Yapay zeka tabanlı veri merkezlerinin artan su tüketimi, küresel ölçekte giderek daha kritik bir kaynak baskısı yaratırken, mühendisler bu tesisleri soğutmanın sudan tasarruf eden alternatif yollarını araştırıyor. Mevcut klima sistemleri, sunucu odalarına serin hava gönderdikten sonra atık ısıyı ortama aktarmak için su kullanırken, yeni nesil “çipe doğrudan” (direct-to-chip) sıvı soğutma teknolojileri hem daha az su harcamayı hem de enerji verimliliğini aynı anda sağlama potansiyeli taşıyor.
Son yıllarda yapay zekanın (YZ) hızla büyümesi, dünya genelinde yeni veri merkezlerinin inşasını besledi. Bu büyüme, üretken YZ modellerini eğitmek ve çalıştırmak için gereken hesaplama yüklerinden kaynaklanıyor. Veri merkezleri, artan hesaplama taleplerini karşılayacak altyapıyla donatılmış özel tesisler olarak tanımlanıyor.
Birleşmiş Milletlerin son bir raporu
, YZ veri merkezlerinin kullandığı suyun 2030 yılına kadar 1.3 milyar insanın günlük su ihtiyaçlarına eşitmesi uyarısında bulundu. Günümüzde klima sistemleri, elektronik ekipmanları barındıran sunucu odalarına serin hava taşıyor; ardından su, havadan atık ısıyı ortama aktarmak için kullanılıyor.
Su Neden Soğutmada İdeal Bir Ortamdır?
Mühendislik açısından su olağanüstü termal özelliklere sahiptir. Çok yüksek özgül ısıl kapasiteye—sıcaklığının yükseltilmesi için gereken enerjiye—ve sıvı suyu buharına dönüştürmek için gerekli olan son derece yüksek buharlaşma gizli ısısına sahiptir.
Gizli ısı, terin derinizden buhara dönüştüğünde sizi soğutan şeydir; bu, eşsiz derecede güçlü bir soğutma mekanizmasıdır. Bu özellikler suyu ideal ısı taşıyıcı ortamı yapar ve uygulamalar otomobillerden ev ısınmasına, büyük ölçekli termal elektrik santrallerine kadar geniş bir yelpazede kullanılır.
Bir veri merkevine girdiğinizde, duyularınız soğutma fanlarının sesiyle ve cildinize çarpan dönen hava akımıyla karşılanır. Havanın ekipmanları doğrudan soğutmada kullanılmasının nedeni, sızıntı yapması ve elektronik aletlere zarar verebilecek bir sıvı olan suya kıyasla güvenli olmasıdır.
Su Kullanımının Bir Değiştirici mi?
Suya kıyasla hava, gürültülü soğutma fanları ve karışan hava akımlarıyla desteklense bile ısıyı taşımada çok zayıftır. Veri merkezlerini soğutmak için gereken enerji, elektronik ekipmanların kendisinin tükettiği enerjiyle karşılaştırılabilir ölçektedir.
Su, “soğuk su döngüsü” (chilled water loop) adı verilen bir sistem aracılığıyla klima sistemindeki atık ısıyı uzaklaştırır. Sunuculardan gelen sıcak hava, soğuk su borularının üzerinden geçirilir; artık ısınan su sunucu salonunun dışına borularla aktarılır.
Bu ısıyı soğuk su döngüsünden uzaklaştırmak için “soğutma kulesi” (cooling tower) adı verilen bir yapı kullanılır. Soğutulacak su, püskürtme şeklinde ortam havasıyla temasa geçirilir ve bir kısmı buharlaşır. Bu işlem geride kalan suyu soğutur ve su tekrar döngüye alınır.
Sıcaklık Farkının Enerji Tüketimine Etkisi
Dış havanın doğrudan ve dolaylı buharlaşmalı soğutmasını kullanan, suyun gizli ısısını ortaya çıkaran veri merkezi soğutmasının diğer biçimleri de mevcuttur; ancak bunlar da çok fazla su tüketir.
Buharlaşmalı soğutma su kaynakları üzerinde bir talep oluşturur, ancak aynı zamanda tüm soğutma altyapısının elektrik enerjisi tüketimini de azaltır. Bu bağlamda, elektrik üretiminin kendisinin de su gerektirdiğini belirtmek önemlidir.
Limerik Üniversitesi’nde (University of Limerick) profesör olarak, İrlanda’nın enerji kaynakları karışımı için birim elektrik başına yaklaşık 0.1-2 litre arası su gerektiğini söylüyorum (L/kWh).
Bu nedenle, elektrik talebini azaltarak buharlaşmalı soğutma, enerji ve su kaynaklarının toplam tüketimi açısından “en kötü olmayan” bir seçenek olarak değerlendirilebilir tabir ediliyor.
Sıvı Soğutmanın Gelecek Potansiyeli
Elektronik ekipmanlar için birincil soğutucu olarak havanın kullanımı, veri merkezinin toplam enerji tüketimini önemli ölçüde etkiler. Havanın böylece zayıf bir soğutucu olması nedeniyle, ekipmanın üzerinden geçerken yalnızca 5-20°C ısınır.
Soğutma altyapısı, nispeten düşük sıcaklıklarda—25-40°C aralığında—büyük miktarlarda termal ısıyı uzaklaştırmak zorundadır. Isı transferi sıcaklık farklarıyla sürüldüğünden, soğutma tesisleri büyük olur ve ilgili fanlar, pompalar ve kompresörleri çalıştırmak için çok fazla enerji gerekir.
Elektronik ekipmanları bir “çipe doğrudan” (direct-to-chip) şemasıyla sıvı kullanarak soğutsaydık ne olurdu? Bu durumda, mühürlü boru ağları soğutucuyu ekipmana getirir ve sunucuların kalbindeki hesaplama açlığı çeken CPU ve GPU’ların (mikroişlemciler ve grafik işlemcileri) ısısını uzaklaştırır.
Burada su gibi bir sıvı havadan çok daha üstün olduğundan, ekipmandan ayrılan su daha sıcaktır—bileşen sıcaklık sınırlarına yakın ve potansiyel olarak 60°C veya daha yüksektir. Çipe doğrudan sistemleri soğutma maliyetini azaltır ve ısının sıvıyla birlikte uzaklaştırılması biçiminde atık enerjinin kullanılmasına olanak tanır.
Peki tüm veri merkezleri neden bu teknolojiye geçmedi? Bazıları zaten doğrudan sıvı soğutmayı kullanıyor, ancak “hava odaklı” bir tesisi geri dönüştürmek (retrofit) konusunda bazı direnç olabilir. Veri merkezlerinde elektronik ekipmanın değişimi oldukça sıklıkla gerçekleşir (2-7 yıl arası), bu da “çipe doğrudan”a geçişi mümkün kılar. Ancak switch yapmak maliyetler içerir ve belirli ekipman sınıfları için hava soğutmasının bir kısmı korunmalıdır.
Çipe doğrudan sistemleri daha küçük, daha tasarruflu bir altyapı gerektirecektir. Veri merkezleri artık o kadar büyük miktarlarda elektrik enerjisi çekiyor ki—günümüz İrlanda’sında 7.5 TWh’nin üzerinde, ölçülen tüketimin neredeyse dörtdə biri—aşırıya kaçmadan tüketimi azaltmak ve kaynağı mümkün olduğunca geri kullanmak zorundadır.
