Будущее дата-центров — ИИ и ядерные реакторы

Сейчас ЦОДы потребляют примерно 2% электроэнергии в мире, но в будущем их доля значительно возрастёт: по некоторым прогнозам, превысит 20% к 2030 году, а в отдельных странах вроде Ирландии превысит 30%.

Идея питания ЦОДов от малых ядерных реакторов кажется вполне здравой. В конце концов, это экологически чистый источник энергии, который не загрязняет окрестности дымом, шумом и вредными газами.

Строительством дата-центров занимаются различные компании, в том числе специализированные подрядчики, архитектурные и инженерные фирмы, а также крупные технологические компании, у которых есть собственные дата-центры, такие как Google, Amazon, Microsoft или российские «Яндекс» с Mail.ru.

В некоторых случаях девелоперы стремятся разместить ЦОД в городской черте. У такого выбора ряд преимуществ: в городе уже готова отличная инфраструктура, так что можно сэкономить на строительстве. Чего не хватает в городе, так это больших земельных участков. Приходится строить многоэтажные дата-центры.

Дата-центр InterXion в Амстердаме, также известный как Amsterdam Data Tower, в 2017 году был номинирован на награду DCD Awards как самый красивый ЦОД в мире

В 2023−2024 годах крупнейшие IT-корпорации резко активизировались на рынке дата-центров. Практически все они объявили о строительстве новых ЦОДов и разработке собственных специализированных чипов ИИ (TPU, tensor processing units). Причина в том, что сейчас мировая индустрия сосредоточилась на разработке новых моделей ИИ. А скорость обучения таких моделей и производительность из работы напрямую зависит от вычислительной мощности кластера.

▍ Будущее дата-центров — Искусственный Интеллект

Из-за бума ИИ частные инвестиции в строительство дата-центров в США за пару лет удвоились и достигли $30 млрд в 2024 году. Это превышает инвестиции в строительство новых больниц и школ:

Мировой рынок строительства ЦОДов оценивается в $250 млрд в год. Благодаря ИИ-приложениям это теперь самая перспективная отрасль строительства.

Один из самых активных игроков в сфере ИИ — корпорация Microsoft, крупнейший акционер OpenAI. Поэтому она заинтересована в строительстве новых ЦОДов. Более того, среди открытых вакансий Microsoft недавно была замечена вакансия главного менеджера по ядерным технологиям:

Судя по описанию вакансии, Microsoft собирается использовать малые ядерные реакторы (SMR) для своих дата-центров. Понятно, ведь энергии для ЦОДов не хватает: по этой причине Microsoft недавно добилась перезапуска АЭС Три-Майл-Айленд, которую остановили в 2019 году.

Многострадальная АЭС Три-Майл-Айленд в Пенсильвании была введена в строй в 1974 году и остановлена в 2019 году. Теперь её перезапустят по запросу Microsoft

Apple разрабатывает собственный ИИ-процессор совместно с Broadcom, это будет первый серверный чип Apple. Микросхему под кодовым названием Baltra должны выпустить в 2026 году.

Нужно сказать, что на десктопах и ноутбуках любые модели LLM лучше всего работают именно на компьютерах Mac, с процессорами M3 и общей памятью (например, 64 ГБ), которая эффективно делится между CPU и GPU, обеспечивая высочайшую пропускную способность, к сожалению, недоступную под Linux и Windows.

Кстати, именно Broadcom выпускает серверные чипы TPU для Google.

Компания Amazon недавно купила у Talen Energy дата-центр рядом с атомной станцией в Салеме, штат Пенсильвания. Для облачного сервиса AWS требуется много ЦОДов, и атомная энергия — один из основных вариантов энергообеспечения. В то же время AWS не просто предоставляет ИИ-сервисы, но и называет себя одним из мировых лидеров «с более чем 25-летним новаторским опытом в области ИИ».

В октябре 2024 года Amazon последовала примеру Google и тоже вложила крупную сумму в компанию-производителя малых ядерных реакторов. Такие реакторы в будущем будут запускать для электропитания дата-центров. Google для инвестиций выбрала стартап Kairos Power, а Amazon — X-Energy.

Модель малого ядерного реактора X-Energy

Экстремистская компания Meta объявила тендер на строительство новых атомных станций на 1−4 ГВт для «чтобы достичь целей в области инноваций и устойчивого развития ИИ».

Илон Маск тоже не остался в стороне от ИИ-гонки, тем более он был у её истоков как один из сооснователей OpenAI, хотя затем покинул компанию. Но сейчас хочет вернуться в общий тренд. В 2023 году он основал стартап xAI, который в 2024 году построил суперкомпьютер xAI Colossus в Мемфисе (США). На сегодняшний день это крупнейшая в мире система для обучения ИИ.

xAI Colossus

Для вычислительного суперкластера стоимостью $6 млрд закупили 100 000 GPU-ускорителей Nvidia H200, их смонтировали в рекордный срок 19 дней, хотя обычно такая работа занимает около года. Это вдобавок к существующему кластеру 100 000 ускорителей H100, который был введён в строй за 122 дня. Таким образом, общее количество действующих H100/H200 скоро составит 200 000. Каждый H100 потребляет до 700 Вт.

Стойки Supermicro с жидкостным охлаждением

В каждой стойке восемь 4U-серверов по восемь GPU (т. е. 64 GPU на стойку), а также теплообменник Supermicro Coolant Distribution Unit (CDU) внизу.

Supermicro Coolant Distribution Unit

Суперкомпьютер будет использоваться для ИИ-систем Грок (имя из романа «Автостопом по Галактике»), Грок-2 и следующих, а также найдёт применение для полностью автономного автопилота Tesla (программа Full Self Driving).

