В Евросоюзе намерены установить новые стандарты потребления воды дата-центрами. Власти опасаются, что регион столкнётся с дефицитом воды в ближайшие десятилетия, сообщает Bloomberg. Новые стандарты в рамках программы повышения экоустойчивости дата-центров будут представлены к концу 2026 года, поскольку спрос ЦОД на воду и энергию резко возрастёт в самом ближайшем будущем.

В проекте стратегии ЕС по водной экоустойчивости Water Resilience Strategy подчёркивается, что ключевые отрасли для стратегической автономии Евросоюза — выпуск аккумуляторов, водорода, микрочипов и полупроводников вообще, а также дата-центры — требуют огромных объёмов воды, часто повышенной очистки. В связи с этим ЕС планирует оценить текущее и будущее водопотребление этих секторов, чтобы заранее предотвратить возможные негативные последствия для водных ресурсов.

Влияние ЦОД на климатические изменения в последнее время находится под пристальным вниманием, особенно с учётом развития ресурсоёмкого ИИ, потребляющего гораздо больше энергии, чем традиционные вычислительные системы. Также ИИ ЦОД потребляют очень много воды для охлаждения оборудования.

Источник изображения: Henry Lim/unsplash.com

Согласно анализу группы американских учёных, ЦОД требуется около 0,5 л для одной непродолжительной сессии с GPT-3. Для генерации изображений и видео используется гораздо больше ресурсов. По некоторым данным, в 2030 году спрос на чистую воду для таких объектов превысит её доступность на 40 %.

Хотя Европа обладает большими ресурсами, чем многие регионы, нагревается она тоже быстрее. В последние годы от засухи пострадала Франция, а также нарушилась торговля по реке Рейн — одной из ключевых торговых артерий Евросоюза. В проекте новой стратегии также изложат ряд других мер, которые нужно будет принять в ближайшие годы, в т.ч. для того, чтобы стимулировать фермеров использовать меньше воды. На сельское хозяйство в Европе сегодня приходится порядка ⅔ потребления воды в регионе.

Впрочем, проблемы с водой наметились не только в Европе. Ещё в 2024 году прогнозировалось, что потребление воды китайскими ЦОД удвоится к 2030 году, дойдя до более чем 3 млрд м³/год, а в конце апреля 2025 года агентство Moody сообщило, что доступ к чистой воде становится одной из главных забот для операторов ИИ ЦОД во всём мире.

Стремительное развитие мировой инфраструктуры ЦОД на фоне повсеместного внедрения ИИ ведёт к огромным затратам питьевой воды на охлаждение оборудования. В результате возникают финансовые, операционные и репутационные риски, сообщает Datacenter Knowledge. По данным доклада агентства Moody, нехватка воды нарастает на ключевых рынках ЦОД.

Консалтинговая компания сообщает о растущих рисках для операторов ИИ ЦОД, особенно гиперскейлеров. В докладе подчёркивается, что желание облачных гигантов в целом арендовать новые дата-центры может привести к ограничению доступности ресурсов на некоторых рынках. Большинство новых крупных ЦОД используют водные системы охлаждения, более подходящие для больших нагрузок, но требующие больше воды. ЦОД, которые не смогут установить системы охлаждения с эффективным расходом воды, могут столкнуться с повышенным вниманием со стороны регуляторов и инвесторов.

Как сообщили в Moody, дефицит грунтовых вод представляет серьёзный риск для быстрорастущих регионов размещения ЦОД гиперскейлеров — юго-востока США, Чили и Индии. Местные законы, инфраструктурные ограничения и общественное недовольство могут привести к тому, что гиперскейлеры могут отложить реализацию проектов или перенести их в другие, более благоприятные для бизнеса локации, особенно если препятствия приведут к увеличению цены в прежних местах.

Источник изображения: Claudio Biesele/unsplash.com

В зависимости от климата и типа инфраструктуры один объект гиперскейл-уровня может потреблять миллионы литров воды в день, наравне с небольшими городами. Хотя компании успешно повысили эффективность использования воды (WUE) до 0,2–0,5 л/кВт∙ч, общий спрос на чистую воду со стороны индустрии ЦОД продолжает расти в связи с быстрым ростом гиперскейлеров и ИИ-инфраструктуры. IT-гиганты могут отложить попытки стать водно-положительными.

