προκλήσεις: την πρόσβαση σε επαρκή ηλεκτρική ενέργεια και την ανάγκη να περιοριστεί το περιβαλλοντικό αποτύπωμα των νέων εγκαταστάσεων.

Η απάντηση έρχεται μέσα από έναν συνδυασμό τεχνολογικών αλλαγών στην ψύξη, την ηλεκτροδότηση, την αποθήκευση ενέργειας και την κατασκευή.

Τα data centers φέρνουν τη δική τους ενέργεια

Η ταχύτητα με την οποία αυξάνεται η ζήτηση για data centers έχει δημιουργήσει νέα δεδομένα και στην αγορά ηλεκτρικής ενέργειας. Οι επιχειρήσεις του κλάδου δεν περιορίζονται πλέον στην αναζήτηση διαθέσιμης ισχύος από τα δίκτυα. Σε αρκετές περιπτώσεις, οι developers data centers φέρνουν τη δική τους ενεργειακή υποδομή, είτε εγκαθιστώντας παραγωγή ενέργειας στην ίδια την εγκατάσταση είτε σε άμεση γειτνίαση.

Η τάση αυτή συνδέεται και με τους χρόνους που απαιτούνται για την ανάπτυξη νέας ισχύος από τις επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας, καθώς οι ρυθμιστικές διαδικασίες και οι ουρές σύνδεσης μπορούν να καθυστερήσουν την προσθήκη νέας δυναμικότητας.

Παράλληλα, τα data centers αποτελούν σημαντικό παράγοντα χρηματοδότησης της ανάπτυξης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Η σύνδεση γίνεται μέσω συμφωνιών αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας (PPAs), virtual PPAs και renewable energy credits.

Έτσι, η σχέση μεταξύ data centers και ενέργειας γίνεται περισσότερο σύνθετη: οι εγκαταστάσεις αυξάνουν τη ζήτηση ηλεκτρισμού, αλλά ταυτόχρονα μπορούν να λειτουργούν ως καταλύτης για νέες επενδύσεις σε αιολική και ηλιακή ενέργεια.

Οι αλλαγές στην ψύξη

Μία από τις σημαντικότερες τεχνολογικές αλλαγές αφορά Sτην ψύξη. Στα παραδοσιακά data centers, η ψύξη μπορούσε να αντιστοιχεί έως και στο 40% του λειτουργικού κόστους. Για δεκαετίες, η βασική λύση ήταν η αερόψυξη. Η άνοδος όμως της υπολογιστικής ισχύος που απαιτεί η τεχνητή νοημοσύνη αλλάζει τα δεδομένα.

Η νέα γενιά servers στρέφεται στο liquid cooling, και ειδικότερα στο direct-to-chip liquid cooling. Σύμφωνα με ανθρώπους της αγοράς, η τεχνολογία μπορεί να μειώσει το κόστος ψύξης και την κατανάλωση ενέργειας κατά 30% έως 60% σε σχέση με διαμορφώσεις που βασίζονται στην αερόψυξη.

Η χρήση υγρού αντί αέρα για την απομάκρυνση της θερμότητας παρουσιάζεται ως περίπου 3.000 φορές πιο αποδοτική, ενώ στα κλειστά συστήματα κυκλοφορίας περιορίζεται σημαντικά και η ανάγκη κατανάλωσης νερού.

Οι GPU διαμορφώνουν τον σχεδιασμό

Η μετάβαση στη liquid cooling δεν είναι τυχαία. Συνδέεται άμεσα με τη νέα γενιά επιταχυνόμενων servers που χρησιμοποιούνται για AI workloads.

Οι νεότεροι GPU-based accelerated compute servers σχεδιάζονται εξαρχής για υδρόψυξη, με συνδέσεις για την είσοδο ψυχρού υγρού και την έξοδο θερμότερου.

Παράλληλα, μπορούν να λειτουργούν σε πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες. Η δυνατότητα λειτουργίας στους 45 βαθμούς Κελσίου επιτρέπει την αποβολή θερμότητας με μικρότερη ενεργειακή επιβάρυνση.

Αυτό δημιουργεί περιθώριο για τη χρήση free cooling σε πολλές κλιματικές συνθήκες, με dry coolers να αναλαμβάνουν την απόρριψη της θερμότητας.

Το αποτέλεσμα είναι ένας νέος σχεδιασμός στον οποίο η ψύξη δεν αντιμετωπίζεται ως βοηθητικό σύστημα του data center, αλλά ως κεντρικό κομμάτι της ενεργειακής του απόδοσης.

Το επόμενο βήμα στην ηλεκτροδότηση των AI clusters

Η αλλαγή δεν περιορίζεται στην ψύξη. Η επόμενη γενιά υπολογιστικών συστημάτων, που αναμένεται από το 2027, σχεδιάζεται με διαφορετική αρχιτεκτονική τροφοδοσίας. Σύμφωνα με το υλικό, τα power supplies θα αποσυνδέονται από τους ίδιους τους servers και θα συγκεντρώνονται σε ξεχωριστές σειρές δίπλα στα AI server clusters.