Стойки организованы в группы по восемь штук (512 GPU). На данный момент это самые продвинутые ИИ-серверы на рынке.

Местные власти разрешили xAI Colossus энергопотребление 150 МВт с потенциальным удвоением до 300 МВт. Подстанция 150 МВт показана на схеме:

Пока подстанцию не достроили, Илон Маск подогнал к дата-центру 14 мобильных генераторов VoltaGrid:

Такое энергопотребление (300 МВт) уже приближается к мощности ядерных реакторов, какие устанавливают на АЭС. Например, реактор ВВЭР-440 с электрической мощностью 440 МВт (Кольская АЭС, Ровенская АЭС, чешская АЭС Дукованы и другие).

▍ Ядерные реакторы для дата-центров

В связи со строительством большого количества новых ЦОДов возрос и спрос на ядерную энергию. По словам исполнительного директора Nvidia Дженсена Хуанга, это отличный источник энергии для дата-центров, хотя с ростом потребления им понадобятся любые источники энергии, в оптимальном балансе.

Возможным решением проблемы могут стать малые модульные реакторы (Small Modular Nuclear, SMR), пригодные для установки в ЦОДах.

Их ещё называют ММР (малые модульные реакторы) или АСММ (атомная станция малой мощности). Первый в мире ММР был сдан в эксплуатацию в 2020 году на плавучей атомной ТЭС «Академик Ломоносов».

По данным МАГАТЭ, в разных странах существует более 80 проектов и концепций ММР. Большинство из них на различных стадиях разработки, а некоторые заявлены как готовые к запуску в ближайшем будущем. В Аргентине, Китае и России на последних стадиях строительства находятся четыре реактора ММР, другие на стадии лицензирования в Канаде, Южной Корее и США. В США разработками ММР занимается несколько стартапов, включая Oklo, BWX Technologies, Kairos Power, NuScale Power и X-Energy. В Великобритании этим направлением занимается в том числе Rolls-Royce.

К примеру, реакторы Kairos Power работают на TRISO-топливе (TRi-структурные ISO-тропные частицы): смесь частиц урана, углерода и кислорода. Ядро заключено в три слоя материалов на основе углерода и керамики, предотвращающих выделение радиоактивных продуктов. Топливо можно производить в виде цилиндрических гранул или сфер размером с бильярдный шар, называемых «галькой» для высокотемпературных газовых реакторов или реакторов в расплаве соли.

Топливо TRISO

Топливо TRISO более устойчиво к нейтронному облучению, коррозии, окислению и высоким температурам. Оно не способно расплавиться в реакторе и выдерживает экстремальные температуры, значительно превышающие всех виды ядерного топлива (по заявлению компании).

Топливо TRISO

Комиссия по ядерному регулированию США в прошлом году одобрила первый проект MMР, электростанцию NuScale VOYGR.

Электростанция NuScale VOYGR

Ведущий производитель ММР, компания NuScale Power прямо позиционирует эти модули как «оптимальное решение для ИИ». К тому же ещё и самое экологичное:

Уровень выбросов CO₂ на протяжении всего жизненного цикла, с учётом использования земли и потребления минералов и металлов среди всех источников энергии, источник: United Nations Economic Commission for Europe (UNECE), 2021 Life Cycle Assessment of Electricity Generation Options

NuScale Power — не единственная, кто готовит ядерные реакторы для ЦОДов. Например, американский девелопер Green Energy Partners в прошлом году закупил 259 га земли в Вирджинии, планируя запустить от четырёх до шести ММР для питания 20-30 дата-центров, производства водородного топлива и обеспечения резервного питания для энергосистемы штата.

Электростанция ENTRY1 Energy с модульным реактором NuScale

Малые модульные реакторы рассматриваются в качестве перспективной технологии, у которой большое будущее. Потенциальной проблемой будет завоевание общественного признания, особенно относительно места размещения реакторов: «Сегодня коммерческие ядерные реакторы располагаются почти исключительно в отдалённых местах, вдали от высокой плотности населения, — говорит Джулианна Антробус (Julianne Antrobus), руководитель отдела ядерных технологий компании PA Consulting. — Перспективы малых атомных станций в том, что их характеристики безопасности позволят размещать их в менее удалённых районах, и именно здесь может возникнуть проблема с общественным мнением».

Поначалу будет непривычно, что ядерный реактор работает рядом с городом, но со временем люди к этому привыкнут. Однако поначалу индустрии придётся преодолеть сопротивление общественных объединений, которые протестуют против строительства дата-центров возле своих городов:

Например, в окрестностях Сантьяго (Чили) введены в строй или готовятся к вводу 11 дата-центров от транснациональных корпораций, что очень не нравится чилийцам.

Чтобы компенсировать ущерб экологии от своего дата-центра, корпорация Google высадила на окраине Сантьяго «городской лес» (Google Urban Forest), который сейчас закрыт для посетителей и в основном засох, источник

Разумеется, общественные протесты представляют проблему только в демократических странах. В остальных никто и не подумает выходить против решения властей.

Коммерческий выпуск и начало эксплуатации малых ядерных реакторов в дата-центрах ожидается через 5−10 лет. Для массового строительства ММР предстоит преодолеть также несколько бюрократических барьеров, снизить стоимость строительства и решить проблему хранения отработанного топлива.

Вероятно, на рынке появятся новые компании, которые будут специализироваться на строительстве и обслуживании ММР, в том числе по заказу от операторов ЦОДов. Новые дата-центры сегодня закладываются уже с учётом такой, ядерной перспективы.

© 2024 ООО «МТ ФИНАНС»

Telegram-канал со скидками, розыгрышами призов и новостями IT 💻