Новый институт ORNL: Управление энергией и безопасностью дата-центров ИИ

В Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL) запущена новая инициатива, призванная укрепить американскую инфраструктуру искусственного интеллекта (ИИ) и повысить надежность энергосетей. Ученые ORNL создали Институт нового поколения дата-центров (NGDCI) – внутреннюю программу, ориентированную на комплексное управление энергетическими, безопасностными и операционными аспектами стремительного роста ИИ.

Создание NGDCI обусловлено растущей обеспокоенностью по поводу нагрузки на электросети и сложности долгосрочного энергетического планирования, связанной с развитием ИИ-инфраструктуры. По словам директора ORNL Стивена Страйфера, «Искусственный интеллект трансформирует все сферы нашей жизни, но его энергетические потребности беспрецедентны. Ожидается, что потребление электроэнергии дата-центрами ИИ удвоится или утроится в ближайшее десятилетие, что создаст дополнительное давление на уже напряженную инфраструктуру. ORNL обладает уникальными возможностями для решения этой задачи».

Масштабы растущего спроса на электроэнергию

На сегодняшний день дата-центры ИИ потребляют более 4% всей электроэнергии в США. По прогнозам Института исследований электроэнергетики (EPRI), к 2030 году эта цифра может достичь 17%, если текущие тенденции к расширению сохранятся. Основной вклад в этот рост вносят вычислительные задачи, специфичные для ИИ. Обучение крупномасштабных моделей машинного обучения требует сотен мегаватт-часов электроэнергии, а их внедрение в полном объеме увеличивает нагрузку еще больше. Североамериканская корпорация по надежности электроэнергии (NERC) предупреждает, что быстрый рост спроса со стороны систем ИИ и индустриальной электрификации может повысить риски для стабильности энергосистем в ряде регионов. Параллельно продолжается рост инвестиций в цифровую инфраструктуру: по оценкам McKinsey & Company, к 2030 году глобальные расходы на дата-центры достигнут 7 триллионов долларов, причем на долю США придется более 40% этой суммы.

Федеральная стратегия и миссия Genesis

Запуск института совпадает с более широкой федеральной инициативой Министерства энергетики США под названием Genesis Mission. Программа направлена на более тесную интеграцию национальных вычислительных ресурсов с энергосистемами, которые их питают, с целью существенного увеличения объемов исследований и разработок в течение следующего десятилетия. Исследователи ORNL полагают, что новый институт будет способствовать достижению этих целей, изучая, как ИИ-инфраструктуру можно питать, охлаждать и защищать, не нарушая при этом общую надежность. Лаборатория готовится к развертыванию двух суперкомпьютеров нового поколения для ИИ – Discovery и Lux, – и институт будет частично сосредоточен на обеспечении их эффективной работы в рамках энергетических ограничений.

От нагрузки на сеть к поддержке сети

Одной из ключевых проблем является то, что существующие электросети не были спроектированы для обработки столь масштабной и концентрированной нагрузки, связанной с современными дата-центрами. Традиционные подходы к планированию могут оказаться недостаточными при сохранении текущих темпов роста спроса. Лаборатория утверждает, что более интеллектуальная интеграция может изменить ситуацию. Путем координации подачи электроэнергии, управления тепловым режимом, планирования рабочих нагрузок и прогнозирования с помощью ИИ, дата-центры могут в конечном итоге помогать балансировать спрос и предложение, а не просто увеличивать нагрузку на систему. Для поддержки этой работы институт будет использовать инструментарий моделирования, разработанный в рамках проекта Oak Ridge Modeling Energy Growth Associated with Data Centers (MEGA-DC). Эта платформа оценивает затраты на инфраструктуру, экономические последствия и пути модернизации для коммунальных предприятий, регуляторов штатов и разработчиков, оценивающих новые проекты дата-центров.

Шесть ключевых направлений исследований

NGDCI сосредоточится на шести технических приоритетах:

Продвинутое управление тепловым режимом для снижения значительного потребления энергии и воды, которое может составлять до 60% общего потребления объекта.
Новые архитектуры энергосистем, направленные на сокращение потерь при передаче и повышение эффективности между источником генерации и стоечным сервером.
Стратегии интеграции энергосистем, изучающие, как дата-центры могут способствовать устойчивости, а не подрывать ее.
Автономные системы управления операциями и нагрузкой для оптимизации вычислительных задач наряду с доступностью энергии.
Меры кибербезопасности, включая квантово-устойчивые коммуникации, для защиты как физической, так и цифровой инфраструктуры.
Моделирование интегрированных систем для оценки долгосрочного влияния ИИ-инфраструктуры на энергетические рынки, занятость, потребность в материалах и конкурентоспособность США.

По мере роста дата-центров ИИ, политики и коммунальные службы сталкиваются со сложным выбором между экономическим ростом и стабильностью энергосистем. Новый институт в Ок-Ридж сигнализирует о том, что национальные лаборатории позиционируют себя в центре этой дискуссии, фокусируясь на том, как согласовать амбиции в области передовых вычислений с реалиями энергосистемы, которая их поддерживает.