व्यावसायिक और वित्तीय लेनदेन, चिकित्सा देखभाल, प्रौद्योगिकी विकास, अनुसंधान और बहुत कुछ में कृत्रिम बुद्धिमत्ता महत्वपूर्ण हो गई है। इसे साकार किए बिना, उपभोक्ता वीडियो स्ट्रीम करते समय, ऑनलाइन बैंकिंग करते समय, या ऑनलाइन खोज करते समय एआई पर भरोसा करते हैं। इन क्षमताओं के पीछे वैश्विक स्तर पर 10,000 से अधिक डेटा केंद्र हैं, प्रत्येक में एक विशाल गोदाम है जिसमें हजारों कंप्यूटर सर्वर और डेटा भंडारण, प्रबंधन और प्रसंस्करण के लिए अन्य बुनियादी ढांचे हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका में अब 5,000 से अधिक डेटा केंद्र हैं, और हर दिन अमेरिका और दुनिया भर में नए केंद्र बनाए जा रहे हैं। जहां लोग रहते हैं, अक्सर दर्जनों लोग एक साथ एकत्रित हो जाते हैं, वे उन नीतियों से आकर्षित होते हैं जो कर छूट और अन्य प्रोत्साहन प्रदान करती हैं, और जो प्रचुर बिजली की तरह दिखती हैं।
और डेटा सेंटर भारी मात्रा में बिजली की खपत करते हैं। इलेक्ट्रिक पावर रिसर्च इंस्टीट्यूट के अनुसार, अमेरिकी डेटा केंद्रों ने 2023 में देश की कुल बिजली का 4 प्रतिशत से अधिक की खपत की, और 2030 तक यह अंश बढ़कर 9 प्रतिशत हो सकता है। एक बड़ा डेटा सेंटर 50,000 घरों जितनी बिजली की खपत कर सकता है।
इतने सारे डेटा केंद्रों की अचानक आवश्यकता प्रौद्योगिकी और ऊर्जा उद्योगों, सरकारी नीति निर्माताओं और रोजमर्रा के उपभोक्ताओं के लिए एक बड़ी चुनौती पेश करती है। एमआईटी एनर्जी इनिशिएटिव (एमआईटीईआई) के अनुसंधान वैज्ञानिक और संकाय सदस्य इस समस्या के कई पहलुओं की खोज कर रहे हैं – बिजली की सोर्सिंग से लेकर ग्रिड सुधार से लेकर विश्लेषणात्मक उपकरण जो दक्षता बढ़ाते हैं, और भी बहुत कुछ। डेटा सेंटर तेजी से हमारे समय का ऊर्जा मुद्दा बन गए हैं।
अप्रत्याशित मांग अप्रत्याशित समाधान लाती है
अनेक जो कंपनियां क्लाउड कंप्यूटिंग और डेटा प्रबंधन सेवाएं प्रदान करने के लिए डेटा केंद्रों का उपयोग करती हैं, वे सारी बिजली वितरित करने के लिए कुछ आश्चर्यजनक कदमों की घोषणा कर रही हैं। प्रस्तावों में उनके डेटा केंद्रों के पास अपने स्वयं के छोटे परमाणु संयंत्र बनाना और यहां तक कि थ्री माइल द्वीप पर एक क्षतिग्रस्त परमाणु रिएक्टर को फिर से शुरू करना शामिल है, जिसे 2019 से बंद कर दिया गया है। (उस संयंत्र का एक अलग रिएक्टर 1979 में आंशिक रूप से पिघल गया, जिससे देश की सबसे खराब स्थिति पैदा हो गई) परमाणु ऊर्जा दुर्घटना।) पहले से ही एआई को बिजली देने की आवश्यकता के कारण कुछ कोयला आधारित बिजली संयंत्रों को बंद करने की योजना में देरी हो रही है और आवासीय उपभोक्ताओं के लिए कीमतें बढ़ रही हैं। डेटा केंद्रों की ज़रूरतों को पूरा करने से न केवल पावर ग्रिड पर दबाव पड़ रहा है, बल्कि जलवायु परिवर्तन को रोकने के लिए आवश्यक स्वच्छ ऊर्जा में परिवर्तन भी बाधित हो रहा है।
