Zasilanie i chłodzenie centrów danych: granicą jest sieć i chip

Dwie wiadomości z jednego tygodnia pokazują, gdzie kończą się dziś możliwości zasilania i chłodzenia centrów danych. Jedna dotyczy ziemi i pieniędzy. Druga jest mała, eksperymentalna i zaraz opuści planetę.

Departament Energii USA poinformował w tym tygodniu, że przeznaczy 5 250 000 000 dolarów na poprawę sieci przesyłowej. Z tego 1 900 000 000 dolarów to środki federalne, a 3 350 000 000 dolarów to wkład własny partnerów. The Register podał 25 września, że program obejmuje 31 projektów w 26 stanach w ramach inicjatywy SPARK. Pieniądze federalne pochodzą z programu Grid Resilience and Innovation Partnerships.

Projekty nie dodają mocy wytwórczej. Mają wycisnąć więcej z tego, co już stoi. Chodzi o wymianę przewodów lub przebudowę ponad 1 500 mil linii przesyłowych oraz montaż czujników, urządzeń sterujących przepływem mocy i narzędzi analitycznych na 21 000 mil infrastruktury sieciowej. Departament Energii twierdzi, że poprawi to niezawodność i obniży koszty energii dla około 100 000 000 Amerykanów.

Dlaczego to ważne dla centrów danych? Bo operatorzy próbują podłączyć duże odbiory szybciej, niż sieć jest w stanie je przyjąć. The Register przytoczył ostrzeżenie Moody's z września, że tempo budowy centrów danych przewyższa tempo, w jakim amerykańska sieć dodaje potrzebne moce. Moody's szacuje, że zużycie energii przez centra danych w USA osiągnie 426 TWh do 2030 roku, czyli prawie dwukrotnie więcej niż w 2025 roku. Ta jedna liczba pokazuje, gdzie leży ściana mocy.

Jedną z odpowiedzi jest wytwarzanie energii na miejscu, ale i ono potrafi się skomplikować. Ars Technica podała 24 września, że New Jersey ukarało operatora planowanego centrum danych na wschodnim wybrzeżu kwotą 1 100 000 dolarów za potajemny montaż i pracę generatorów gazowych bez pozwoleń.

Szczegóły są konkretne. DataOne miała na terenie 62 generatory gazowe. Nagranie z drona termowizyjnego, które w sierpniu zdobyli The Guardian i Floodlight News, pokazało 45 pracujących jednostek, podaje Ars Technica. Generatory działały z mocą 1 982 kilowatów, znacznie powyżej progu 37 kilowatów, od którego New Jersey wymaga pozwolenia. Stanowy Departament Ochrony Środowiska podał, że takie generatory emitują dwutlenek węgla, tlenki azotu, tlenek węgla i inne zanieczyszczenia spalania.

DataOne dostała 45 dni na złożenie wniosków o pozwolenia albo na zatrzymanie pracy. Może jednak dalej używać silników, dopóki się o nie stara. Rzecznik firmy powiedział The New York Times, że spółka wystąpi o pozwolenia na emisję dla tymczasowych generatorów, nie zgadza się z karą i przechodzi na niskoemisyjne ogniwa paliwowe. Mieszkańcy cytowani przez Times nie byli usatysfakcjonowani. Pytali, czym oddychali i dlaczego egzekucja przepisów zajęła sześć miesięcy.

Jest jeszcze inny kierunek: przenieść obliczenia całkowicie poza sieć. Google Project Suncatcher to próba sprawdzenia, czy sprzęt do AI może działać na orbicie. Pierwszy satelita o nazwie MVP ma wystartować 1 października na pokładzie SpaceX Falcon 9, podała Ars Technica 24 września. Satelita jest wielkości mniej więcej lodówki i wiezie cztery własne akceleratory TPU Google. Zasilają je panele słoneczne o mocy około jednego kilowata.

Chłodzenie jest najtrudniejsze. Tom's Hardware podał 26 września, że chipy będą pracować tylko około 15 minut, po czym muszą się wyłączyć, żeby radiatory nadążyły odprowadzić ciepło. Konstrukcja Google wykorzystuje materiał pośredniczący termicznie, który łączy chipy z aluminiowymi i miedzianymi rurami cieplnymi. Te prowadzą ciepło do radiatora, a ten wypromieniowuje je w kosmos. Problemem jest też promieniowanie: potrafi odwracać bity, a obecnym rozwiązaniem Google jest okresowe restartowanie chipów.

Skala to kolejne zastrzeżenie. Jeden kilowat wystarcza do pracy kuchenki mikrofalowej, nie do zasilenia hali centrum danych. James Manyika, starszy wiceprezes Google ds. badań, powiedział The New York Times, że firma nie spodziewa się niczego użytecznego operacyjnie w najbliższych latach. Porównał ten wysiłek do prac nad autonomicznym samochodem Google, testowanych około 15 lat przed jakimkolwiek wdrożeniem. Google nadal planuje parę satelitów na 2027 rok i mówi o flotach powyżej 80 jednostek.

Dla kogoś, kto dziś prowadzi centrum danych na ziemi, praktyczny wniosek jest mniej egzotyczny. Moce sieci rosną na marginesie, a nie przez nocną przebudowę, a zasilanie na miejscu niesie ryzyko pozwoleniowe. Odnawialne źródła mają własne ograniczenia: Data Center Knowledge zauważył, że wiatr i słońce zależą od pogody, a magazynowanie energii jest drogie. Większość lokalizacji nadal potrzebuje więc konwencjonalnej energii jako zapasu lub uzupełnienia. Piętnastominutowe zrywy Google na orbicie to wynik badań, nie plan wdrożenia.