По информации аналитиков JLL, наиболее известные игроки рынка ЦОД заблаговременно принимают меры, связанные с возможной будущей нехваткой воды и электричества, выбирая подходящие места для строительства и используя поэтапный подход в реализации проектов. Основной вызов — в сохранении баланса между заявляемыми целями и требованиями к безотказной работе и рентабельности.

СЖО и адиабатические системы охлаждения могут обеспечить низкий расход воды, но несут собственные риски и сложности — нельзя жертвовать надёжностью ради экоустойчивости. Опытные операторы ищут компромисс, например, используя гибридные подходы к охлаждению. Другие изучают возможность применения очищенных сточных вод, модульного охлаждения или замкнутых систем, но такие варианты часто дороги, особенно при оснащении новыми решениями существующих объектов. Правда, современные «безводные» технологии достаточно рискованны, т.к. отсутствует статистика их применения.

Источник изображения: Olga Angelucci/unsplash.com

Более того, в засушливых регионах ЦОД всё чаще конкурируют за ресурсы с местными жителями и сельскохозяйственным бизнесом. Такая конкуренция может привести к ужесточению законов, общественным протестам и задержкам в реализации проектов. По мере того, как нагрузка на окружающую среду будет расти, ужесточатся проверки регуляторов и вырастут репутационные риски, что скажется и на ценах.

Инвесторы всё чаще обращают внимание на подобные вопросы, и компании вынуждены, например, покупать «зелёные облигации». А муниципалитеты теперь требуют оценки воздействия на водные ресурсы до того, как выдадут разрешения на строительство. Подобные меры могут стать более распространёнными по мере того, как будут ужесточаться критерии экоустойчивости и отчётности.

С точки зрения кредитных рисков заблаговременная модернизация инфраструктуры дата-центров оценивается позитивно и соответствует растущему спросу арендаторов на экоустойчивые решения. Напротив, задержки в обновлении могут сигнализировать о недостатке инвестиций в адаптацию к экологическим требованиям, что в перспективе способно снизить конкурентоспособность оператора.

Microsoft анонсировала новую архитектуру охлаждения своих ЦОД, где вода циркулирует в замкнутом контуре, а испарения вообще нет. Все дата-центры Microsoft, разрабатываемые с августа 2024 года, получат новые системы охлаждения. Они, как ожидается, заработают к концу 2027 года. А впервые новые подходы будут опробованы в строящихся ЦОД в Финиксе (Аризона) и Маунт-Плезанте (Висконсин) в 2026 году, сообщает пресс-служба компании. Впрочем, существующие объекты по-прежнему будут использовать различные комбинации систем охлаждения.

По словам Microsoft, новая архитектура снизит потребление питьевой воды каждым дата-центром компании более чем на 125 млн л/год. Эта цифра рассчитана с учётом среднего показателя эффективности использования воды (WUE) на уровне 0,30 л/кВт∙ч, который за последние три года улучшился на 39 %. А с начала 2000-х, когда компания стала сама строить ЦОД, WUE снизился на 80 %. Это результат усилий по уменьшению объёма сточных вод, повышению температур в ЦОД и усилению контроля за работой оборудования. Кроме того, в Техасе, Вашингтоне, Калифорнии и Сингапуре компания использует очищенные сточные и оборотные воды.

Источник изображения: Microsoft

В компании заявляют, что новые технологии используют замкнутые контуры жидкостного охлаждения — как только система заполнена водой во время монтажа, вода будет циркулировать между серверами и охладителями без необходимости постоянной «дозаправки». Этот подход сочетается с прямым жидкостным охлаждением, что позволяет использовать в контурах более тёплую воду, улучшая не только WUE, но PUE.

Источник изображения: Microsoft

Правда, параллельно ожидается «номинальное увеличение» расхода электроэнергии каждым новым дата-центром на основе соответствующих технологий. Впрочем, в компании заявляют, что работают над другими инновациями для обеспечения «более целевого охлаждения» и снижения энергозатрат. Новая архитектура в некоторых случаях позволит избежать ситуаций, когда компания вынужденно использует воздушное охлаждение или строит системы очистки сточных вод своих дата-центров.

Компания Microsoft стала активно применять прямое жидкостное охлаждение чипов в серверах своих ЦОД. Datacenter Dynamics сообщает, что IT-гигант приступил и к изучению более передовой технологии, основанной на принципах микрогидродинамики.