शक्ति के दृष्टिकोण से डेटा सेंटर समस्या के कई पहलू हैं। यहां कुछ ऐसे हैं जिन पर एमआईटी शोधकर्ता ध्यान केंद्रित कर रहे हैं, और वे महत्वपूर्ण क्यों हैं।
बिजली की मांग में अभूतपूर्व उछाल
“अतीत में, कंप्यूटिंग बिजली का एक महत्वपूर्ण उपयोगकर्ता नहीं था,” एमआईटीईआई के निदेशक और एमआईटी के केमिकल इंजीनियरिंग विभाग में होयट सी. हॉटल प्रोफेसर विलियम एच. ग्रीन कहते हैं। “बिजली का उपयोग औद्योगिक प्रक्रियाओं को चलाने और एयर कंडीशनर और लाइट जैसे घरेलू उपकरणों को बिजली देने के लिए किया गया था, और हाल ही में ताप पंपों को बिजली देने और इलेक्ट्रिक कारों को चार्ज करने के लिए किया गया था। लेकिन अब अचानक, सामान्य रूप से कंप्यूटिंग के लिए और विशेष रूप से डेटा केंद्रों द्वारा उपयोग की जाने वाली बिजली एक बड़ी नई मांग बनती जा रही है, जिसकी किसी को उम्मीद नहीं थी।
दूरदर्शिता की कमी क्यों? आमतौर पर, बिजली की मांग प्रति वर्ष लगभग आधा प्रतिशत बढ़ जाती है, और उपयोगिताएँ नए बिजली जनरेटर लाती हैं और अपेक्षित नई मांग को पूरा करने के लिए आवश्यकतानुसार अन्य निवेश करती हैं। लेकिन अब ऑनलाइन आ रहे डेटा सेंटर मांग में अभूतपूर्व उछाल ला रहे हैं जो ऑपरेटरों ने कभी नहीं देखा था। इसके अलावा नई मांग लगातार बनी हुई है. यह महत्वपूर्ण है कि एक डेटा सेंटर पूरे दिन, हर दिन अपनी सेवाएं प्रदान करे। बड़े डेटासेट को संसाधित करने, संग्रहीत डेटा तक पहुंचने और सभी पैक किए गए कंप्यूटरों को ओवरहीटिंग के बिना चालू रखने के लिए आवश्यक कूलिंग उपकरण चलाने में कोई रुकावट नहीं हो सकती है।
इसके अलावा, भले ही पर्याप्त बिजली पैदा की जाती है, लेकिन इसे वहां तक पहुंचाना जहां इसकी आवश्यकता है, एक समस्या हो सकती है, एमआईटीईआई के शोध वैज्ञानिक दीपज्योति डेका बताते हैं। “ग्रिड एक नेटवर्क-व्यापी ऑपरेशन है, और ग्रिड ऑपरेटर के पास किसी अन्य स्थान पर या यहां तक कि देश में कहीं और भी पर्याप्त उत्पादन हो सकता है, लेकिन तारों में बिजली को वहां ले जाने की पर्याप्त क्षमता नहीं हो सकती है जहां वह चाहता है।” इसलिए ट्रांसमिशन क्षमता का विस्तार किया जाना चाहिए – और, डेका कहते हैं, यह एक धीमी प्रक्रिया है।
फिर “इंटरकनेक्शन कतार” है। कभी-कभी, मौजूदा ग्रिड में एक नया उपयोगकर्ता (“लोड”) या एक नया जनरेटर जोड़ने से ग्रिड पर पहले से मौजूद सभी लोगों के लिए अस्थिरता या अन्य समस्याएं पैदा हो सकती हैं। उस स्थिति में, नए डेटा सेंटर को ऑनलाइन लाने में देरी हो सकती है। पर्याप्त देरी के परिणामस्वरूप नए लोड या जनरेटर को लाइन में खड़े होकर अपनी बारी का इंतजार करना पड़ सकता है। अभी, इंटरकनेक्शन कतार का अधिकांश भाग पहले से ही नई सौर और पवन परियोजनाओं से भरा हुआ है। अब देरी करीब पांच साल की हो गई है। यह सुनिश्चित करते हुए कि अन्यत्र सेवा की गुणवत्ता में बाधा न आए, नए स्थापित डेटा केंद्रों से मांग को पूरा करना एक समस्या है जिसे संबोधित करने की आवश्यकता है।
