È noto come i data center siano ormai diventati i nuclei di un sistema informativo globale. Sono come un reticolo di sinapsi collegate a livello mondiale per garantire la fruizione di informazioni via Web, offrire servizi on line di ogni tipo, consentire alle aziende di sviluppare il proprio business. Dai maggiori player mondiali fino alle singole aziende, il data center consente quella capacità computazionale di cui ogni attività umana oggi necessita. Reti cloud aziendali, e-commerce, logistica, ricerca scientifica, ogni cosa necessita una capacità elaborativa che oggi, alla luce della continua diffusione dell’intelligenza artificiale, sta esplodendo e con essa il consumo di risorse energetiche, idriche e territoriali.
I moderni data center, ambienti con rack che contengono da poche centinaia fino a centinaia di migliaia o milioni di server, come nei casi delle big tech tipo Aws, Google, Amazon, Meta, Oracle, Microsoft ecc., sono strutturati con processori e componenti pensati “by design” per una maggiore efficienza energetica e capacità di calcolo. Sono presenti inoltre in questi siti sistemi ausiliari di back up e supporto all’attività elaborativa, sistemi storage e networking con tecnologie evolutissime. Tuttavia la rapida diffusione dell’utilizzo, non solo professionale ma anche consumer, di algoritmi di intelligenza artificiale sta determinando un importante impatto ambientale a causa dei processi di simulazione del ragionamento umano di questi sistemi attraverso modelli di autoapprendimento e conseguenti decisioni autonome basati sull’analisi di enormi quantità di dati. Il riconoscimento di pattern per aumentare la propria capacità di previsione; il ricorso ad applicazioni complesse come, ad esempio, nell’ambito del riconoscimento facciale; la gestione di sistemi di AI generativa, con algoritmi da addestrare su miliardi di testi e immagini e altri parametri; tutto questo si riflette su sistemi finalizzati a continui calcoli paralleli real time che impattano in modo marcato su risorse idriche ed energetiche:
- idriche: l’enorme calore generato dai server AI non può più essere dissipato solo attraverso l’aria condizionata bensì il raffreddamento deve essere liquido, con scambiatori di calore basati sull’acqua (direttamente sui chip o tramite torri di raffreddamento evaporative). Questa necessità porta a far evaporare ogni giorno nell’atmosfera enormi volumi di acqua, che spesso impattano sul consumo idrico locale e sul riscaldamento globale (numerose sono infatti le proteste di comunità locali che spesso accompagnano l’annuncio della costruzione di un nuovo data center, sia per l’impatto sulle falde acquifere locali sia per un importante consumo di suolo per realizzare fisicamente questi centri);
- energetiche: questi sistemi si basano su chip ad alta densità, con le Gpu, Graphic power unit dedicate al calcolo parallelo, che elaborano migliaia di operazioni in contemporanea, riducendo i tempi di addestramento e di inferenza cioè quando un modello di AI addestrato risponde applicando le conoscenze apprese e i propri “ragionamenti” per elaborare i nuovi dati in tempo reale. Queste Gpu consumano molta più energia per singolo chip rispetto a quelli dei server standard così come richiedono tanta energia in modo ininterrotto per i continui processi di addestramento. Infine, il Data center oltre agli storage e network server si compone di numerosi altri sistemi di supporto e backup all’attività elaborativa: per questo per ogni Watt di energia speso per far funzionare i chip, ne serve quasi un altro per alimentare i sistemi di raffreddamento e prevenire i guasti.
La questione è quindi delicata. Ognuno di noi ormai utilizza sistemi di AI integrati anche per le più semplici ricerche on line. Questo produce senz’altro un salto qualitativo significativo nell’uso e nel reperimento delle informazioni (posto il fatto che vanno sempre verificati e approfonditi con ricerche ad hoc i diversi risultati proposti dagli agenti AI), ma inevitabilmente innalza il consumo di risorse. Numerose sono le strade che si stanno percorrendo per alcune risposte al problema. Ad esempio come i sistemi di recupero ed esportazione del calore, per riutilizzare quello in eccesso per progetti di riscaldamento locale e iniziative sostenibili.
Gli stessi player di data center hyperscaler stanno investendo in fonti di energie rinnovabili ma anche in soluzioni ancora d’avanguardia come i piccoli reattori nucleari modulari (SMR, Small modular reactors) in grado di garantire una continua erogazione energetica, espandersi in modo incrementale con nuovi moduli e con livelli di sicurezza avanzata. Tuttavia al di là dei facili entusiasmi, la strada non è così semplice. Oltre a superare la naturale diffidenza per la tecnologia nucleare, siamo ancora nella fase di test e non esistono dati sull’affidabilità a lungo termine di questi sistemi. Senza contare come una potenziale diffusione con centinaia e centinaia di questi moduli necessiti di una competenza ingegneristica sui fronti della governance e della sicurezza ancora tutta da costruire.
La speranza è nello spazio
Infine la nuova frontiera a cui si guarda per risolvere il problema dell’impatto dei data center sulla terra, è nello spazio. Elon Musk, Jeff Bezos e altri consorzi di costruttori di tecnologie hardware, software e di semiconduttori sono tutti impegnati a sviluppare il mercato dei data center nello spazio, realizzando satelliti orbitali dedicati al calcolo.
Tra i vantaggi vi sono un approvvigionamento energetico praticamente infinito, con i pannelli solari che sulle stazioni orbitanti non subiscono interruzioni dovute alle nuvole o al ciclo giorno-notte, mentre per quanto riguarda il raffreddamento, l’ombra spaziale offre temperature estreme che smaltirebbero il calore dei server surriscaldati.
Una sfida ingegneristica enorme sia dal punto di vista dei vettori e della costruzione di stazioni spaziali sia delle nuove strutture di data center orbitanti: la dispersione termica, ad esempio, non può avvenire per convenzione come sulla terra perché il vuoto quasi assoluto spaziale non consente a qualsiasi fluido o aria di spostare il calore, con una certezza di fusione dei chip in pochissimi minuti.
Per non parlare delle tematiche legate ai costi di lancio, comunque ancora molto elevati pur con gli attuali razzi riutilizzabili; oppure alla governance di questi sistemi complessi in casi di guasti o manutenzioni, valutando, come sta avvenendo, una modalità architetturale di costruzione a blocchi di server da poter eliminare bruciandoli in atmosfera a fine vita o in caso di guasti, evitando complesse attività di riparazione.
E tantissime altre problematiche legate al trasferimento dati da distanze così considerevoli fino alla terra. Ma l’attività elaborativa a supporto della vita umana è ormai inarrestabile e il superamento di queste sfide fa parte di una ingegneria spaziale e informatica che deve trovare quelle nuove risorse che sul nostro pianeta stanno ormai diventando sempre più scarse.