人工智能在偷我们的水？美国42州引发争议，数据中心耗水量惊人

社区居民认为，人工智能数据中心正在耗尽他们的水源，而科技行业对此持不同意见。专家对此问题的解答并不简单。最近，美国各地爆发了针对人工智能数据中心的抗议。上个月，多年来反对大型科技公司进入本地社区的团体首次联合行动，在42个州举行了近150场抗议活动。

抗议者的主要担忧之一，是这些设施为冷却服务器而消耗大量水资源。在一些地方，这种影响已经显现。佐治亚州费耶特维尔的一个技术服务公司数据中心园区，在收到水费账单前，已从当地供水系统抽取了3000万加仑水，约合1.13亿升。该公司否认存在不当用水。而在俄勒冈州达尔斯市，预计到2025年，谷歌的数据中心将占全市用水量的近40%，耗水约5.5亿加仑。

科技行业的一些高管、分析师和工程师对这些惊人数字的计算方式提出质疑，强调闭环系统的效率，并指出其他高耗水行业并未引发如此广泛的关注。那么，人工智能数据中心对水资源的实际影响究竟如何？多位专家的观点显示，这个问题远比看上去复杂。加州大学河滨分校电气与计算机工程教授，研究领域包括人工智能、系统与社会。

水在提高数据中心能效方面可能起到关键作用。许多设施采用蒸发冷却或绝热冷却，尤其是在一年中最热的时期。虽然这些系统确实耗水，但在高温下，它们比完全依赖空气冷却的系统更省电。这带来了电力与水资源之间的权衡问题。热浪来袭时，居民和企业的用电需求本已给电网带来压力，而使用水冷却可以帮助控制数据中心的电力需求增长。如果一个地区的发电也依赖水资源，减少用电量可能还会降低间接用水。

最终效果取决于当地电力结构、冷却系统、气候条件和水源类型。数据中心对地方供水的影响可能非常显著。数据中心作为大规模用水用户，其用水高峰通常出现在炎热天气，而这时其他用户也需要更多用水。因此，仅看全年总耗水量并不能完整反映问题。即便全年用水量不高，但如果峰值需求超过供水系统的处理、储存或输送能力，仍可能引发基础设施或供水可靠性问题。

选址和水源也至关重要。在水资源充足的地区，使用再生水或其他非饮用水的设施，与在易旱地区依赖饮用水的设施，面临的风险显然不同。这些挑战并非无法解决。可行的做法包括使用再生水或非饮用水、建设现场储水设施、在节水和节能冷却模式之间切换、在本地资源紧张时调整计算任务，并与供水机构和电网运营方协调。

目标并非在所有情况下彻底消除用水，而是结合当地条件，透明且有策略地使用水资源，在能源效率、运行韧性、环境影响和社区需求之间取得平衡。弗雷德·布洛彻，佛罗里达大西洋大学土木、环境与测绘工程系副院长，研究领域包括可持续水资源规划与管理。这个问题的答案是：要视具体情况而定。需要考虑当地水资源、电力和土地的可用性，以及数据中心的类型。

过去人们常想到的是亚马逊等企业在本地运营的“传统数据中心”。美国有4000多座这样的设施，它们的电力需求在10至30千瓦之间，通常结合标准空调系统、空气冷却和蒸发式水冷。水冷效率比空气冷却高出25%以上，大多数社区能够承受这种规模的数据中心。现在，除了传统数据中心，还在推进人工智能超大规模数据中心。美国大约有84个这样的项目。

这些数据中心与传统数据中心完全不同，耗电可高达1兆瓦，是传统数据中心的100倍；每日耗水量可达500万加仑。在这种规模下，空气冷却效果不佳。人工智能超大规模数据中心园区占地可达数百英亩，洛杉矶的“元宇宙平台公司”海伯利安项目提案占地超过2000英亩。在许多发达地区，如此规模的土地和电力未必容易获得。