स्वच्छ विद्युत स्रोत ढूँढना
चुनौती को और अधिक जटिल बनाने के लिए, कई कंपनियों – जिनमें Google, Microsoft और Amazon जैसी तथाकथित “हाइपरस्केलर्स” भी शामिल हैं – ने अगले 10 वर्षों के भीतर शुद्ध-शून्य कार्बन उत्सर्जन करने के लिए सार्वजनिक प्रतिबद्धताएँ बनाई हैं। कई लोग “बिजली खरीद समझौते” खरीदकर अपने स्वच्छ-ऊर्जा लक्ष्यों को प्राप्त करने की दिशा में प्रगति कर रहे हैं। वे सौर या पवन सुविधा से बिजली खरीदने के लिए एक अनुबंध पर हस्ताक्षर करते हैं, कभी-कभी सुविधा के निर्माण के लिए धन भी प्रदान करते हैं। लेकिन जब डेटा सेंटर की अत्यधिक बिजली की मांग का सामना करना पड़ता है तो स्वच्छ ऊर्जा तक पहुंचने के उस दृष्टिकोण की अपनी सीमाएं होती हैं।
इस बीच, बिजली की बढ़ती खपत के कारण कई राज्यों में कोयला संयंत्र बंद करने में देरी हो रही है। हाइपरस्केलर्स और व्यक्तिगत उपभोक्ताओं सहित मौजूदा उपयोगकर्ताओं दोनों को सेवा प्रदान करने के लिए नवीकरणीय ऊर्जा के पर्याप्त स्रोत नहीं हैं। परिणामस्वरूप, कोयले जैसे जीवाश्म ईंधन से जलने वाले पारंपरिक संयंत्रों की पहले से कहीं अधिक आवश्यकता है।
चूंकि हाइपरस्केलर्स अपने डेटा केंद्रों के लिए स्वच्छ ऊर्जा के स्रोतों की तलाश करते हैं, इसलिए एक विकल्प अपने स्वयं के पवन और सौर प्रतिष्ठानों का निर्माण करना हो सकता है। लेकिन ऐसी सुविधाएं केवल रुक-रुक कर ही बिजली पैदा करेंगी। निर्बाध बिजली की आवश्यकता को देखते हुए, डेटा सेंटर को ऊर्जा भंडारण इकाइयों को बनाए रखना होगा, जो महंगी हैं। इसके बजाय वे बैकअप पावर के लिए प्राकृतिक गैस या डीजल जनरेटर पर भरोसा कर सकते हैं – लेकिन उन उपकरणों को कार्बन उत्सर्जन को पकड़ने के लिए उपकरणों के साथ जोड़ा जाना चाहिए, साथ ही कैप्चर किए गए कार्बन के स्थायी रूप से निपटान के लिए पास की साइट की आवश्यकता होगी।
ऐसी जटिलताओं के कारण, कई हाइपरस्केलर्स परमाणु ऊर्जा की ओर रुख कर रहे हैं। जैसा कि ग्रीन कहते हैं, “परमाणु ऊर्जा डेटा केंद्रों की मांग से अच्छी तरह मेल खाती है, क्योंकि परमाणु संयंत्र बिना किसी रुकावट के विश्वसनीय रूप से बहुत सारी बिजली पैदा कर सकते हैं।”
सितंबर में एक बहुप्रचारित कदम में, माइक्रोसॉफ्ट ने 20 साल के लिए बिजली खरीदने के लिए एक समझौते पर हस्ताक्षर किए, जब कॉन्स्टेलेशन एनर्जी ने थ्री माइल द्वीप पर अपने अब बंद हो चुके परमाणु संयंत्र में एक क्षतिग्रस्त रिएक्टर को फिर से खोल दिया, जो कि बहुप्रचारित परमाणु दुर्घटना का स्थल है। 1979. यदि नियामकों द्वारा अनुमोदित किया जाता है, तो कॉन्स्टेलेशन उस रिएक्टर को 2028 तक ऑनलाइन लाएगा, जिसके द्वारा उत्पादित सारी बिजली माइक्रोसॉफ्ट खरीद लेगा। अमेज़ॅन ने वित्तीय समस्याओं के कारण बंद होने के खतरे में पड़े एक अन्य परमाणु संयंत्र द्वारा उत्पादित बिजली खरीदने के लिए भी एक समझौता किया। और दिसंबर की शुरुआत में, मेटा ने कंपनी को उनकी एआई जरूरतों और उनके स्थिरता लक्ष्यों को पूरा करने में मदद करने के लिए परमाणु ऊर्जा डेवलपर्स की पहचान करने के प्रस्तावों के लिए एक अनुरोध जारी किया।
