ડેટા સેન્ટર કૂલિંગ ટેકનોલોજી અને આર્ટિફિશિયલ ઇન્ટેલિજન્સ

ડેટા સેન્ટર કૂલિંગ ટેકનોલોજી અને આર્ટિફિશિયલ ઇન્ટેલિજન્સ

#GS-3 #વિજ્ઞાન અને ટેકનોલોજી #કૃત્રિમ બુદ્ધિમત્તા (AI) #માહિતી અને સંચાર ટેકનોલોજી (ICT) #ઊર્જા #પર્યાવરણ #ટકાઉ વિકાસ #વર્તમાન પ્રવાહો #રાષ્ટ્રીય

મુખ્ય મુદ્દા

  • ભારતમાં ડેટા સેન્ટરોની કાર્યકારી ક્ષમતા 2020 ના 520 MW થી વધીને 2026 માં 1.5 GW થી 1.57 GW થઈ ગઈ છે.
  • Ministry of Power ના અંદાજ મુજબ 2031-32 સુધીમાં AI અને ડેટા સેન્ટરોને લીધે વધારાની 26.3 GW વીજળીની જરૂર પડશે.
  • નવા AI સર્વર રેકમાંથી 120 kW થી 150 kW ગરમી પેદા થાય છે, જે એર-કૂલિંગની 40 kW ની ક્ષમતા કરતા ઘણી વધારે છે.
  • ડેટા સેન્ટરમાં વીજળી 1:1 ના પ્રમાણમાં સીધી ગરમીમાં ફેરવાય છે, જેના માટે Direct-to-Chip (DTC) અને ઇમર્શન કૂલિંગ જેવી પદ્ધતિઓ જરૂરી બની છે.

શા માટે ચર્ચામાં છે?

  • ભારતમાં Artificial Intelligence (AI) ડેટા સેન્ટરો ઝડપથી વધી રહ્યા છે, જેના લીધે વીજળી અને પાણીની ઓછી ખપત વાળી કૂલિંગ પદ્ધતિઓ જરૂરી બની છે.
  • ગૂગલે Visakhapatnam માં 1 GW નું ડેટા સેન્ટર બનાવવાનું નક્કી કર્યું છે, જેમાં પાણીની તંગી ન થાય તે માટે એર-કૂલિંગ ટેકનોલોજી વાપરવામાં આવશે.
  • ટાટા કન્સલ્ટન્સી સર્વિસિસ (TCS) પણ Hyderabad માં HyperVault નામનું 1 GW ક્ષમતા ધરાવતું ડેટા સેન્ટર બનાવી રહી છે, જેમાં ચિપને ઠંડી રાખવા Direct-to-Chip (DTC) લિક્વિડ કૂલિંગ ટેકનોલોજી વપરાશે.

