Centros de Dados de IA Enfrentam Desafios Crescentes de Energia e Água
Pontos principais
- Os centros de dados de IA dependem fortemente de GPUs que consomem muita energia, impulsionando um aumento acentuado no uso de eletricidade.
- O calor das GPUs exige refrigeração intensiva, aumentando dramaticamente o consumo de água.
- Métodos de refrigeração tradicionais consomem bilhões de litros de água anualmente.
- A refrigeração líquida de circuito fechado e a refrigeração de chips micro-fluídos oferecem ganhos significativos de redução de calor.
- Soluções de refrigeração gratuita e geotérmica estão sendo pilotadas para reduzir o uso de água e energia.
- A transparência sobre emissões e uso de recursos é urgida por especialistas da indústria.
- Modelos de IA menores e ajustados e um melhor design de hardware podem reduzir a demanda geral.
O aumento da carga de trabalho de IA está impulsionando a expansão rápida de centros de dados que dependem fortemente de GPUs, que consumem muito mais energia e geram muito mais calor do que os CPUs tradicionais. Esse crescimento está estressando os suprimentos de eletricidade e aumentando dramaticamente o uso de água para refrigeração. Líderes da indústria estão explorando opções de refrigeração líquida, chips micro-fluídos, refrigeração gratuita e geotérmica, enquanto especialistas pedem maior transparência, design de hardware mais inteligente e uso mais eficiente de modelos para reduzir o impacto ambiental.
Crescente Demanda de Recursos
A adoção rápida da IA tem impulsionado a construção de novos centros de dados cheios de unidades de processamento gráfico (GPUs). Diferentemente dos CPUs, as GPUs "ativam todas as unidades de processamento ao mesmo tempo", levando a um maior consumo de energia e saída de calor. O uso de eletricidade relatado aumentou de aproximadamente 60 TWh nos primeiros anos para 176 TWh em 2023, impulsionando o uso de energia dos centros de dados de cerca de 1,9% para quase 4,4% do consumo total dos EUA.
O calor gerado pelas GPUs deve ser gerenciado para manter o desempenho e a longevidade. Diretrizes padrão aconselham manter as salas de servidor entre 18 °C e 27 °C (64,4 °F a 80,6 °F). Atender a esses limites requer refrigeração intensiva, o que, por sua vez, impulsiona o consumo de água.
Refrigeração e Uso de Água
Métodos de refrigeração tradicionais - contenção de corredores quentes e frios, refrigeração evaporativa direta e indireta - dependem de grandes volumes de água. Os centros de dados dos EUA consumiram 21,2 bilhões de litros de água em 2014, subindo para 66 bilhões de litros em 2018. As instalações focadas em IA usaram cerca de 55,4 bilhões de litros em 2023, com projeções sugerindo um possível aumento para 124 bilhões de litros até 2028.
Muito dessa água, no entanto, é perdida por evaporação ou tratada com produtos químicos, limitando sua reutilização. O uso indireto de água - principalmente de usinas de energia que fornecem eletricidade - representa cerca de três quartos da pegada hídrica total de um centro de dados.
Soluções Sustentáveis Emergentes
Empresas estão testando uma variedade de inovações de refrigeração. A refrigeração líquida de circuito fechado, já comum em PCs de alto desempenho, está sendo adotada em centros de dados de IA para reciclar o líquido de refrigeração sem perda. O sistema de refrigeração micro-fluída da Microsoft demonstrou até três vezes melhor remoção de calor do que as placas frias tradicionais, reduzindo a elevação da temperatura do silício da GPU em 65% nos testes de laboratório.
A refrigeração gratuita aproveita o ar ambiente ou a água do mar, às vezes combinada com a captação de água da chuva. O Start Campus em Portugal planeja circular a água do mar por seu loop de refrigeração, prometendo nenhuma perda significativa de água. A refrigeração por imersão - submergir o hardware em líquidos não condutores - permanece nichada, mas mostra promessa para aplicações específicas.
Opções geotérmicas estão ganhando tração. O Iron Mountain Data Centers usa um reservatório subterrâneo de 35 acres para refrigeração durante todo o ano, enquanto a Meta tem parceria com a Sage Geosystems para obter até 150 MW de energia geotérmica para futuras instalações.
Indústria Pedindo Transparência e Eficiência
Especialistas enfatizam que uma maior transparência sobre emissões e uso de recursos é essencial. Vijay Gadepally, do Laboratório Lincoln do MIT, insta as empresas de IA a divulgar suas pegadas e a priorizar projetos de chip mais inteligentes e uma melhor utilização da capacidade existente. Ele observa que muitos modelos de IA estão "vastamente superdimensionados", sugerindo que modelos menores e ajustados podem alcançar um desempenho comparável enquanto reduzem o desperdício computacional.
Ao se concentrar em hardware eficiente, alocação de carga de trabalho mais inteligente e refrigeração sustentável, a indústria pode mitigar a pressão sobre as redes de energia e os suprimentos de água, evitando "apagões, menos água potável e custos de serviços públicos crescentes" para as comunidades circundantes.