尽管循环利用冷却水是可行的，但电力系统仍需冷却，通常依赖水。1兆瓦相当于一座大型发电设施，因此燃料问题也值得关注。人工智能用户集中在城市，而土地不在城市。电力要么在本地生产，要么通过电网输送，输送本身有损耗。电网最完善的地方通常在城市，但那里未必有足够土地。

因此，矛盾在于，人工智能数据中心比现有数据中心大得多，倾向于设在城市周边，带来土地问题，同时与城市用户争夺电力和水资源。这在干旱地区尤其明显，包括美国西部和东南部的许多地方，因为这些地区两类资源都相对紧张。这也是不少社区开始限制或暂停数据中心建设的原因，例如佛罗里达州就有类似情况。

结果可能是，大型数据中心因监管原因转向乡村地区，但乡村地区的供水和供电系统通常不如城市健全，因此对当地社区的冲击可能更大。真正需要的是一项更长期的全国性规划，让这些数据中心的建设与所在区域相协调。当前的问题在于，规划、监管和整体思路不足以将对居民的影响降到最低，因此在风险信息没有充分披露的情况下，社区自然会反对这些项目。

阿瑟·哈灵顿，马凯特大学兼职法学教授，同时担任戈弗雷与卡恩律师事务所环境与能源法业务组主席。在马凯特大学，他与他人共同为法学院和工程学院学生讲授能源课程。长期研究和教授能源法与政策的同时，他也关注与数据中心相关的新兴能源技术。其中一项技术是服务器接触式冷却系统。这种技术的应用，将大幅减少用水量和能源成本。

数据中心内的机架会产生大量热量。空气是绝热介质，常用来阻止热量传递。风扇噪音大、效率低，且自身产生的废热增加冷却负担。数据中心中大量服务器机架温度过高，空气冷却难以应对。因此，项目开发方不得不在机房内部增加设施水循环系统，再配合风扇带走热量。由于外界反对数据中心冷却用水，开发商提出使用闭环系统，通过水泵和冷水机组循环使用冷却水。

这种系统减少了现场用水量，但会增加能源消耗，将环境负担转移到发电厂。如果数据中心采用接触式冷却技术，就不再需要冷水机组、空气处理设备或水处理系统，从而大幅降低冷却相关的资本支出和能源成本。以液冷解决方案公司的系统为例，这种接触式冷却系统结合了全浸没式冷却的能效优势和芯片直冷的定向冷却能力。其机箱可以直接装入标准数据中心机架，因此从风冷转向液冷的改造成本较低，过渡也较为顺畅。

这种冷却技术基于机箱的单相浸没式冷却，即将所有电子元件浸没在介电液体中——这种液体可以吸收热量而不导电——再通过强制对流冷却最热的部件。整个系统只需要与设施冷却液循环系统连接两个接口。采用介电液体的接触式冷却系统后，不再需要占用空间、浪费能源的冷水机组和空气处理设备。设备维护和能耗主要集中在两部分：一是把设施冷却液从干式冷却器输送到机架的水泵，二是干式冷却器中的风扇。

如果环境温度低于113华氏度，即45摄氏度，液冷解决方案公司的机架不需要任何冷却用水。此外，如果附近有商业用途需要热水，机架输出温度最高可达140华氏度，即60摄氏度。如果数据中心运行温度设定为113华氏度，而不是目前常见的77华氏度，即25摄氏度，那么在全球大多数地区都可以消除用水需求；而采用前一种温度设定，以现有商业化硬件已经可以实现。

这种系统的优点包括：液体循环可以带走100%的热量；服务器无需空气或水即可冷却；废热可以以液体形式回收，并达到具有商业利用价值的温度；介电液体价格低廉，全球变暖潜势为零，而且无需更换；现有数据中心的服务器机架也可以改造后继续使用这种接触式冷却技术；维护过程简单，不会滴漏。

从新建数据中心到改造现有采用传统非接触式冷却技术的数据中心，机箱浸没式冷却都是目前成本最低的方案。这项新兴技术不仅可能大幅减少冷却所需用水，也可能显著降低现有水冷系统带来的能源成本。