Perché i data center utilizzano l'acqua?

I data center utilizzano l'acqua principalmente per rimuovere il calore dai server. L'evaporazione dell'acqua è un modo efficace per trasportare il calore fuori da un edificio, quindi molti sistemi di raffreddamento utilizzano torri di raffreddamento o apparecchiature simili. I data center possono anche avere un’impronta idrica indiretta perché alcune centrali elettriche consumano acqua mentre generano elettricità.

Non tutte le strutture utilizzano la stessa quantità. Alcuni si affidano all'aria esterna, ai raffreddatori a secco o ai sistemi liquidi a circuito chiuso che consumano poca acqua in loco. Il clima, la densità dei server e la fornitura di rete determinano la scelta. “Raffreddamento a liquido” non significa necessariamente consumi elevati, e “zero acqua per il raffreddamento” non significa zero acqua nell’elettricità, negli uffici e nella produzione di chip.

L’informatica crea un problema di calore continuo

I processori utilizzano l'elettricità per commutare miliardi di componenti elettronici. Quasi tutta l’energia elettrica finisce sotto forma di calore. Un data center deve rimuoverlo continuamente per mantenere i chip a temperature sicure e prevenire perdite o guasti delle prestazioni.

Le strutture convenzionali possono spostare l'aria fresca attraverso le sale server. I rack densi di intelligenza artificiale rendono tutto ciò più difficile perché molti acceleratori ad alta potenza si trovano vicini tra loro. Il liquido trasporta il calore in modo più efficace dell'aria, quindi gli operatori portano sempre più spesso il refrigerante su una piastra fredda vicino al truciolo o immergono l'attrezzatura in un fluido.

Il circuito interno può rimanere sigillato. La questione cruciale dell’acqua arriva nella fase finale: come fa l’impianto a cedere calore all’aria esterna? Una torre di raffreddamento può far evaporare l'acqua; un dry cooler utilizza ventilatori e scambiatori di calore; i sistemi ibridi cambiano metodo in base alle condizioni atmosferiche.

L’evaporazione scambia l’acqua con l’efficienza energetica

L'acqua assorbe calore quando evapora. In condizioni adeguate, il raffreddamento evaporativo può utilizzare meno elettricità rispetto ai compressori e ai ventilatori in un sistema completamente a secco. Il compromesso è che l’acqua evaporata lascia la fornitura di liquido locale e deve essere sostituita.

Le torri di raffreddamento scaricano anche parte dell'acqua per controllare l'accumulo di minerali. Gli operatori possono migliorare i cicli di concentrazione, trattare l'acqua o utilizzare fonti bonificate, ma la chimica dell'acqua e i limiti delle apparecchiature sono importanti. Una semplice cifra “litri in” può combinare evaporazione e scarico anche se le loro destinazioni differiscono.

Il raffreddamento a secco riduce i consumi in loco, ma può perdere efficienza durante la stagione calda. L’elettricità extra può aumentare il consumo di carbonio e di acqua indiretta a seconda della rete. Una buona ingegneria valuta l’intero sistema locale piuttosto che dare per scontato che una tecnologia vinca ovunque.

L'elettricità può utilizzare l'acqua fuori sede

Le centrali termiche, tra cui molte centrali a carbone, gas e nucleari, spesso utilizzano acqua nei cicli del vapore e nel raffreddamento. Prelievi e consumi variano in base alla tipologia dell'impianto e al modello di raffreddamento. La generazione eolica e solare fotovoltaica generalmente comporta un basso consumo di acqua operativa, mentre l’energia idroelettrica solleva difficili questioni di allocazione riguardo all’evaporazione.

Questo utilizzo indiretto significa che una struttura può evitare l’evaporazione in loco mantenendo un’impronta idrica attraverso la rete. Potrebbe verificarsi in un bacino diverso, il che è importante sia per la contabilità che per la politica locale.

Laboratorio di Berkeley Rapporto sui data center statunitensi modellizza separatamente il consumo diretto del sito e il consumo indiretto di energia elettrica. Mantenere gli strati visibili aiuta a rispondere a due domande: quale pressione esercita il data center sul sistema idrico locale e quale domanda idrica più ampia deriva dalla sua energia?

