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算力狂奔的年代,AI开始跟人类抢水喝?

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为了打起精神用豆包手搓一份工作报表,你喝掉了一瓶冰可乐。

与此同时,远在数千公里外的智算中心里,豆包为了帮你完成这份报表,也“喝”掉了大约500毫升水。


图丨giphy

我们以为跟AI聊天只是用一点电、占一点网,实际上每一次生成答案,都要消耗真实世界里的电力、芯片和水资源。

在过去,“云计算”只是个形象的比喻,而AI时代的云计算,会真的把水变成“云”。

AI脑子越热,喝水越多

AI一思考,脑袋就发烫。

给AI用的算力中心叫智算中心,它的峰值功耗比传统的算力中心要高得多。

智算中心里有成千上万颗GPU芯片,每颗芯片的功耗能突破700瓦,差不多相当于1台微波炉或100部手机持续工作。

当这些芯片一起昼夜不停、满负荷运行时,一个标准AI机柜的峰值功率能突破140千瓦,芯片局部温度会迅速升高,短时间内就可能超过85摄氏度的安全工作范围,造成降速、卡顿,甚至烧毁。


一个机柜里有很多GPU芯片丨datacenters.economictimes.indiatimes.com

愣着干嘛?降温啊!

现在主流的降温手段有三种:

风冷,简单来说就是吹走热空气、带来冷空气,安装方便成本低廉,但散热效率非常低,只适合低算力的传统机房;


风冷设备丨参考资料[1]

浸没式液冷,是把设备直接浸泡在专门的冷却液中,散热效率很高,但散热系统、特种绝缘冷却液成本高昂,很难普及;


有人会给自己的电脑机箱做浸没式液冷,但要用在智算中心上就太贵了丨Reddit/pcmasterrace

把电子元件和冷却液分开的板式液冷,则是目前能平衡效率和成本的最佳选择。

AI的水费单有多夸张?

AI最耗资源的阶段其实不是回答问题,而是训练。

训练大模型时,需要让数以万亿计的参数反复调整,并在海量文本、图片和视频数据上进行学习。这个过程往往需要数千甚至上万块GPU连续工作数周到数月。

大模型训练期间,冷却系统也必须火力全开。当年训练GPT-4的算力集群,耗水量达到了1.89万吨,相当于国内5000个居民一个月的用水量。


使用浸没式液冷的智算中心模块丨sphereinfrastructure

前期的一次性“大泼水”之后,就是经年累月的细水长流。

你现在和豆包聊天,调用的是已训练好的模型的一次推理,用水量很小。假设你和豆包进行5分钟的语音对话,背后的语音识别、语义理解、大模型生成等一系列计算,在智算中心总计消耗的冷却水大约为500毫升,差不多是一瓶矿泉水的量。

但AI应用的用户动辄以千万甚至亿计,一瓶瓶矿泉水加起来也是洪流了。

一座稳定运行的大型AI智算中心年耗水量可达数百万吨,而一个中等城市所有家庭每天的用水量大概是几十万吨——智算中心相当于为这个城市额外增加了一个社区的水务负担。

放眼世界,全球AI算力基础设施的年耗水总量,已经接近爱尔兰全国居民的全年用水量。

更要命的是,相当一部分冷却AI的水没法回收。

现在主流的智算中心采用两级水冷模式:一级是闭式循环水路,紧贴机柜为芯片散热,水量损耗很少;真正耗水的是二级系统,它负责把一级系统的热量带走,做最终的散热处理,绝大部分水会在冷却塔里蒸发飘散,没法循环利用。


目前应用较广的两级水冷结构示意图丨中兴通讯液冷白皮书


数据中心的冷却塔丨thekuuleffect.com

要是把视野从冷却系统放大到整个链条,AI“喝”掉的水更多。

AI的冷却系统本身也要耗电:水泵要把冷却水送入管道,风机要制造气流,制冷设备还要不断调节温度。这些辅助设备消耗的电能,通常占智算中心总用电量的15%到25%。而电力生产本身,同样离不开水。

