Kecerdasan buatan (Artificial Intelligence/AI) seperti ChatGPT, Gemini, dan berbagai platform AI lainnya membutuhkan energi listrik dan air dalam jumlah besar, terutama karena pengoperasiannya bergantung pada pusat data (data center).
Pusat data merupakan fasilitas yang dipenuhi komputer berkemampuan tinggi untuk memproses data, menjalankan model AI, dan menjawab pertanyaan pengguna.
Di balik kemampuan AI menghasilkan teks, gambar, video, dan berbagai informasi, terdapat infrastruktur komputasi yang bekerja secara terus-menerus. Infrastruktur tersebut membutuhkan listrik untuk menjalankan perangkat serta sistem pendinginan agar suhu peralatan tetap berada dalam batas aman.
Namun, tidak semua pusat data menggunakan air dengan cara dan jumlah yang sama. Kebutuhan air dipengaruhi oleh desain pendinginan, kapasitas komputasi, kondisi iklim, dan sumber energi yang digunakan.
1. Mengapa AI Membutuhkan Listrik Sangat Banyak?
AI bekerja menggunakan komputer dengan prosesor berkemampuan tinggi, terutama GPU (Graphics Processing Unit).
GPU berperan penting dalam:
- Melatih model AI menggunakan data dalam jumlah besar.
- Menjalankan perhitungan matematika dalam model AI.
- Memproses permintaan pengguna.
- Menghasilkan teks, gambar, audio, dan video.
- Menjalankan aplikasi AI secara bersamaan untuk banyak pengguna.
Dalam pelatihan model AI, ribuan atau bahkan lebih banyak prosesor dapat digunakan secara bersamaan, tergantung skala sistem.
Ketika AI digunakan untuk menghasilkan gambar atau video, komputer harus melakukan banyak perhitungan untuk menghasilkan keluaran yang diminta.
Energi listrik diperlukan untuk menjalankan prosesor, memori, perangkat penyimpanan, jaringan, serta sistem pendukung pusat data.
Semakin besar beban komputasi, semakin besar pula panas yang dihasilkan perangkat.
Panas tersebut harus dipindahkan melalui sistem pendinginan agar perangkat dapat bekerja dengan stabil.
2. Komponen Apa Saja yang Membutuhkan Air untuk Pendinginan?
Air tidak selalu mengalir langsung ke dalam setiap komponen komputer. Dalam banyak sistem, air digunakan sebagai bagian dari rangkaian pendinginan untuk memindahkan panas dari perangkat menuju lingkungan luar.
Berikut komponen penting yang berkaitan dengan penggunaan air.
A. Server dan GPU: Sumber Panas Utama
Server merupakan komputer yang menjalankan proses komputasi AI. Di dalamnya terdapat berbagai komponen, seperti:
- GPU.
- CPU.
- Memori.
- Perangkat jaringan.
- Komponen elektronik pendukung.
GPU dan CPU menghasilkan panas ketika bekerja. Pada sistem AI dengan beban komputasi tinggi, kepadatan panas dapat menjadi tantangan pendinginan.
Server pada umumnya tidak membutuhkan air yang dialirkan langsung ke seluruh komponen elektroniknya. Panas dari server dipindahkan menggunakan udara atau sistem pendinginan cair yang dirancang khusus.
Dalam sistem pendinginan cair, panas dapat dipindahkan dari komponen yang menghasilkan panas menuju cairan pendingin.
B. Cold Plate: Menyerap Panas dari Chip
Pada sistem direct-to-chip cooling, cairan pendingin dialirkan melalui perangkat yang disebut cold plate.
Cold plate dipasang pada chip tertentu, misalnya GPU atau CPU yang kompatibel dengan sistem tersebut.
Cara kerjanya:
- Chip menghasilkan panas ketika menjalankan perhitungan.
- Cold plate menerima panas dari chip.
- Cairan pendingin mengalir melalui cold plate.
- Panas berpindah ke cairan.
- Cairan yang telah menerima panas dialirkan menuju sistem pertukaran panas.
Sistem ini dapat membantu menangani panas dengan kepadatan tinggi.
Namun, air yang mengalir melalui cold plate biasanya berada dalam sirkuit tertutup dan tidak otomatis habis seperti air yang menguap di cooling tower.
Artinya, penggunaan air pada sistem pendinginan chip sangat bergantung pada desain sistem, termasuk apakah menggunakan air yang disirkulasikan kembali atau sistem lainnya.
C. Cooling Distribution Unit (CDU)
Cooling Distribution Unit atau CDU merupakan perangkat yang digunakan dalam sejumlah sistem pendinginan cair untuk mengelola sirkulasi dan pertukaran panas.
