Yapay Zekâ Sunucuları Atık Isıyla Soğutulabilecek

Yapay zekâ uygulamalarının, bulut hizmetlerinin ve dijital platformların yaygınlaşması, veri merkezlerinin enerji ihtiyacını artırıyor. Bu tesislerde sunucuların çalışırken ürettiği ısıyı uzaklaştırmak başlı başına ciddi bir enerji yükü oluşturuyor. Mevcut hesaplamalara göre veri merkezlerinde tüketilen elektriğin yaklaşık yüzde 40’ı soğutma sistemlerine ayrılıyor.

Almanya’daki Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü ile Japonya’daki Tsukuba Üniversitesi’nden araştırmacılar, soğutma sürecinde dışarıdan ek elektrik kullanmak yerine sunucuların ürettiği atık ısıdan yararlanan bir prototip hazırladı. Sistem, atık ısıyı doğrudan soğukluğa dönüştürmüyor. Bunun yerine sıcaklığın oluşturduğu mekanik hareketi kullanarak döngünün başka bir bölümünde soğutma etkisi meydana getiriyor.

Bu yaklaşım, veri merkezlerinde genellikle yalnızca uzaklaştırılması gereken bir yan ürün olarak görülen ısının yeniden değerlendirilmesini amaçlıyor. Ancak cihazın bugün için ticari soğutma sistemlerinin yerini alabilecek seviyede olmadığı da açıkça görülüyor.

Soğutma mekanizmasının merkezinde nikel-titanyum şeritler var

Prototipte iki nikel-titanyum metal şerit kullanılıyor. Şekil hafızalı alaşımlar arasında yer alan bu malzeme, sıcaklık değişimleri ve uygulanan gerilim karşısında biçimini değiştirebiliyor. Araştırmacılar, şeritlerin bu özelliğini elektrik motoru yerine çalışan küçük bir mekanik düzenek oluşturmak için kullanıyor.

Döngü, şeritlerden birinin sunuculardan gelen atık ısıyla ısınmasıyla başlıyor. Isınan ilk şerit kasılıyor ve küçük bir plastik bağlantı üzerinden diğer şeridi çekerek geriyor. İkinci şerit bu süreçte gerilim altında kalıyor. Ardından gerilim serbest bırakıldığında hızla başlangıçtaki biçimine dönüyor ve bu dönüş sırasında belirgin biçimde soğuyor.

Oluşan soğukluk, döngünün belirli aşamalarında şeritlerle temas eden bakır plakalar tarafından toplanıyor. Böylece ısı, sistemin bir bölümünde mekanik hareketi tetiklerken başka bir bölümde sıcaklığın düşmesine katkı sağlıyor. Araştırmacılar, yöntemin kapalı bir döngü içinde termodinamik kurallarını ihlal etmeden çalıştığını belirtiyor.

Prototipin dikkat çeken tarafı, soğutma hareketini başlatmak için ayrı bir elektrik kaynağına ihtiyaç duymaması. Mekanizmanın çalışmasını sağlayan enerji, sunuculardan gelen ısıdan elde ediliyor. Bu durum, teknoloji yeterli kapasiteye ulaşırsa soğutma sistemlerinin elektrik tüketimini azaltma ihtimali doğuruyor.

Mevcut prototip veri merkezleri için henüz yetersiz

Teknolojinin önündeki en büyük sorun, mevcut soğutma kapasitesinin düşük kalması. Araştırmacıların prototipi, 130 santigrat derecelik bir ısı kaynağıyla çalıştırıldığında sıcak ve soğuk taraflar arasında 2,2 Kelvinlik fark oluşturabiliyor. Bu sonuç, mekanizmanın çalıştığını gösterse de veri merkezlerindeki işlemcilerin ihtiyaç duyduğu soğutmayı karşılamaya yetmiyor.

Veri merkezlerinde işlemciler genellikle 60 ila 85 santigrat derece aralığında çalışıyor. Kullanılan soğutma sistemlerinin bu sıcaklığı yaklaşık 10 ila 20 derece düşürmesi gerekiyor. Dolayısıyla prototipin pratik bir çözüme dönüşebilmesi için iki temel sorunu aşması gerekecek: Daha düşük sıcaklıktaki atık ısıyla çalışabilmek ve aynı anda çok daha yüksek bir soğutma etkisi oluşturmak.

Bu fark, teknolojinin laboratuvar ortamında çalışmasıyla gerçek bir veri merkezinin ihtiyaçlarını karşılaması arasındaki mesafeyi ortaya koyuyor. Sunuculardan çıkan ısının prototipte kullanılan 130 dereceye ulaşmaması, sistemin mevcut tasarımla doğrudan kullanılmasını zorlaştırıyor. Ayrıca küçük bir prototipin ürettiği soğutma etkisinin çok sayıda işlemciye sahip tesislere ölçeklenmesi gerekiyor.

Araştırma ekibi performansı artırmak için birden fazla nikel-titanyum şeridini paralel biçimde istiflemeyi planlıyor. Daha fazla şeridin birlikte kullanılması, mekanik hareketi ve buna bağlı soğutma etkisini yükseltebilir. Fakat bu yaklaşımın düşük sıcaklıktaki atık ısıyla ne kadar verimli çalışacağı ve uzun süreli kullanım koşullarında nasıl sonuç vereceği sonraki prototiplerle değerlendirilecek.

Veri merkezlerinin enerji yükünü azaltma potansiyeli

Sunucuların işlem gücü arttıkça ortaya çıkan ısıyı yönetmek, veri merkezi işletmecileri için temel gereksinimlerden biri hâline geliyor. Özellikle yapay zekâ iş yüklerinin yoğunlaştığı sistemlerde işlemciler daha yüksek kapasitede çalışıyor ve soğutma ihtiyacı enerji tüketimiyle birlikte büyüyor. Bu nedenle soğutma için harcanan elektriği azaltabilecek yöntemler, yalnızca maliyet açısından değil enerji verimliliği bakımından da önem taşıyor.

Nikel-titanyum şeritleri kullanan yaklaşım henüz hazır bir ürün değil. Prototipin mevcut performansı, veri merkezlerinin doğrudan kullanımı için yetersiz kalıyor. Buna rağmen çalışma, atık ısının yalnızca sistemden uzaklaştırılacak bir yük olmadığını, uygun bir mekanizma kurulduğunda soğutma döngüsünü besleyebilecek bir kaynak hâline gelebileceğini gösteriyor.

Şerit sayısının artırılması ve sistemin daha düşük sıcaklıklarda çalışacak şekilde geliştirilmesi başarılı olursa teknoloji, veri merkezlerinde soğutma için gereken dış enerji miktarını azaltan seçeneklerden biri olabilir. Bunun gerçekleşmesi ise laboratuvar prototipinin daha yüksek kapasiteye taşınmasına ve gerçek sunucu koşullarında test edilmesine bağlı olacak.