科技日報記者 劉霞
隨著人工智能（AI）技術(shù)快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心數(shù)量激增，其對水資源的需求也日益攀升——主要用于冷卻系統(tǒng)與電力供應(yīng)。據(jù)經(jīng)合組織最新估算，到2027年，全球AI產(chǎn)業(yè)耗水量將達(dá)到66億立方米。
世界經(jīng)濟(jì)論壇網(wǎng)站在11月20日的報告中指出，實施循環(huán)水管理策略可將數(shù)據(jù)中心的用水量降低75%，這對保護(hù)社區(qū)淡水資源至關(guān)重要。這些方案包括采用先進(jìn)的液冷與閉環(huán)冷卻等技術(shù)，實現(xiàn)水資源優(yōu)化利用。
數(shù)據(jù)中心成水資源消耗大戶
從日常社交娛樂到復(fù)雜AI運(yùn)算，數(shù)據(jù)中心始終是數(shù)字世界的幕后支撐。然而其運(yùn)行也伴隨著高昂的環(huán)境代價，不僅消耗大量材料與能源，更離不開珍貴的水資源。海量數(shù)據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生巨大熱量，必須借助冷卻設(shè)備維持正常運(yùn)行。
數(shù)據(jù)中心用水主要集中在兩方面：一是冷卻系統(tǒng)，包括冷水機(jī)組、冷卻塔和液冷裝置等；二是發(fā)電環(huán)節(jié)，例如蒸汽發(fā)電需要大量用水。
2023年7月，美國科羅拉多大學(xué)河濱分校和得克薩斯大學(xué)阿靈頓分?？茖W(xué)家開展的聯(lián)合研究顯示，在微軟美國數(shù)據(jù)中心訓(xùn)練GPT-3模型，直接消耗了70萬升純凈水，足夠滿足2萬人單日用水需求。而且，ChatGPT每回應(yīng)20—50次提問，就“喝”掉一瓶500毫升的飲用水。
數(shù)據(jù)顯示，1兆瓦規(guī)模的數(shù)據(jù)中心每年制冷需水2550萬升，相當(dāng)于30萬人一天的用水量。而一個15兆瓦的中型數(shù)據(jù)中心，日耗水量更堪比三家醫(yī)院或兩座高爾夫球場的年用水量。
這一嚴(yán)峻形勢，凸顯出推行循環(huán)水管理戰(zhàn)略的緊迫性與巨大潛力。
智能管理結(jié)合先進(jìn)技術(shù)實現(xiàn)大幅節(jié)水
水資源優(yōu)化重在通過智能水管理系統(tǒng)，持續(xù)監(jiān)控和調(diào)整用水量，同時采用創(chuàng)新且節(jié)水的冷卻方法，最大限度地減少數(shù)據(jù)中心的實際用水量，實現(xiàn)精準(zhǔn)節(jié)水。
搭載實時傳感器的智能水管理系統(tǒng)，可依據(jù)冷卻需求動態(tài)調(diào)節(jié)供水，結(jié)合優(yōu)化算法提前控制水冷流程，實現(xiàn)節(jié)水25%。在此基礎(chǔ)上，液冷與閉環(huán)冷卻等先進(jìn)技術(shù)得以大顯身手。
液冷技術(shù)以冷卻液為導(dǎo)熱介質(zhì)，直接循環(huán)帶走中央處理器、圖形處理器等核心元件產(chǎn)生的熱量。與傳統(tǒng)方式相比，這項技術(shù)可節(jié)約91%的用水，降低50%的能耗，并減少85%的空間占用。
閉環(huán)冷卻系統(tǒng)則通過密閉循環(huán)的冷卻介質(zhì)（如水或?qū)Ｓ靡后w）實現(xiàn)高效散熱，廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造、通信保障與數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域。
最具創(chuàng)新性的當(dāng)屬“直達(dá)芯片冷卻”，通過冷卻液或冷板直接接觸芯片表面散熱，有效避免過熱與水資源浪費(fèi)。此項技術(shù)特別適合缺水地區(qū)，可實現(xiàn)20%—90%的節(jié)水效益，并降低18%的用電需求。
目前，微軟已部署閉環(huán)液冷系統(tǒng)；開利公司正投資芯片直冷技術(shù)；藝康集團(tuán)推出的3D TRASAR?技術(shù)，能實時監(jiān)測冷卻液狀態(tài)，保障服務(wù)器穩(wěn)定運(yùn)行。
行業(yè)分析顯示，全球數(shù)據(jù)中心冷卻市場預(yù)計在2029年突破2000億美元，其中液冷技術(shù)的年復(fù)合增長率將高達(dá)39%。
補(bǔ)水方案打造水資源良性循環(huán)
除了節(jié)約用水，數(shù)據(jù)中心還能通過補(bǔ)水措施改善當(dāng)?shù)厮Y源狀況。水資源優(yōu)化減少用水量，補(bǔ)水措施則側(cè)重于通過提升水資源供應(yīng)和水質(zhì)來恢復(fù)水源，確保當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)獲得清潔水源。
關(guān)鍵策略包括廢水處理與再利用，將再生水用于灌溉和工業(yè)過程；補(bǔ)充地下水儲水庫、通過高效灌溉方式節(jié)約用水等。
采用廢水處理回用技術(shù)的數(shù)據(jù)中心，可減少50%的淡水依賴。例如亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)正在推進(jìn)多項節(jié)水補(bǔ)水計劃，包括修復(fù)管道、收集雨水、用再生水冷卻服務(wù)器等。
在美國佐治亞州，谷歌通過回收市政廢水滿足數(shù)據(jù)中心冷卻需求，并將未蒸發(fā)的水處理后回歸自然河道。
微軟則提出2030年實現(xiàn)“水中和”目標(biāo)，計劃通過節(jié)水、超額補(bǔ)水、改善供水服務(wù)及參與政策制定等多重途徑實施。其在西班牙埃布羅河流域推行的智能灌溉項目，已節(jié)約11.5萬立方米水源，惠及740公頃農(nóng)田與710余戶農(nóng)戶。
盡管當(dāng)前循環(huán)水管理已取得顯著進(jìn)展，但面對數(shù)字服務(wù)需求的持續(xù)增長，仍需更宏大的戰(zhàn)略布局——將系統(tǒng)化、數(shù)據(jù)驅(qū)動的節(jié)水方案深度融入數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計。這不僅是環(huán)保合規(guī)的要求，更是構(gòu)建可持續(xù)數(shù)字生態(tài)的戰(zhàn)略必需。