अन्य परमाणु समाचार छोटे मॉड्यूलर परमाणु रिएक्टरों (एसएमआर), फैक्ट्री-निर्मित, मॉड्यूलर बिजली संयंत्रों पर केंद्रित हैं जिन्हें डेटा केंद्रों के पास स्थापित किया जा सकता है, संभावित रूप से बड़े संयंत्रों के निर्माण में लागत में वृद्धि और देरी के बिना। Google ने हाल ही में अपने डेटा केंद्रों के लिए आवश्यक बिजली उत्पन्न करने के लिए SMRs के एक बेड़े का आदेश दिया है। पहला 2030 तक और शेष 2035 तक पूरा हो जाएगा।
कुछ हाइपरस्केलर्स नई तकनीकों पर दांव लगा रहे हैं। उदाहरण के लिए, Google अगली पीढ़ी की भू-तापीय परियोजनाओं पर काम कर रहा है, और Microsoft ने 2028 से शुरू होने वाले स्टार्टअप के फ्यूजन पावर प्लांट से बिजली खरीदने के लिए एक अनुबंध पर हस्ताक्षर किए हैं – भले ही फ्यूजन तकनीक का अभी तक प्रदर्शन नहीं किया गया है।
बिजली की मांग कम करना
पर्याप्त स्वच्छ बिजली प्रदान करने के अन्य दृष्टिकोण डेटा सेंटर और उसके संचालन को अधिक ऊर्जा कुशल बनाने पर ध्यान केंद्रित करते हैं ताकि कम बिजली का उपयोग करके समान कंप्यूटिंग कार्य किए जा सकें। तेज़ कंप्यूटर चिप्स का उपयोग करना और कम ऊर्जा का उपयोग करने वाले एल्गोरिदम को अनुकूलित करना पहले से ही लोड को कम करने में मदद कर रहा है, और उत्पन्न गर्मी को भी।
एक और विचार जो आजमाया जा रहा है उसमें कंप्यूटिंग कार्यों को ऐसे समय और स्थानों पर स्थानांतरित करना शामिल है जहां ग्रिड पर कार्बन-मुक्त ऊर्जा उपलब्ध है। डेका बताते हैं: “यदि किसी कार्य को तुरंत पूरा नहीं करना है, बल्कि एक निश्चित समय सीमा तक पूरा करना है, तो क्या इसमें देरी हो सकती है या इसे अमेरिका या विदेशों में कहीं और डेटा सेंटर में ले जाया जा सकता है, जहां बिजली अधिक प्रचुर, सस्ती है, और/या क्लीनर? इस दृष्टिकोण को ‘कार्बन-अवेयर कंप्यूटिंग’ के रूप में जाना जाता है।” डेका कहते हैं, ”हम अभी तक निश्चित नहीं हैं कि हर कार्य को आसानी से आगे बढ़ाया जा सकता है या विलंबित किया जा सकता है। “यदि आप एक जेनरेटिव एआई-आधारित कार्य के बारे में सोचते हैं, तो क्या इसे आसानी से छोटे कार्यों में विभाजित किया जा सकता है जिन्हें देश के विभिन्न हिस्सों में ले जाया जा सकता है, स्वच्छ ऊर्जा का उपयोग करके हल किया जा सकता है, और फिर वापस एक साथ लाया जा सकता है? इस प्रकार के कार्यों का विभाजन करने की लागत क्या है?”
बेशक, यह दृष्टिकोण इंटरकनेक्शन कतार की समस्या से सीमित है। किसी अन्य क्षेत्र या राज्य में स्वच्छ ऊर्जा तक पहुँचना कठिन है। लेकिन यह सुनिश्चित करने के लिए नियामक ढांचे को आसान बनाने के प्रयास चल रहे हैं कि महत्वपूर्ण इंटरकनेक्शन अधिक तेज़ी से और आसानी से विकसित किए जा सकें।
पड़ोसियों के बारे में क्या?
