Разработанная стартапом система охлаждения, вдохновленная ядерным оружием, может сделать центры обработки данных более экологичными.

Компания Ferveret, основанная двумя исследователями из Массачусетского технологического института, снижает количество энергии и воды, необходимых для охлаждения чипов, на которых работает искусственный интеллект. Система охлаждения Ferveret погружает компьютерные серверы в специальную жидкость, которая поглощает тепло гораздо эффективнее, чем воздух от вентилятора. Отличие этого решения от других систем жидкостного охлаждения заключается в наличии более мелких пузырьков на поверхности сервера, которые отрываются чаще, ускоряя процесс теплопередачи. (Фото: любезно предоставлено компанией Ferveret)

Развитие искусственного интеллекта происходит на фоне масштабного расширения центров обработки данных. По прогнозам, к концу десятилетия на центры обработки данных будет приходиться от 9 до 17 процентов от общего потребления электроэнергии в США. Сегодня около трети электроэнергии, потребляемой центрами обработки данных, расходуется на охлаждение микросхем, на которых работают модели ИИ.

Именно этот процесс компания Ferveret стремится сделать более эффективным. Стартап, основанный Резой Азизианом, бывшим постдоком Массачусетского технологического института в области ядерной инженерии, и Маттео Буччи, доцентом кафедры ядерной науки и инженерии имени Эстер и Гарольда Э. Эджертона в Массачусетском технологическом институте, адаптирует подход, используемый в ядерных реакторах, для охлаждения чипов без воды и со значительно меньшим потреблением электроэнергии.

Система охлаждения компании погружает компьютерные серверы в специальную жидкость, которая поглощает тепло гораздо эффективнее, чем воздух от вентилятора. Отличие этого решения от других систем жидкостного охлаждения заключается в пузырьках: адаптивное фазовое охлаждение (APC) от Ferveret создает на поверхности сервера гораздо меньшие пузырьки, которые отрываются чаще, ускоряя процесс теплопередачи.

Компания Ferveret уже тестирует свои решения с такими компаниями, как CleanSpark, разработчик и оператор центров обработки данных, а также FuriosaAI, компания-акселератор искусственного интеллекта, и Switch, один из крупнейших операторов центров обработки данных в США.

В недавнем исследовании, проведенном в сотрудничестве с кафедрой компьютерных наук им. Самуэли в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, компания Ferveret обнаружила, что ее решение APC привело к повышению эффективности вычислительной мощности на 15 процентов по сравнению с современными системами жидкостного охлаждения. Сочетая эту экономию с системой управления питанием Ferveret для оптимизации условий работы, компания утверждает, что это позволяет центрам обработки данных получать на 35 процентов больше токенов — небольших фрагментов текста или данных — от своих моделей ИИ при том же объеме потребляемой энергии.

«Наша цель — сделать центры обработки данных максимально экологичными и помочь им использовать каждый ватт энергии для генерации токенов, которые являются наиболее полезными выходными данными», — говорит Азизиан. «Наша система позволяет использовать более мощные чипы, помогает центрам обработки данных значительно экономить энергию и достигает всего этого с нулевым потреблением воды».

От ядерных реакторов до искусственного интеллекта

В 2013 году Азизиан был постдоком в Массачусетском технологическом институте, когда познакомился с Буччи, который тогда работал научным сотрудником. Они занимались теплопередачей в ядерных реакторах, прежде чем Азизиан перешел в промышленность, где переключил свое внимание на охлаждение микросхем. Сначала Азизиан работал над гарнитурой дополненной реальности Microsoft HoloLens, а затем присоединился к Nvidia, производящей графические процессоры, используемые компаниями для обучения и запуска новейших моделей искусственного интеллекта. Тем временем Буччи продолжал проводить исследования в Массачусетском технологическом институте, став доцентом в 2016 году.

Азизиан впервые посетил центр обработки данных в 2017 году, где его поразили огромные, шумные вентиляторы, заполнявшие здание своим охлаждением.

«Я подумал: „Черт возьми, так не охлаждают помещения“», — вспоминает Азизиан, отмечая, что воздушное охлаждение по-прежнему может потреблять 40 процентов электроэнергии, поступающей в центр обработки данных. «Это был неэффективный способ, но поскольку он не влиял на производительность, никого не волновало, что технологии охлаждения устарели на 50 лет».

Азизиан начал обсуждать с Буччи возможность применения их знаний в области оптимизации теплопередачи в ядерных реакторах в центрах обработки данных. Ученые десятилетиями искали лучшие способы отвода тепла в ядерных реакторах.