ભારતમાં ડેટા સેન્ટરોમાંથી ગરમી પેદા થવાની સ્થિતિ

  • ભારતમાં ચાલુ ડેટા સેન્ટરોની ક્ષમતા 2020 માં 520 MW હતી, જે વધીને 2026 માં 1.5 GW થી 1.57 GW સુધી પહોંચી ગઈ છે.
  • Ministry of Power ના અંદાજ મુજબ 2031-32 સુધીમાં AI અને ડેટા સેન્ટરોના કારણે દેશમાં વીજળીની માંગ 26.3 GW જેટલી વધી જશે.
  • ડેટા સેન્ટરના કમ્પ્યુટર જે વીજળી વાપરે છે તે 1:1 ના પ્રમાણમાં સીધી ગરમીમાં ફેરવાય છે, એટલે કે 1 GW નું ડેટા સેન્ટર લગભગ 1 GW જેટલી ગરમી પેદા કરે છે જેને બહાર કાઢવી પડે છે.
  • સામાન્ય ક્લાઉડ સર્વરના એક રેકમાંથી 5 kW થી 10 kW ગરમી નીકળે છે, જ્યારે આધુનિક AI સર્વરના એક રેકમાંથી 120 kW થી 150 kW જેટલી ભારે ગરમી બહાર આવે છે.
  • જ્યારે સર્વરમાંથી ખૂબ વધુ ગરમી નીકળે ત્યારે સામાન્ય હવા તેને ઠંડી કરી શકતી નથી, આ મર્યાદાને Thermal Wall કહે છે અને તેના માટે ખાસ પ્રવાહી કૂલિંગ જરૂરી બને છે.
  • સર્વરને ઠંડા રાખવા માટે પંખા, ચિલર અને પંપ ઘણી બધી વીજળી વાપરે છે, જેનાથી ખર્ચ વધે છે અને કાર્બન ઉત્સર્જન પણ વધે છે.
  • ભારતના અડધાથી વધુ ડેટા સેન્ટરો Mumbai અને Navi Mumbai માં આવેલા છે, જ્યારે બાકીના Chennai, Hyderabad, Bengaluru, Delhi-NCR અને Jamnagar માં હોવાથી ત્યાં સ્થાનિક સંસાધનો પર ભારે દબાણ આવે છે.
  • 1 GW ના પ્લાન્ટને હવાથી ઠંડો રાખતા મોટા મશીનો 100 decibels જેટલો ભારે અવાજ પેદા કરે છે, જેનો ઘોંઘાટ આસપાસના વિસ્તારોમાં ઘણા કિલોમીટર સુધી સંભળાય છે.
  • જો સ્વચ્છ સૌર કે પવન ઊર્જા ઝડપથી નહીં વધે, તો ડેટા સેન્ટરો માટે કોલસાથી બનતી વીજળી વાપરવી પડશે, જેનાથી ભારતનો Net Zero 2070 નો લક્ષ્યાંક મુશ્કેલ બની શકે છે.
  • એક જ જગ્યાએ ઘણા બધા ડેટા સેન્ટર હોવાથી શહેરોમાં ગરમી વધી જાય છે, જેનાથી Urban Heat Island (UHI) ની સમસ્યા ગંભીર બને છે.