Le misurazioni dell’acqua necessitano di un’attenta lettura

Il prelievo d'acqua è il volume prelevato da una fonte. Il consumo di acqua è la porzione che non viene restituita tempestivamente alla stessa fonte, solitamente perché evapora. L'efficacia dell'uso dell'acqua esprime comunemente il consumo di acqua del sito per unità di elettricità IT.

Berkeley Lab ha modellato la media dei data center statunitensi leggermente al di sopra 0.36 litri per kWh nel 2023. Si tratta di una media stimata della flotta nazionale, non di un obiettivo di progettazione o di una tariffa che può essere assegnata in sicurezza a una società.

I litri assoluti contano insieme all’efficienza. Una struttura può aumentare i litri per kWh mentre l’acqua totale aumenta perché l’informatica cresce. Anche lo stress relativo alla fonte, alla qualità, alla stagione e al bacino determina le conseguenze. L’acqua depurata può ridurre la competizione per la fornitura di acqua potabile, anche se presenta ancora dei compromessi in termini di trattamento e di natura ecologica.

L’intelligenza artificiale cambia la densità più della fisica di base

I data center utilizzavano l’acqua prima della moderna intelligenza artificiale generativa. L’intelligenza artificiale cambia la scala e la concentrazione del calore. Gli acceleratori nei rack ad alta densità possono richiedere una nuova distribuzione del raffreddamento e l'espansione dei carichi di lavoro aumenta sia la domanda di energia che quella di raffreddamento.

Ciò non giustifica l’etichettatura di ogni litro di data center come acqua AI. Le strutture servono storage, video, software aziendale e altri carichi di lavoro cloud. L’allocazione necessita di dati sul carico di lavoro e sull’energia che gli operatori pubblicano raramente.

I dati sull'acqua per query si basano quindi su modelli. Combinano il calcolo stimato con le ipotesi di raffreddamento e rete. La nostra spiegazione di Utilizzo dell'acqua dell'IA per query mostra perché le stime attendibili vanno dalle frazioni alle decine di millilitri per il testo ordinario.

Un migliore raffreddamento inizia da una migliore ubicazione

Gli operatori possono scegliere hardware efficiente, aumentare le temperature operative sicure, utilizzare l'aria esterna, ottimizzare i controlli e utilizzare acqua depurata. I sistemi a circuito chiuso possono evitare l’evaporazione, così come il raffreddamento a secco laddove il clima e le condizioni della rete lo supportano. Il calore di scarto a volte può servire edifici o industrie vicini, sebbene abbinare temperatura, distanza e domanda non sia banale.

La localizzazione resta fondamentale. Una progettazione efficiente dal punto di vista idrico in un bacino stressato può comunque essere meno responsabile di una in cui risorse e infrastrutture sono meglio abbinate. Le comunità necessitano di consumi di punta e annuali previsti, di domanda cumulativa nelle vicinanze e di reporting effettivo dopo il lancio.

Il rifornimento aziendale può supportare i bacini idrografici, ma dovrebbe essere divulgato separatamente dall’uso in loco. Volume, ubicazione, tempistica, addizionalità e qualità dell'acqua determinano se un progetto affronta la pressione originale.

Ciò che un utente può ricavare da questo

Evita l'immagine di un server che beve letteralmente ad ogni richiesta. L’acqua appartiene ai sistemi di raffreddamento ed elettricità condivisi, quindi viene assegnata ai carichi di lavoro. L'allocazione è utile quando i suoi presupposti rimangono attaccati.

Riduci i calcoli inutili scegliendo modelli più piccoli, mantenendo il focus sul contesto ed evitando output usa e getta. Per le dichiarazioni dei fornitori, chiedere se l'acqua è diretta o indiretta, prelevata o consumata, misurata o modellata. Il più ampio guida su come l’intelligenza artificiale utilizza l’acqua copre anche la produzione.

Treechat ricava la sua ricevuta d'acqua dall'energia stimata del messaggio utilizzando una costante divulgata sul pagina della metodologia. Non è una lettura da una torre di raffreddamento. Il metodo è intenzionalmente visibile perché, finché i fornitori non offriranno dati specifici per la struttura e il carico di lavoro, le stime oneste devono mostrare i propri limiti.