डेटा केंद्रों को बिजली देने के सभी विकल्पों में एक बड़ी चिंता आवासीय ऊर्जा उपभोक्ताओं पर पड़ने वाले प्रभाव को लेकर है। जब कोई डेटा सेंटर किसी पड़ोस में आता है, तो न केवल सौंदर्य संबंधी चिंताएँ होती हैं, बल्कि अधिक व्यावहारिक चिंताएँ भी होती हैं। क्या स्थानीय बिजली सेवा कम विश्वसनीय हो जाएगी? नई ट्रांसमिशन लाइनें कहाँ स्थित होंगी? और नए जनरेटर, मौजूदा उपकरणों के उन्नयन आदि के लिए भुगतान कौन करेगा? जब नई विनिर्माण सुविधाएं या औद्योगिक संयंत्र किसी पड़ोस में जाते हैं, तो आम तौर पर नई नौकरियों की उपलब्धता से नकारात्मक पहलुओं की भरपाई हो जाती है। डेटा सेंटर के साथ ऐसा नहीं है, जिसके लिए केवल कुछ दर्जन कर्मचारियों की आवश्यकता हो सकती है।
रखरखाव और उन्नयन लागत को कैसे साझा और आवंटित किया जाता है, इसके बारे में मानक नियम हैं। लेकिन नए डेटा सेंटर की मौजूदगी से स्थिति पूरी तरह बदल गई है। परिणामस्वरूप, उपयोगिताओं को अब अपनी पारंपरिक दर संरचनाओं पर पुनर्विचार करने की आवश्यकता है ताकि डेटा केंद्रों की मेजबानी के लिए आवश्यक बुनियादी ढांचे में बदलाव के भुगतान के लिए निवासियों पर अनुचित बोझ न डाला जाए।
एमआईटी का योगदान
एमआईटी में, शोधकर्ता डेटा केंद्रों को स्वच्छ बिजली प्रदान करने की समस्या से निपटने के लिए कई विकल्पों के बारे में सोच रहे हैं और उनकी खोज कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, वे वास्तुशिल्प डिजाइनों की जांच कर रहे हैं जो शीतलन की सुविधा के लिए प्राकृतिक वेंटिलेशन का उपयोग करेंगे, उपकरण लेआउट जो बेहतर वायु प्रवाह और बिजली वितरण की अनुमति देंगे, और नवीन सामग्रियों पर आधारित अत्यधिक ऊर्जा-कुशल एयर कंडीशनिंग सिस्टम की जांच करेंगे। वे अमेरिकी बिजली प्रणाली पर डेटा सेंटर तैनाती के प्रभाव का मूल्यांकन करने और स्वच्छ ऊर्जा के साथ सुविधाएं प्रदान करने के सबसे कुशल तरीके खोजने के लिए नए विश्लेषणात्मक उपकरण बना रहे हैं। अन्य कार्य यह देखते हैं कि छोटे परमाणु रिएक्टरों के आउटपुट को डेटा सेंटर की जरूरतों के साथ कैसे मिलाया जाए, और ऐसे रिएक्टरों के निर्माण को कैसे गति दी जाए।
एमआईटी टीमें बैकअप पावर और लंबी अवधि के भंडारण के सर्वोत्तम स्रोतों को निर्धारित करने और प्रस्तावित नए डेटा केंद्रों का पता लगाने के लिए निर्णय समर्थन प्रणाली विकसित करने, बिजली और पानी की उपलब्धता और नियामक विचारों और यहां तक कि क्षमता को ध्यान में रखने पर भी ध्यान केंद्रित करती हैं। महत्वपूर्ण अपशिष्ट ताप का उपयोग करने के लिए, उदाहरण के लिए, आस-पास की इमारतों को गर्म करने के लिए। प्रौद्योगिकी विकास परियोजनाओं में तेज़, अधिक कुशल कंप्यूटर चिप्स और अधिक ऊर्जा-कुशल कंप्यूटिंग एल्गोरिदम डिजाइन करना शामिल है।
कई शोध परियोजनाओं के लिए नेतृत्व और वित्त पोषण प्रदान करने के अलावा, एमआईटीईआई एक संयोजक के रूप में कार्य कर रहा है, जो इस मुद्दे के समाधान के लिए कंपनियों और हितधारकों को एक साथ ला रहा है। MITEI के 2024 वार्षिक अनुसंधान सम्मेलन में, दो हाइपरस्केलर्स और डेटा केंद्रों को डिजाइन और निर्माण करने वाली दो कंपनियों के प्रतिनिधियों के एक पैनल ने एक साथ अपनी चुनौतियों, संभावित समाधानों और जहां MIT अनुसंधान सबसे अधिक फायदेमंद हो सकता है, पर चर्चा की।
ग्रीन का कहना है कि जैसे-जैसे डेटा केंद्रों का निर्माण जारी है, और कंप्यूटिंग से बिजली की मांग में अभूतपूर्व वृद्धि हो रही है, वैज्ञानिक और इंजीनियर ऐसे विचार, नवाचार और प्रौद्योगिकियां प्रदान करने की दौड़ में हैं जो इस आवश्यकता को पूरा कर सकते हैं, और साथ ही डीकार्बोनाइज्ड ऊर्जा प्रणाली में परिवर्तन को आगे बढ़ाने का समय जारी है।
