De verborgen infrastructuur die de AI-boom aandrijft

De groei van de kunstmatige intelligentie gebeurt in een tempo dat weinig industrieën hebben meegemaakt. Modellen worden geschaald, de rekenintensiteit neemt toe en de vraag naar datacentercapaciteit blijft stijgen. Aangezien AI-werklasten de dichtheid en de stroomvraag naar nieuwe extremen duwen, is de efficiëntie van de infrastructuur zowel de meest kritieke als de moeilijkste uitdaging om op te lossen.

De ontwikkeling van datacenters verandert de vraag naar energie en water in de gemeenschappen die ze huisvesten. De vraag die in de komende decennium moet worden beantwoord, is of cloud-, enterprise- en edge-AI-infrastructuur verantwoordelijk kan worden geschaald wanneer koeling, stroom en systeemarchitectuur even kritiek zijn als de rekenkracht zelf.

AI-groei herdefinieert de vraag naar resources

Datacenters hebben historisch gezien een klein aandeel in het totale elektriciteitsverbruik in de VS, maar dat verandert snel. In 2023 waren ze verantwoordelijk voor ongeveer 4,4% van het totale elektriciteitsverbruik in de VS. Tegen 2028 zal dat cijfer naar verwachting stijgen tot tussen de 6,7% en 12%. Tegelijkertijd zullen de energiekosten naar verwachting blijven stijgen tot 2026, en wordt verwacht dat datacenters te maken krijgen met een tekort aan stroom van 20% tot 2028. De toename van de vraag naar stroom voor datacenters, gecombineerd met de toenemende elektrificatie van alles, van auto’s tot huishoudelijke verwarming, belast een al overbelaste stroomnet en zet druk op huishoudens, gemeenschappen en bedrijven.

Koeling is verantwoordelijk voor een aanzienlijk deel van het totale energieverbruik van datacenters en is een van de grootste drijvende krachten achter de totale belasting van de faciliteit. Luchtkoeling is decennialang de basis geweest van het thermisch beheer van datacenters, waarbij chillers, koeltorens en airconditioning worden gebruikt om de optimale bedrijfstemperatuur te handhaven.

Maar met elke nieuwe generatie AI-hardware pakken datacenters aanzienlijk meer rekenkracht in kleinere ruimtes. Dit resulteert in meer gegenereerde warmte. Meer warmte vraagt om meer koeling, en meer koeling verbruikt meer stroom en water. Efficiëntie is geen marginale zorg meer; het is een fundamentele ontwerpeis.

Het minimaliseren van de impact op de gemeenschap is nu een zakelijke imperatief

Datacenters opereren in gemeenschappen die afhankelijk zijn van stabiele elektriciteitsprijzen en betrouwbare toegang tot water. Naarmate het publieke bewustzijn van het verbruik van datacenterresources toeneemt, worden gemeenschappen en regelgevers het effect ervan steeds meer aan het onderzoeken.

In The Dalles, Oregon, heeft de uitbreiding van Google’s datacenteroperaties zorgen gewekt over watergebruik en langetermijneffecten op het milieu. In 2012 gebruikte het techbedrijf 12% van de watervoorziening van The Dalles; tegen 2024 was dat gestegen tot bijna een derde. Dit heeft het bedrijf onder publieke druk gezet, met zorgen over het gebruik van resources en de impact op de lokale infrastructuur en gemeenschapsbehoeften.

Afzonderlijke staten hebben wetgeving ingevoerd die de bouw van nieuwe datacenters kan beperken. Op federaal niveau heeft de huidige regering, die over het algemeen ondersteunend is voor AI, technologiebedrijven aangemoedigd om ervoor te zorgen dat hun datacenterontwikkelingen de elektriciteitsprijzen voor huishoudens niet verhogen of de regionale watervoorziening niet belasten.

Het is duidelijk dat het landschap verandert voor techbedrijven en datacenterontwikkelaars. De reputatie van een bedrijf hangt nu af van hoe goed bedrijven hun fysieke voetafdruk en hun relaties met de gemeenschappen die datacenters huisvesten, beheren.

Van publieke verplichtingen tot infrastructuurverandering

Als reactie op deze verschuiving hebben techbedrijven zoals Microsoft en OpenAI publieke verplichtingen aangegaan om “hun weg te betalen” om gemeenschaps-, openbare en milieuzorgen te adresseer die voortkomen uit hun snelle groei. Microsoft heeft een Community-First Infrastructure-kader gepubliceerd dat expliciete verplichtingen vaststelt voor hoe het AI-datacenters in de VS zal bouwen en exploiteren. Hoewel deze initiatieven zowel betekenisvolle vooruitgang als duidelijke intentie signaleren, lossen ze slechts een deel van de uitdaging op. Een meer concrete en langdurige oplossing vereist het verminderen van het verbruik van resources op infrastructuurniveau.

Daar begint het met koeling. De traditionele aanpak van luchtkoeling is onvoldoende voor de huidige AI-hardware. Dat omvat niet alleen rekenresources (CPUs en GPUs), maar ook voedingen, opslag en netwerken. Voor een grotere thermische efficiëntie moet koeling rechtstreeks op de componenten die warmte genereren, worden gericht, in plaats van op de ruimte eromheen.

Precisie-vloeistofkoeling vangt warmte rechtstreeks op componentniveau op met milieuvriendelijke dielektrische vloeistoffen in plaats van de hele kamer te koelen. Deze systemen kunnen het energieverbruik met maximaal 40% en het waterverbruik met maximaal 96% verminderen, terwijl ze de betrouwbaarheid verbeteren en de levensduur van hardware verlengen. Bovendien zijn ze bijna geluidloos en beschermen ze gevoelige componenten tegen luchtverontreinigingen.

Infrastructuur ontwerpen voor een realiteit met beperkte resources

Organisaties hoeven niet te kiezen tussen kosten, betrouwbaarheid en duurzaamheid. Wanneer de infrastructuur holistisch wordt ontworpen, versterken deze doelstellingen elkaar. Een lager energieverbruik vermindert de operationele uitgaven, terwijl een vermindering van het waterverbruik het regelgevingsrisico en de publieke aandacht vermindert. Een verbeterd thermisch beheer verhoogt ook de systeemprestaties en verlengt de levensduur van kritieke hardwarecomponenten.

Infrastructuur die van nature minder energie en water verbruikt, past meer natuurlijk bij de opkomende beleidskaders en milieunormen. Bedrijven die slagen, zullen deze verschuiving prioriteren en geavanceerde, duurzame thermische beheeroplossingen aannemen. De toekomst van de infrastructuur zal niet alleen worden gevormd door innovaties in software, maar ook door een intentioneel ontwerp van de infrastructuur.