Výzvy moderních AI systémů

Mezinárodní energetická agentura (IEA) ve své zprávě uvádí, že energetická náročnost datových center v roce 2022 dosáhla 2 % celosvětové spotřeby elektrické energie. Prognózy IEA naznačují, že do roku 2026 by tento podíl mohl překročit 4 %, což představuje významný nárůst energetické zátěže globálních energetických systémů. V souvislosti s rostoucí adopcí AI se zvyšuje energetická náročnost datových center, a to i přes pokroky v oblasti účinnosti akcelerátorů nové generace.

Současná infrastruktura není schopna adekvátně zvládnout tepelné zatížení způsobené vysoce výkonnými výpočty. Kapalinové chlazení se jeví jako perspektivní technologie, která by mohla efektivně odvádět teplo a zajistit stabilní provoz datových center při současném umožnění dalšího rozvoje aplikací AI.

Proč jsou některé čipy obtížně uchladitelné

V případě chlazení kapalinou se kapalina nachází přímo v serveru, kde absorbuje teplo z procesorů a následně ho odvádí do výměníku tepla mimo datové centrum. V oblasti kapalinového chlazení vysoce výkonných výpočetních systémů (HPC), patříme mezi průkopníky. Máme desítky let zkušeností a naše neustálé inovace nám umožňují vytvářet a poskytovat po celém světě špičková řešení, která efektivně chladí ty nejvýkonnější výpočetní systémy.

Nové akcelerátory jsou navrženy tak, aby poskytovaly vyšší výkon na menší ploše. Tento pokrok však znamená, že je složitější odvádět teplo z takto malých čipů, což může vést k přehřívání. Avšak voda, která se používá v kapalinovém chlazení, má třikrát vyšší tepelnou kapacitu než vzduch, takže dokáže rychleji a efektivněji odvádět teplo z akcelerátorů, procesorů, pamětí a dalších komponent výpočetních systémů.

Ekologické a finanční výhody kapalinového chlazení

Vedle zajištění spolehlivosti systémů je důležité, aby chlazení bylo šetrné k životnímu prostředí. Kapalinové chlazení má výrazné výhody z hlediska udržitelnosti. Příkladem může být datové centrum s 10 000 servery. Pokud by bylo chlazeno vzduchem, ročně by emitovalo přes 8 700 tun CO₂, zatímco při použití kapalinového chlazení se emise sníží na přibližně 1 200 tun CO₂. To představuje úsporu energetické náročnosti o 87 % a zabránění ročnímu uvolnění téměř 18 milionů liber CO₂ do atmosféry.

Kapalinové chlazení však nepřináší pouze ekologické benefity. U datového centra s 10 000 servery lze také dosáhnout významných finančních úspor. Provoz vzduchem chlazeného serveru stojí ročně přibližně 254,70 USD, zatímco provoz kapalinou chla­ze­né­ho serveru vyjde na pouhých 45,99 USD. Roční úspory tedy mohou dosáhnout až 2,1 milionu USD.

Odpadní teplo lze zužitkovat

Jednou z velkých výhod kapalinového chlazení je rovněž možnost opětovného využití tepla. Po absorpci tepla přenáší kapalinou chla­ze­né systémy teplou vodu do výměníku tepla mimo datové centrum, kde ji lze znovu využít jako zdroj energie pro vytápění dalších budov či zařízení. Příkladem je americká Národní laboratoř pro obnovitelnou energii (NREL), která již řadu let využívá 90 % ohřáté vody z kapalinou chlazeného superpočítače HPE Cray k vytápění kanceláří a laboratoří Energy Systems Integration Facility (ESIF).

To v Kanadě plánuje společnost QScale využít teplou vodu z kapalinového chlazení k vytápění skleníků o velikosti 100 fotbalových hřišť, kde by se mohlo ročně vypěstovat až 80 000 tun rajčat. V Norsku pak náš partner Green Mountain, zamýšlí dodávat ohřátou vodu pro chov ryb na největší světové pstruzí farmě Hima, která je založená na recirkulačních akvakulturních systémech (RAS), technologii, která recirkuluje přírodní a čistou horskou vodu. Cílem společnosti Hima je vyprodukovat přibližně 8 000 tun prémiových Hima pstruhů, což odpovídá 22 000 000 večeří ročně, čímž chce podpořit udržitelnou produkci potravin.

Vyšší výkon na menší ploše

Kapalinové chlazení hraje klíčovou roli, protože na rozdíl od vzdu­cho­vé­ho chlazení nepotřebuje ventilátory a další podpůrná zařízení, která zabírají místo. Do datových center se tak vejde více serverů čímž dojde k maximalizaci využitelných prostor. Tak například datové centrum s 10 000 servery, které používá kapalinové chlazení, může snížit potřebný prostor o 77,5 %. Díky tomu mohou datová centra efektivněji pracovat s prostorem a optimalizovat kapacitu, což přináší nejen vyšší hustotu, ale i nižší náklady na rozšiřování.

Kapalinové chlazení navíc šetří energii a zvyšuje výkon na jednotku spotřeby. Během pěti let používání spotřebuje o 14,9 % méně energie na napájení šasi a nabízí 20,7% vyšší výkon na kilowattu než vzduchové chlazení. Tato vyšší účinnost zajišťuje, že datová centra budou připravena na rostoucí nároky AI výpočtů, aniž by se musela obávat nedostatečného chlazení či ztrát výkonu.

Zkušenosti a důvěra jsou klíčem k úspěchu

Při budování a provozu AI systémů je nezbytné spoléhat se na zkušené odborníky. Máme více než 50 let zkušeností a přes 300 patentů v oblasti kapalinového chlazení. V posledních dvou letech jsme dodali čtyři z deseti nejrychlejších superpočítačů na světě a všechny využívající kapalinové chlazení HPE Cray EX. Například nejvýkonnější superpočítač na světě Frontier, pracující pro Oak Ridge National Laboratory, americké ministerstvo energetiky.

Pro chladicí potřeby akcelerátorů nové generace je kapalinové chlazení nepostradatelné. Umožňuje dosáhnout vyššího výkonu na menší ploše, snižuje náklady, podporuje udržitelnost a zvyšuje energetickou účinnost. Navíc s možností opětovného využití tepla a výraznými úsporami prostoru je kapalinové chlazení nejen řešením pro dnešek, ale i pro budoucnost, kdy AI bude hrát stále větší roli v našich životech.