ડેટા સેન્ટર ઠંડા રાખવાની મુખ્ય ટેકનોલોજી

  • એર-કૂલિંગ પદ્ધતિમાં CRAC અને CRAH જેવા મોટા એસી અને પંખા વડે સર્વર રૂમમાં ઠંડી હવા ફેરવીને ગરમી બહાર કાઢવામાં આવે છે.
  • એર-કૂલિંગ માત્ર 40 kW સુધીની ગરમી સંભાળી શકે છે, જ્યારે Nvidia Blackwell જેવી નવી AI ચિપ્સ 120 kW થી 150 kW જેટલી ગરમી પેદા કરે છે.
  • નવા AI સર્વરને ફક્ત હવાથી ઠંડા રાખવા જઈએ તો મોટા પવન ટનલ જેવા સાધનો લગાવવા પડે, જેથી વીજળીનો વપરાશ અને ખર્ચ ખૂબ વધી જાય છે.
  • ફ્રી કૂલિંગ પદ્ધતિમાં કુદરતી ઠંડી હવા અથવા બહારના ઓછા તાપમાનનો ઉપયોગ થાય છે, જેથી કૂલિંગ મશીનો ચલાવવાની વીજળી બચી જાય છે.
  • Direct-to-Chip (DTC) પદ્ધતિમાં પ્રોસેસર અને ગ્રાફિક્સ ચિપ ઉપર ધાતુની ઠંડી પ્લેટ મૂકીને તેમાં ખાસ પ્રવાહી ફેરવવામાં આવે છે.
  • આ પ્રવાહી સીધી ચિપમાંથી ગરમી ખેંચી લે છે, તેથી DTC પદ્ધતિ AI અને High-Performance Computing (HPC) માટે સૌથી વધુ અનુકૂળ રહે છે.
  • Rear-Door Heat Exchanger (RDHx) સિસ્ટમમાં સર્વર રેકના પાછલા દરવાજે પ્રવાહી વાળા પાઇપ લગાવીને બહાર નીકળતી ગરમ હવાને તરત જ ઠંડી કરી દેવાય છે.
  • ઇમર્શન કૂલિંગમાં આખેઆખા સર્વરને વીજળીનો કરંટ ન લાગે તેવા ખાસ પ્રવાહીમાં ડૂબાડી દેવામાં આવે છે, જે સીધી બધી ગરમી શોષી લે છે.
  • સિંગલ-ફેઝ ઇમર્શન કૂલિંગમાં પ્રવાહી ગરમ થયા પછી પણ પ્રવાહી જ રહે છે અને તેને પાઇપ દ્વારા બહાર ઠંડુ કરીને પાછું લવાય છે.
  • ટુ-ફેઝ ઇમર્શન કૂલિંગમાં પ્રવાહી ગરમી શોષીને વરાળ બની જાય છે, અને પછી ઠંડી સપાટી પર અથડાઈને ફરી પાછું પ્રવાહી બની નીચે આવી જાય છે.
  • ઇમર્શન કૂલિંગ ખૂબ ભારે ગરમી કાબૂમાં રાખી શકે છે અને સુપર કમ્પ્યુટર્સ માટે ઉત્તમ છે, પણ તેના માટે ખાસ પ્રકારની ટાંકીઓ અને પાઇપલાઇન જોઈએ છે.
  • બાષ્પીભવન કૂલિંગમાં પાણી ગરમી શોષીને વરાળ બની ઊડી જાય છે, આમાં વીજળી ઓછી વપરાય છે પણ પાણીનો બગાડ ખૂબ વધારે થાય છે.
  • ડ્રાય કૂલિંગમાં રેડિયેટર જેવી રચનાથી પાણી ઉડાડ્યા વગર હવામાં ગરમી છોડાય છે, જેથી પાણીની તંગી વાળા વિસ્તારો માટે તે ઉપયોગી બને છે.
  • અન્ય રીતોમાં ગરમીને જમીનમાં ઊંડે ઉતારી દેવી અથવા નજીકના તળાવના ઠંડા પાણીનો ઉપયોગ કરવા જેવી પદ્ધતિઓ પણ સામેલ છે.
  • Waste-Heat Recovery સિસ્ટમ સર્વરમાંથી નીકળતી વધારાની ગરમીને પકડીને તેને ફેક્ટરીઓમાં કે મકાનો ગરમ રાખવા માટે વાપરે છે, જેથી ઊર્જાનો બગાડ અટકે છે.

વારંવાર પૂછાતા પ્રશ્નો (FAQs)

  • Thermal Wall એટલે એવી સ્થિતિ કે જ્યાં સર્વરની ભારે ગરમીને સામાન્ય હવા ઠંડી ન કરી શકે અને ફરજિયાત પ્રવાહી કૂલિંગ વાપરવું પડે.
  • Direct-to-Chip (DTC) કૂલિંગ AI માટે અગત્યનું છે કારણ કે તે સીધી ચિપ પાસે પ્રવાહી મોકલીને ગરમી તરત જ ખેંચી લે છે.
  • ઇમર્શન કૂલિંગમાં સર્વરને ખાસ પ્રવાહીમાં ડૂબાડવામાં આવે છે, જેનાથી કમ્પ્યુટરના દરેક ભાગમાંથી ગરમી ઝડપથી દૂર થાય છે.
  • ડેટા સેન્ટર કૂલિંગથી પર્યાવરણને નુકસાન થાય છે કારણ કે તેમાં પુષ્કળ વીજળી અને પાણી વપરાય છે તેમજ શહેરી વિસ્તારો વધુ ગરમ બને છે.
  • ડેટા સેન્ટરો રિન્યુએબલ એનર્જી, ફ્રી કૂલિંગ, લિક્વિડ કૂલિંગ અને ગરમીના પુનઃવપરાશ દ્વારા પર્યાવરણ પરનો બોજ ઘટાડી શકે છે.