«Теплопередача определяет, сколько энергии можно извлечь из активной зоны реактора, что напрямую влияет на прибыль», — объясняет Азизиан.

Основатели запустили Ferveret в 2021 году. С тех пор, как Азизиан впервые побывал в дата-центре, многое изменилось. Компании-производители чипов размещают на своих микросхемах все больше и больше компонентов, поскольку взрывной рост искусственного интеллекта поставил перед собой задачу максимально эффективно использовать вычислительные мощности при ограниченном энергопотреблении.

Это побудило операторов центров обработки данных использовать жидкость для охлаждения чипов — часто с помощью метода, известного как иммерсионное охлаждение, при котором чипы погружаются в жидкость. Наиболее эффективная форма иммерсионного охлаждения доводит жидкость до кипения.

«Жидкость — лучшая теплоносительная среда, чем воздух. Именно поэтому, когда вы опускаете руку в воду комнатной температуры, она всё ещё кажется холодной», — объясняет Буччи. «Когда жидкость кипит, она ещё лучше отводит тепло, потому что фазовый переход требует много энергии, а именно энергии, которую вы отводите от чипа. Это позволяет передавать большие объёмы тепла с минимальной разницей температур между чипом и жидкостью».

К сожалению, кипящая жидкость усложняет систему, поскольку заставляет операторов улавливать и повторно разжижать пузырьки, одновременно контролируя давление, температуру и количество жидкости.

Система Ферверета адаптирована из процесса, используемого в ядерных реакторах, называемого переохлажденным кипением. В ней используется жидкость с низкой температурой кипения и отсутствуют токсичные ПФАС — «вечные химикаты», которые применяются в других подходах. На поверхности чипа жидкость Ферверета образует более мелкие пузырьки, чем при других методах иммерсионного охлаждения. Эти пузырьки отрываются чаще и быстро конденсируются в окружающей жидкости, ускоряя цикл повторного смачивания пузырьков на поверхности чипа и тем самым ускоряя теплопередачу.

Компания Ferveret поставляет свою систему APC в небольших коробках, в каждой из которых размещается один сервер. Основатели утверждают, что их модульные системы упрощают развертывание и техническое обслуживание.

«Физические принципы позволяют нам создавать формы, которые раньше были невозможны», — говорит Азизиан. «Большинство решений для иммерсионного охлаждения представляют собой большие резервуары, в которые погружают серверы. У нас же есть более компактное модульное решение для установки в стойку, которое адаптируется к существующей инфраструктуре, поэтому внедрение нашей технологии становится проще».

Компания Ferveret также предлагает программное обеспечение для управления, которое в режиме реального времени регулирует мощность, подаваемую на каждый сервер, для дальнейшего повышения эффективности.

«Мы поставляем комплексные системы, включающие в себя холодильный бокс, стойку, блоки распределения охлаждения и датчики, измеряющие температуру и давление», — говорит Буччи. «Наше программное обеспечение отслеживает показания этих датчиков и оптимизирует условия работы внутри каждого бокса, чтобы минимизировать энергопотребление в системе».

Искусственный интеллект с меньшими ресурсами

Помимо повышения эффективности работы центров обработки данных, Ferveret также способствует повышению экологической устойчивости, упрощая эксплуатацию центров обработки данных в отдаленных регионах с использованием возобновляемых источников энергии.

«Солнце светит там, где мало воды, поэтому преимущество нашей технологии, не требующей воды, заключается в том, что она позволяет строить центры обработки данных там, где есть солнечная энергия, но нет охлаждения», — говорит Буччи. «Эта технология может помочь в развертывании центров обработки данных в регионах, где обычно нет ресурсов для этого, включая Африку, Ближний Восток и, конечно же, некоторые части Америки. Это огромный прорыв».

Компания Ferveret ведет переговоры с крупными компаниями, предоставляющими облачные вычисления, известными как гипермасштабные провайдеры, и в настоящее время участвует в программе Nvidia Inception для стартапов. Компания планирует объявить о расширении партнерских отношений позднее в этом году. После этого основатели планируют быстро масштабировать свою технологию, чтобы помочь индустрии искусственного интеллекта продолжать расти, не создавая дополнительной нагрузки на планету.

«Компьютерная индустрия сталкивается с огромной проблемой доступа к электроэнергии, а во многих регионах есть проблемы с доступом к воде», — говорит Азизиан. «По мере роста отрасли это будет только усугубляться. Главная цель для операторов центров обработки данных — получать больше токенов от имеющейся у них электроэнергии. Мы показали, что можем это сделать».

Источник: news.mit.edu