Как свидетельствует недавний пост в блоге компании, посвящённый использованию воды и применяемым СЖО разных поколений, сейчас разрабатывается новая архитектура дата-центров, оптимизированных для прямого жидкостного охлаждения чипов. Это требует переосмысления конструкции серверов и серверных стоек для внедрения новых методов терморегуляции и управления энергией.

Компания уже использует sidekick-СЖО в действующих ЦОД. Впервые они были представлены во время анонса процессоров Cobalt и ИИ-ускорителей Maya. Последние будут развёрнуты в кастомных стойках и кластерах Ares. Серверы для них шире 19″ и даже OCP-стоек и нуждаются именно в жидкостном охлаждении — других конфигураций не предусмотрено. Каждый сервер получит по четыре ускорителя Maya, а стойка будет вмещать восемь серверов. А рядом с ней будет ещё одна стойка с компонентами охлаждения. Аналогичный дизайн использует Meta✴, которая также была вынуждена пересмотреть архитектуру своих ЦОД из-за ИИ.

Источник изображений: Microsoft

Не менее интересны и разработки в сфере микрогидродинамики. Этот подход предусматривает размещение микроканалов для подачи жидкости буквально внутри самих чипов, что обеспечивает ещё более высокую эффективность охлаждения. В компании утверждают, что все эти разработки оптимизированы для поддержки ИИ-нагрузок в ЦОД и в то же время дружественны к экологии. Благодаря инновациям можно значительно снизить потребление чистой воды, одновременно обеспечивая повышенную ёмкость серверных стоек, благодаря чему возрастает польза от каждого задействованного квадратного метра.

Microsoft намерена стать «водно-положительной» к 2030 году. В ESG-докладе 2023 года компания заявила, что использовала в 2022 году 6,4 млн м³, преимущественно для своих ЦОД. В докладе 2024 года показатель увеличился уже до 7,8 млн м³ в 2023 году. Проблемы с потреблением воды вообще характерны для IT-гиганта и его партнёров.

Запись в блоге Microsoft также свидетельствует о том, что компания расширила использование восстановленной и переработанной воды на площадках в Техасе, Вашингтоне, в Калифорнии и Сингапуре. В Нидерландах, Ирландии и Швеции компания собирает дождевую воду и намерена расширить эту практику на Канаду, Великобританию, Финляндию, Италию, Южную Африку и Австрию. В Нидерландах, правда, всё оказалось не так хорошо, как обещала компания. Как заявляют Microsoft, с первого поколения собственных дата-центров в начале 2000-х годов до текущего поколения в 2020-х, использование воды на кВт·ч снизилось более чем на 80 %.

Ранее компания сотрудничала с разработчиком систем двухфазного погружного жидкостного охлаждения LiquidStack, который поддерживается одним из поставщиков Microsoft — Wiwynn. В прошлом году LiquidStack представила однофазную систему иммерсионного охлаждения для ИИ-систем, а также запустила в США производство СЖО, но для кого именно она их выпускает, не уточняется.

В ближайшие годы ожидается стремительный рост спроса китайских дата-центров на воду по мере развития ИИ-технологий. Datacenter Dynamics сообщает, что в новом докладе гонконгской НКО China Water Risk (CWR) сделана оценка потребления этого ценного для дата-центров ресурса — оно вырастет более чем в два раза в следующие шесть лет.

CWR рассчитывает, что потребление воды китайскими ЦОД сегодня составляет 1,3 млрд м³ ежегодно, но к 2030 году увеличится до 3 млрд м³. Организация отмечает, что Китайская академия экологического планирования (China Academy of Environmental Planning, CAEP) ранее выяснила, что число стоек в КНР достигло 5,4 млн шт. в 2021 году, то выросло на 27 % год к году, а к 2030 году оно составит уже 11,3 млн. Общее потребление воды местными ЦОД в 2020 году было неизвестно, но эксперты посчитали, что оно держалось приблизительно на уровне 300 млн м³.

Источник изображения: Jani Brumat/unsplash.com

Как указывают в докладе CWR, китайские IT-гиганты должны принять экстренные меры для того, чтобы стать «водно-положительными» или хотя бы «водно-нейтральными». Китай активно развивает индустрию ЦОД в западной части страны, хотя именно здесь преобладают обширные засушливые области, где удобно размещать солнечные электростанции, но где дефицит воды может оказаться катастрофическим.

