Ми звикли думати про воду як про щось, що витрачається на пиття, приготування їжі, прання чи виробництво. Але існує ще один, менш очевидний споживач води — цифрова інфраструктура.
Кожен пошук, відео, фотографія у хмарному сховищі, банківська операція або запит до штучного інтелекту проходить через комп’ютери. А комп’ютери виділяють тепло.
Саме тому дата-центр — це не просто величезна кімната із серверами. Це ще й складна система відведення тепла.
Чому сервери взагалі нагріваються?
Електронний чіп працює завдяки перемиканню величезної кількості транзисторів. Для цього йому потрібна електрична енергія.
Практично вся електроенергія, яку споживає сервер, зрештою переходить у тепло. Якщо сервер отримує 1 кВт електричної потужності, приблизно 1 кВт теплової потужності потрібно відвести.
Тому дата-центр можна уявити як величезний електричний обігрівач, який одночасно виконує корисні обчислення.
Сучасні дата-центри можуть мати потужність у мегавати. Це означає мільйони ват тепла, які потрібно безперервно відводити.
Berkeley Lab прямо зазначає, що майже вся електроенергія дата-центрів зрештою перетворюється на тепло.
І тут з’являється вода
Найпростіший спосіб відвести велику кількість тепла — передати його воді.
Вода має дуже високу теплоємність. А ще ефективніший механізм — її випаровування.
Коли вода випаровується, вона забирає із системи велику кількість теплової енергії. Саме тому випарні градирні десятиліттями використовуються у промисловості та великих будівлях.
Схематично процес виглядає так:
сервер → тепло → теплоносій → теплообмінник/градирня → вода → атмосфера
Частина води при цьому перетворюється на водяну пару.
Але куди діваються солі?
Ось тут виникає цікавий хімічний ефект.
У водопровідній або технічній воді вже є розчинені речовини: кальцій, магній, натрій, хлориди, сульфати, гідрокарбонати та інші мінерали.
Коли вода випаровується, ці речовини переважно залишаються.
Тому вода, яка циркулює в системі багато разів, поступово стає більш концентрованою.
Якщо нічого не робити, зростатиме ризик утворення накипу, корозії та інших проблем.
Тому частину води періодично виводять із системи. Цей потік називають blowdown. Замість нього подають свіжу воду.
Отже, система може виглядати приблизно так:
свіжа вода → циркуляція → випаровування → концентрація мінералів → частковий скид → очищення/утилізація
Це не означає, що вода після дата-центру обов’язково є токсичною. Її хімічний склад просто може відрізнятися від вихідної води.
Чи це питна вода?
Не обов’язково.
Це одна з найважливіших речей, яку легко пропустити, почувши фразу «дата-центр споживає воду».
Для охолодження можуть використовувати різні джерела: питну воду, технічну воду, очищену стічну воду або інші придатні джерела.
Тому цифра «мільйони літрів води» сама по собі не говорить, скільки саме питної води було використано.
Крім того, існують системи, де вода практично не витрачається безперервно.
А якщо взагалі не використовувати воду?
Можна.
І це вже не теоретична можливість.
Дата-центри можуть використовувати повітряне охолодження, сухі охолоджувачі, замкнені рідинні контури або комбіновані системи.
Наприклад:
чіп → замкнений контур рідини → теплообмінник → сухий радіатор → повітря
У такій системі рідина може циркулювати багато разів і не випаровуватися.
Але є компроміс.
Водяне або випарне охолодження часто дозволяє відводити тепло ефективніше. Сухе охолодження може потребувати більше електроенергії або більшого обладнання.
Berkeley Lab зазначає саме такий компроміс: водяне охолодження може бути енергоефективнішим, тоді як повітряні системи можуть практично не використовувати воду, але потребувати більше енергії.
Вода може використовуватися навіть там, де дата-центр її не бере
Є ще одна, менш очевидна частина історії.
Дата-центр споживає електроенергію. А електростанція, яка цю електроенергію виробляє, також може використовувати воду для охолодження.
Тому існує поняття прямого і непрямого водного сліду.
Прямий: вода використовується безпосередньо на території дата-центру.
Непрямий: вода використовується для виробництва електроенергії, якою живиться дата-центр.
Berkeley Lab окремо моделює обидва компоненти, оскільки реальний водний слід залежить від місця розташування дата-центру та структури його електропостачання.
Чи означає це, що дата-центри «знищують воду»?
Ні.
Це було б неправильним формулюванням.
Вода, яка випаровується, переходить в атмосферу і залишається частиною природного кругообігу. Проблема полягає не у знищенні молекул H₂O, а в тому, звідки воду забрали, коли і в якому вигляді вона повернеться до доступного водного ресурсу.
Для посушливого регіону забір прісної води з річки або водопроводу може мати зовсім інше значення, ніж використання тієї самої кількості очищеної стічної води.
Тому правильніше говорити не «дата-центр знищує воду», а:
дата-центр може створювати значний попит на прісну воду залежно від технології охолодження та джерела електроенергії.
І саме це є предметом інженерного вибору.
Чи можна зробити дата-центр майже без води?
Так. Можна:
- використовувати сухе охолодження;
- замкнені рідинні контури;
- використовувати очищену стічну воду замість питної;
- застосовувати випарне охолодження лише в найгарячіші години;
- розташовувати дата-центри в холоднішому кліматі;
- підвищувати ефективність самих чіпів;
- повторно використовувати відпрацьоване тепло.
Останній пункт особливо цікавий.
Якщо сервери постійно виробляють тепло, його можна не просто викидати в атмосферу. У деяких системах його можна передавати для опалення будівель або інших потреб.
Таким чином, майбутнє дата-центрів — це не обов’язково вибір між «витрачати багато води» і «витрачати багато електрики».
Можливі складніші системи, у яких намагаються оптимізувати одночасно воду, електроенергію, тепло та вартість.
І в цьому сенсі дата-центр — дуже показовий приклад сучасної техніки: цифрова послуга, яку ми сприймаємо як щось нематеріальне, насправді має цілком матеріальний фундамент — електростанції, сервери, мідь, кремній, системи охолодження і воду. Джерело