Τα νέα συστήματα θα λειτουργούν με 800 volts DC, επιτρέποντας διαφορετική προσέγγιση στην παροχή ισχύος στους servers.

Η λογική είναι να διαχωριστούν η υπολογιστική ισχύς και τα συστήματα τροφοδοσίας, ώστε να καταστεί δυνατή η μεγαλύτερη συγκέντρωση υπολογιστικών συστημάτων σε μικρότερο χώρο.

Στο ίδιο πλαίσιο αναμένεται η χρήση τεχνολογιών όπως οι solid-state transformers (SSTs) και οι DC breakers, οι οποίες μπορούν να περιορίσουν τις μετατροπές τάσης που απαιτούνται μέχρι την τροφοδοσία των servers.

Τα data centers μετατρέπονται σε «μπαταρίες» του δικτύου

Μία από τις πιο ενδιαφέρουσες εξελίξεις αφορά στην αποθήκευση ενέργειας. Παραδοσιακά, τα data centers χρησιμοποιούσαν UPS systems που μπορούσαν να προσφέρουν μόλις λίγα λεπτά εφεδρικής ισχύος και στη συνέχεια ενεργοποιούσαν γεννήτριες, συνήθως diesel, για μεγαλύτερες διακοπές.

Η νέα αρχιτεκτονική προσθέτει ένα ενδιάμεσο επίπεδο: battery energy storage systems με δυνατότητα παροχής ενέργειας για αρκετές ώρες.

Στο πλαίσιο της πρωτοβουλίας Data Center Flex, που υποστηρίζεται από το EPRI, εξετάζεται η δυνατότητα τα data centers να λειτουργούν πιο ευέλικτα σε σχέση με τα ηλεκτρικά δίκτυα.

Η λογική είναι ότι ένα data center θα μπορεί να αποθηκεύει ενέργεια όταν υπάρχει πλεονάζουσα παραγωγή από ανανεώσιμες πηγές και να τη χρησιμοποιεί αργότερα, όταν αυξάνεται η πίεση στο δίκτυο.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, η αποθηκευμένη ενέργεια θα μπορούσε να επιστρέφει και στο δίκτυο. Έτσι, ένα data center παύει να αντιμετωπίζεται αποκλειστικά ως ένας μεγάλος καταναλωτής ηλεκτρικής ενέργειας και μπορεί να εξελιχθεί σε ευέλικτο στοιχείο του ενεργειακού συστήματος.

Από το diesel σε νέα καύσιμα και ευέλικτα συμβόλαια

Η ευελιξία αυτή συνδέεται και με την αλλαγή του τρόπου συνεργασίας μεταξύ data centers και utilities. Τα data centers έχουν τη δυνατότητα να περιορίζουν προσωρινά το φορτίο τους, όμως μέχρι σήμερα αυτό προσέκρουε στις απαιτήσεις διαθεσιμότητας και στα service-level agreements που διέπουν τη λειτουργία τους.

Το νέο μοντέλο προβλέπει συμφωνίες στις οποίες οι operators μπορούν, υπό συγκεκριμένες συνθήκες, να μεταφέρουν φορτίο σε άλλα data centers, να μειώνουν προσωρινά την υπολογιστική δραστηριότητα ή να μεταβαίνουν σε εφεδρική λειτουργία.

Παράλληλα, εξετάζονται εναλλακτικά καύσιμα για τις γεννήτριες, όπως το HVO, το οποίο αναφέρεται ως επιλογή με μηδενικές εκπομπές στην εξάτμιση. Η εξέλιξη αυτή εντάσσεται σε μια ευρύτερη προσπάθεια να γίνουν τα data centers πιο ενεργά στη διαχείριση της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας.

Το «εργοστάσιο» μεταφέρεται στο εργοτάξιο

Η δεύτερη μεγάλη τάση αφορά τον τρόπο κατασκευής. Η έλλειψη εξειδικευμένου εργατικού δυναμικού, ιδιαίτερα τεχνικών HVAC και ηλεκτρολόγων, ενισχύει τη χρήση modular data centers.

Αντί μεγάλος μέρος της κατασκευής να πραγματοποιείται στο εργοτάξιο, τα επιμέρους τμήματα κατασκευάζονται και δοκιμάζονται σε εργοστασιακό περιβάλλον και στη συνέχεια μεταφέρονται στο σημείο εγκατάστασης. Η προσέγγιση αυτή αποκτά μεγαλύτερη σημασία όσο αυξάνεται η πυκνότητα των AI servers.

Σύμφωνα με τα στοιχεία του υλικού, η Vera Rubin φτάνει τα 227 kW ανά rack, ενώ το AMD Helios 455 τα 267 kW ανά rack. Με τέτοιες πυκνότητες ισχύος, ο σχεδιασμός ενός data center από το μηδέν γίνεται σημαντικά πιο απαιτητικός.