Более того, водоснабжение может даже ухудшиться несмотря на рост спроса из-за неспособности своевременно реагировать на стихийные бедствия, а также рост «хронических рисков» вроде простой нехватки водных ресурсов и роста уровня моря. Хотя некоторые IT-гиганты начали планировать модернизацию, многие ещё не разработали никаких стратегий для уменьшения рисков. Впрочем, даже те, кто готовятся, могут столкнуться с проблемами из-за ускоренного глобального потепления — ранее принятые меры были недостаточно хороши.

Источник изображения: CWR

В CWR утверждают, что только 32 % китайских стоек находятся в богатых водой регионах, 46 % — в чрезвычайно сухих местах. Как минимум 41 % стоек расположен в регионах с частыми засухами и 28 % — в зонах, где нередко случаются наводнения. А как минимум пятая часть находятся в Цзянсу, Шанхае и Тяньцзине, которые часто страдает и от того, и от другого.

Конкуренция за воду в регионах уровня Dry 10 будет только расти и запросы ЦОД могут оказаться не в приоритете — поскольку в водных ресурсах нуждается сельское хозяйство, жилые дома и промышленность. В Китае ещё не утверждены стандарты эффективности водопользования (Water Usage Effectiveness, WUE), но власти на местах пытаются внедрять свои собственные требования. Например, шанхайское руководство рекомендует WUE на уровне 1.4.

Источник изображения: CWR

Как свидетельствуют публикации ограниченных данных, Baidu и Xiaomi увеличили своё водопотребление в 2021 году на 23 % и 53 % соответственно, а Tencent подняла потребление ресурса на 31 % в 2022 году. При этом China Mobile, наоборот, сократила потребление на 17 %.

CWR рекомендует местным операторам начать формулировать стратегию управления водными ресурсами и добиваться «водно-положительных» результатов. Также НКО предлагает переключиться с на другие, не столь водно-интенсивные технологии охлаждения, требующие меньше воды на единицу выручки, особенно в локациях с дефицитом воды, хотя иногда это это может привести к ухудшению показателей PUE. Стоит отметить, что проблема внедрения экобезопасных технологий актуальна, как никогда. Появилась информация о массовых закупках Китайским бизнесом ресурсоёмких серверов для ИИ-вычислений.

Хотя в генеративных ИИ-моделях вроде GPT-4 или Midjourney отдельные эксперты усматривают много угроз человечеству, далеко не все обращают внимание на важный фактор — не исключено, что скоро ИИ и люди будут конкурировать за обычную пресную воду. Как сообщает The Register, по прогнозам учёных, её будет всё больше требоваться для охлаждения ЦОД.

Проблема привлекла внимание учёных Калифорнийского университета в Риверсайде и Техасского университета в Арлингтоне. По оценкам исследователей, обучение языковой модели уровня GPT-3 требует использования около 700 тыс. литров воды — столько тратится на выпуск 320 электромобилей Tesla. Более того, на простой диалог из 20-50 вопросов ChatGPT требуется около 500 мл воды, а с развитием ИИ потребление воды такими системами достигнет огромных масштабов — если заранее не принять меры по оптимизации охлаждения ЦОД.

Источник изображения: Drew Dizzy Graham/unsplash.com

При этом эксперты обещают, что к середине века огромные территории в США будут страдать от засухи. Уже сейчас ЦОД крайне неохотно делятся информацией о потреблении воды, при этом используя разные системы подсчёта и, как Google, пытаясь скрыть следы в судебном порядке. В результате учёным приходится при расчётах пользоваться преимущественно косвенными данными. Впрочем, утверждается, что можно повсеместно использовать модель, разработанную SPX Cooling Technologies, и это позволит определить, сколько воды уходить на обучение и эксплуатацию языковых моделей.

Но, как считают в Dell'Oro Group, проблема на деле не в ИИ — он не испытывает настоящей жажды. В первую очередь речь идёт о рационализации систем терморегулирования. Даже от того, где находится ЦОД с ИИ, может значительно меняться потребление воды. Многие ЦОД используют не жидкостное охлаждение, а другие варианты. Например, в прошлом месяце Microsoft говорит об использовании систем с нулевым водопотреблением в ЦОД Аризоны — но они потребляют больше энергии.