算力供电配套更是“电老虎”。无论火电、水电还是核电,大规模发电系统都需要与水发生联系,因此电力消耗最终也会转化为一定的水资源消耗。江西省最大的水电站万安水电,其一年的发电量也只能满足两座超大型智算中心使用。

除此之外,芯片制造、机房设备清洗、中水预处理、污水净化……全链路综合水耗量还得算进去。

AI的虚拟交互,背后是实实在在的水资源消耗体系。

AI渴了,去哪儿喝水?

我们离不开AI,AI离不开水,那就让AI去找水。我国的算力中心布局,正上演着一场与水资源的博弈。

我国东部城市密集,企业扎堆,是算力需求最旺盛的地区,但土地紧张、电力昂贵、水资源不算充裕,现在已经严禁新建高耗水开式冷却塔算力项目,且在强制推广中水回用、闭式冷却与浸没液冷技术。南宁、广州等智算产业园,一半的冷却用水也来自市政再生中水。

相比之下,西部地区水电和水源充沛,气候干燥凉爽,自然冷却效率高、成本还低。

“东数西算”工程应运而生。

如果把全国智算中心看作一台巨大的发动机,那么东部负责踩油门,西部负责提供燃料和散热。贵州贵安、内蒙古和林格尔、甘肃庆阳等西部地区已经建起算力枢纽,执行离线计算和大模型训练等任务。


贵安的腾讯七星洞库式数据中心丨贵阳网


和林格尔的中国移动智算中心丨新华社/陈前


建设中的中国电信庆阳智算产业园丨甘肃·甘肃日报/安志鹏

但西部并非没有烦恼,冷却水需要纯净度极高的软化水,而西部部分地区水质偏硬,处理成本更高;高原地区蒸发量大,冷却塔的水损耗比平原高出不少。

能让AI少喝点吗?

换个角度来想,能不能让AI少“喝”水?

让大家少用AI显然是舍本逐末了,我们可以通过低功耗先进制程GPU、分布式轻量化推理模型,从源头削减总散热量,让AI少产热少喝水。

更省电的芯片、更高效的算法,也在减少AI对水资源的依赖。比如神经形态芯片模拟人脑神经元的工作方式,功耗就只有传统芯片的千分之一,光子计算用光代替电传输信息,也几乎不产生热量。当这些技术走向成熟,AI或许真的能实现“只动脑、不流汗”的超级形态。

密闭两相浸没液冷、海水冷却海底数据中心、余热制冷技术,这些低能耗的冷却技术,也是让AI少喝水的方向。


微软曾于2018年~2020年在苏格兰海岸测试海底数据中心(Project Natick),该项目已于2024年终止。丨 Microsoft


正在建设中的我国海底数据中心丨cctv

利用现有的工业结构,我们还可以通过能量梯级循环减少消耗。比如火电机组为算力中心提供电能,其发电余热能用来驱动制冷机;算力中心周边的钢铁、化工企业产生的余热也能用上;更进一步,还可以让工业余热先发电,再把剩余热量用于数据中心制冷、建筑供暖和温室供热,尽可能把能源“吃干抹净”,欧洲已有多个算力中心实现了余热接入城市热网。

Guokr

AI不会真的把地球的水喝光,和工业、农业相比,它目前仍然只是全球用水体系中的一部分,但也提醒我们,数字世界从来不是脱离现实存在的。

我们期待模型越来越大、算力越来越强,也期待它用每一滴水、每一度电换来更多的价值。

参考文献

[1]王馨翊, 王露, 陈晓轩, 等. 数据中心高密度机柜的风冷系统及其散热能力分析[J]. 制冷学报, 2026, 47(1): 51-58.

作者:蓝巾

编辑:李小葵


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