Energia e raffreddamento: i nuovi limiti dei data centre, a terra e in orbita

Due notizie pubblicate a un giorno di distanza sembrano slegate, finché non si leggono i numeri. Una riguarda un satellite grande come un frigorifero. L'altra, 1.500 miglia di linee di trasmissione. Entrambe toccano lo stesso nodo: i data centre hanno superato i limiti dei sistemi di alimentazione e raffreddamento previsti per loro.

Partiamo dal satellite. Il primo prototipo del Project Suncatcher di Google, battezzato MVP, partirà il 1° ottobre a bordo di un Falcon 9 di SpaceX, nell'ambito del rideshare Transporter-18, secondo Ars Technica. A bordo ci sono quattro acceleratori AI TPU personalizzati. I pannelli solari forniscono circa un kilowatt, potenza sufficiente all'incirca per un microonde o un asciugacapelli, nota Ars.

Non è un data centre. È un singolo server in orbita, con un problema di fisica alle spalle.

Il problema del raffreddamento, nello spazio e a terra

Gli acceleratori AI generano molto calore, e nel vuoto è molto più difficile smaltirlo. Non c'è aria per i dissipatori. I radiatori esistono, ma Ars Technica segnala che sono progettati per rimuovere quantità di calore relativamente piccole rispetto a quelle prodotte dal silicio AI. Google usa uno strato di materiale termico malleabile per collegare i chip a tubi di calore in alluminio e rame. Questi conducono il calore verso un radiatore che lo proietta nello spazio.

Anche così, i quattro chip funzionano solo a scatti di circa 15 minuti, poi devono spegnersi per lasciare recuperare i radiatori. Tom's Hardware, citando The New York Times, conferma il dato e aggiunge che i chip richiederanno riavvii periodici per azzerare i bit flip causati dalle radiazioni. Il satellite gestirà richieste AI per un massimo di un anno e resterà in orbita fino a sei anni prima del rientro atmosferico, anche se Ars precisa che questo primo test durerà solo pochi mesi.

Google non presenta questo come un prodotto. James Manyika, vicepresidente senior della ricerca, ha detto al Times: "A essere franchi, non ci aspettiamo nulla di utilmente operativo nei prossimi anni." Ha paragonato lo sforzo al lavoro sulle auto senza conducente, testato "per circa 15 anni prima che arrivasse qualcosa di concreto".

Manca un argomento sui costi. Lanciare un server in orbita per risparmiare sul raffreddamento terrestre non è, secondo i numeri disponibili, chiaramente più economico che costruire il raffreddamento a terra. Lo scopo dell'esperimento è capire cosa si rompe.

A terra, la rete è il collo di bottiglia

La versione terrestre del problema è emersa questa settimana in un annuncio del Dipartimento dell'Energia USA. Il dipartimento investirà 5,25 miliardi di dollari per la rete: 1,9 miliardi di fondi federali e 3,35 miliardi di compartecipazione, su 31 progetti in 26 stati. The Register ha riportato il 25 settembre che il programma, gestito nell'ambito dell'iniziativa SPARK con fondi GRIP, sbloccherà almeno 23 gigawatt di capacità aggiuntiva.

Il meccanismo conta. I progetti non aggiungono generazione. Ricostruiscono o sostituiscono i conduttori su oltre 1.500 miglia di linee e installano tecnologie di potenziamento della rete, come sensori e dispositivi di controllo del flusso, su 21.000 miglia di infrastrutture. In pratica, spremere di più da fili già esistenti. Il segretario all'Energia Chris Wright ha dichiarato che gli investimenti "otterranno di più dalle infrastrutture attuali, sposteranno più elettricità e aiuteranno a fornire energia accessibile, affidabile e sicura". Il dipartimento stima che il programma migliorerà l'affidabilità e ridurrà i costi per circa 100 milioni di americani.

The Register è diretto: potrebbe non bastare. Cita un avvertimento di Moody's di inizio settembre: il ritmo di costruzione dei data centre supera la velocità con cui la rete USA può aggiungere capacità. Moody's stima che il consumo elettrico dei data centre USA raggiungerà 426 TWh entro il 2030, quasi il doppio della cifra del 2025. Questo divario spinge il settore verso piccoli reattori modulari, geotermia e riattivazione di impianti nucleari vetusti. Spinge anche produttori come Nvidia a chiedere data centre in grado di restituire capacità alla rete quando serve, secondo The Register.