Предлагается немало вариантов — от воздушного до водяного или погружного охлаждения, каждый из которых имеют свои преимущества и недостатки. Впрочем, вендоры вроде Submer и LiquidStack предлагают системы иммерсионного охлаждения, обеспечивающие PUE на уровне менее 1,05, тогда как системы воздушного охлаждения обычно обеспечивают лишь 1,4–1,5.

Источник изображения: redcharlie | @redcharlie1/unsplash.com

В научной работе приводятся не только возможные пути оптимизации систем охлаждения, но и рекомендации для того, чтобы ЦОД в принципе выделяли меньше тепла. В частности, речь идёт о том, что дата-центры стоит строить в местах с прохладным климатом вместо жарких азиатских стран, а некоторые задачи можно выполнять во второй половине дня, когда становится прохладнее. Хотя это ограничивает использование солнечных элементов питания, сам собой напрашивается вывод о применении резервных аккумуляторных источников вместо генераторов для накопления энергии днём.

Учёные считают, что залогом эффективного использования энергетических систем и охлаждения является большая прозрачность деятельности ЦОД. В Европе, например, пересматривают поправки к Директиве об энергоэффективности, которые заставят отчитываться по многим параметрам всё ЦОД кроме самых мелких. Как заявил один из учёных, «индустрия ЦОД столь скрытна, что иногда трудно получить подходящие данные для построения моделей». Впрочем, учёные опасаются, что у гиперскейлеров может не хватить времени на внедрение качественной отчётности — индустрия ИИ развивается чересчур быстро.

Группа Climate Neutral Data Centre Pact (CNDCP), объединяющая 90 % европейских операторов ЦОД, предложила добровольно снизить потребление воды до 400 мл на 1 кВт·ч к 2040 году и добиться углеродной нейтральности намного раньше 2050 года. Соответствующая цель уже поставлена ЕС, но операторы намерены добиваться её без законодательного принуждения и с опережением графика, — сообщает Data Center Dynamics.

Хотя использование воды способно оказать значительное влияние на экологию, этот фактор часто недооценивают, учитывая только расход энергии. При этом многие ЦОД активно используют воду для охлаждения оборудования, благодаря чему снижается расход всё той же энергии, но растут затраты самой жидкости, что имеет критическое значение для некоторых регионов.

Источник изображения: Christian Lue/unsplash.com

Группу CNDCP сформировали в 2021 году с намерением достичь углеродной нейтральности европейских ЦОД к 2030 году, а также обеспечить достойный ответ прочим экологическим вызовам, в том числе снизить расход воды. Для оценки эффективности использования воды используется коэффициент WUE, который отражает расход воды на каждый затраченный киловатт·час электричества. Например, исследование 2016 года показало, что на тот момент WUE для ЦОД в США составлял в среднем 1,8 л/кВт·ч.

Цели поставлены с учётом жизненного цикла уже действующих систем охлаждения, поскольку их немедленная массовая замена может принести больше вреда, чем пользы из-за ущерба экологии в процессе производства самих систем. Поэтому в CNDCP заявили, что все 74 оператора ЦОД, участвовавшие в заключении пакта, добьются потребления не более 400 мл/кВт·ч только к 2040 году. Такой показатель вывели с учётом разницы технологий, климатических и иных условий, характерных для тех или иных ЦОД.

Источник изображения: Google

Отдельные участники рынка уже заявили о намерении добиться положительного водного баланса для своих дата-центров — ЦОД будут отдавать больше чистой воды, чем потреблять. Так, Meta✴ и Microsoft планируют добиться этой цели к 2030 году. Последняя также начала устанавливать станции для очистки сточных вод ЦОД. А вот Google отметилась тем, что пыталась всеми возможными способами скрыть расход воды своими дата-центрами даже от властей.

Помимо ограничения расхода воды, подписанты CNDCP предложили ввести и другие цели для дата-центров. Например, уже сформированы две рабочие группы для подготовки к переходу на «циркулярную экономику» со вторичным использованием материалов и переработкой различных ресурсов. В частном порядке аналогичную инициативу уже несколько лет развивает Microsoft в рамках проекта Circular Center.