Perché le rinnovabili da sole non colmano il divario

Si assume spesso che l'energia pulita risolva l'offerta. Data Center Knowledge ha delineato i limiti di questa tesi in un articolo che resta la spiegazione più chiara del vincolo. La produzione eolica e solare varia con il meteo: un impianto solare ha bisogno di una fonte alternativa nelle giornate nuvolose, un parco eolico potrebbe non generare abbastanza megawatt in assenza di vento. Il geotermico è indipendente dal meteo, ma richiede impianti specializzati e investimenti iniziali maggiori; meno dello 0,5 per cento dell'elettricità USA viene generata così.

Lo stoccaggio è l'altra metà del problema. Senza enormi batterie, l'elettricità in eccesso da vento, sole o geotermico va persa. La conseguenza pratica, come nota Data Center Knowledge, è che alimentare un data centre solo con energia pulita richiede impianti di approvvigionamento con capacità totale molto più alta del necessario nella maggior parte del tempo, oppure integrazione con fonti non pulite nei picchi.

Questo non rende l'energia pulita inutile. Ricavare anche solo il 20 per cento dell'energia dalle rinnovabili taglia del 20 per cento le emissioni legate alla produzione. Combinato con misure di efficienza come il raffreddamento a liquido e la gestione intelligente dell'alimentazione, fa una differenza misurabile. Ma non rende la rete opzionale.

Il versante delle sanzioni

Quando l'energia scarseggia, gli operatori trovano scorciatoie, che a volte violano la legge. Il New Jersey ha ordinato questa settimana all'operatore di uno dei più grandi data centre pianificati sulla costa orientale di pagare una multa di 1,1 milioni di dollari per aver installato e gestito di nascosto generatori a gas in violazione dell'Air Pollution Control Act, ha riportato Ars Technica il 24 settembre.

DataOne è stata scoperta dopo un'inchiesta del Guardian e di Floodlight News, che in agosto ha diffuso riprese termiche da drone. Le immagini mostravano 45 dei 62 generatori in funzione. Nessuno aveva i permessi richiesti per generatori da 37 kilowatt o più, nonostante funzionassero a 1.982 kW, oltre 50 volte il limite statale. Il Dipartimento per la Protezione Ambientale del New Jersey ha osservato che tali generatori emettono anidride carbonica, ossidi di azoto, monossido di carbonio e altri inquinanti che possono peggiorare l'asma, scatenare infarti e causare morti premature.

Il commissario del DEP Ed Potosnak ha definito l'azione "di gran lunga la più grande mai intrapresa contro un data center nel New Jersey" e ha detto che i data centre non saranno "costruiti o gestiti con impunità in questo stato". L'azienda ha 45 giorni per richiedere i permessi o cessare le operazioni, ma può continuare a far funzionare i motori nel frattempo. Un portavoce di DataOne ha detto al New York Times che l'azienda richiederà i permessi e "non concorda" con la multa, aggiungendo che sta passando a celle a combustibile a basse emissioni.

I residenti vicino al sito di Vineland non sono soddisfatti. Nichole Gardner dell'organizzazione locale Sustain SJ ha detto ad Ars che la sanzione è "insufficiente, sia nell'importo sia nell'applicazione". Tiffany Leone-Vespa, che vive nel quartiere da 18 anni, ha detto al Times: "Cosa abbiamo respirato da quando fanno funzionare questi generatori senza permessi?"

Cosa collega le due storie

L'esperimento orbitale e la multa del New Jersey stanno agli estremi dello stesso vincolo. Google sta verificando se può sfuggire ai limiti terrestri lasciando il pianeta, scoprendo che il calore è ancora calore e un kilowatt è ancora un kilowatt. DataOne è ciò che accade quando un operatore decide che la rete non può aspettare, ma i permessi sì. Il Dipartimento dell'Energia cerca di guadagnare tempo con fili ricondotti. La stima di Manyika, riportata da Tom's Hardware, è che Google abbia circa 15 anni per passare da un server a quattro chip a un data centre completo. Moody's dà alla rete USA cinque anni per quasi raddoppiare l'elettricità fornita ai data centre. Quei due orologi non corrono alla stessa velocità.