CDU dapat memiliki fungsi seperti:
- Mengatur aliran cairan pendingin.
- Memisahkan atau menghubungkan sirkuit pendingin sesuai desain.
- Memindahkan panas melalui penukar panas.
- Membantu mengendalikan kondisi cairan pendingin.
Dalam sistem tertentu, CDU membantu memindahkan panas dari sirkuit yang dekat dengan server menuju sirkuit fasilitas.
CDU sendiri tidak selalu menggunakan air yang terus-menerus terbuang. Jika sistemnya tertutup, cairan dapat disirkulasikan kembali.
D. Heat Exchanger: Memindahkan Panas
Heat exchanger atau penukar panas berfungsi memindahkan panas dari satu aliran cairan ke aliran lainnya tanpa harus mencampurkan kedua cairan tersebut.
Contohnya, panas dari cairan yang bersirkulasi di dekat server dapat dipindahkan ke air dalam sistem pendinginan fasilitas.
Prosesnya:
Server → Cairan pendingin → Heat exchanger → Sistem pendinginan fasilitas
Komponen ini penting karena memungkinkan panas dari perangkat komputasi dipindahkan ke sistem pembuangan panas.
Namun, heat exchanger tidak selalu menggunakan air yang hilang atau dikonsumsi. Jumlah air yang benar-benar digunakan bergantung pada rancangan sistem pendinginan secara keseluruhan.
E. Chiller: Mengatur Suhu Air Pendingin
Chiller merupakan peralatan yang digunakan untuk mendinginkan cairan dalam sistem pendinginan tertentu.
Pada sistem berbasis air dingin (chilled water system), chiller membantu menghasilkan air dengan suhu yang sesuai untuk digunakan dalam proses pendinginan.
Air dingin tersebut dapat dialirkan menuju berbagai peralatan, seperti:
- Unit pendingin udara.
- Penukar panas.
- Sistem pendinginan server.
- Peralatan pendukung lainnya.
Chiller menggunakan energi listrik untuk menjalankan sistem pendinginan, seperti kompresor dan peralatan pendukung.
Chiller tidak selalu menghabiskan air dalam jumlah besar secara langsung. Penggunaan air dapat meningkat jika sistem pembuangan panasnya menggunakan cooling tower yang memerlukan penguapan air.
F. Cooling Tower: Salah Satu Penyebab Utama Konsumsi Air
Cooling tower merupakan salah satu komponen yang paling penting dalam menjelaskan mengapa pusat data tertentu membutuhkan air dalam jumlah besar.
Perangkat ini berfungsi membuang panas dari air atau sistem pendinginan ke udara luar.
Pada cooling tower berbasis penguapan, sebagian air menguap untuk membantu melepaskan panas.
Prosesnya secara sederhana:
- Air pendingin menerima panas dari sistem pusat data.
- Air yang lebih hangat dialirkan menuju cooling tower.
- Sebagian air mengalami penguapan.
- Penguapan membantu membuang panas ke atmosfer.
- Air yang tersisa dikembalikan atau diproses sesuai rancangan sistem.
Air yang menguap perlu digantikan agar sistem dapat terus beroperasi.
Selain air yang menguap, sejumlah air dapat dikeluarkan melalui proses blowdown. Proses ini dilakukan untuk mengendalikan konsentrasi mineral dan zat terlarut yang menumpuk dalam sistem akibat penguapan.
Air pengganti tersebut dikenal sebagai make-up water.
Inilah salah satu alasan cooling tower dapat membutuhkan pasokan air yang besar, terutama ketika beban panas tinggi dan sistem beroperasi dalam waktu lama.
Namun, besarnya konsumsi air tetap bergantung pada efisiensi cooling tower, kondisi lingkungan, kualitas air, dan strategi pengelolaan sistem.
G. Pompa dan Pipa: Mengedarkan Air Pendingin
Pompa dan pipa berfungsi mengalirkan air atau cairan pendingin di antara berbagai komponen.
Pompa dapat mengalirkan cairan dari:
- Sistem pendinginan server.
- Heat exchanger.
- Chiller.
- Cooling tower.
- Tangki atau sistem penampungan.
Pompa membutuhkan energi listrik, tetapi tidak berarti pompa secara langsung mengonsumsi air dalam jumlah besar.
Air yang dialirkan dapat digunakan berulang kali dalam sistem tertutup. Penggunaan air tambahan terutama bergantung pada kehilangan air, penguapan, pembuangan sistem, dan kebutuhan operasional lainnya.
H. Sistem HVAC dan Pendinginan Ruang
HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning) digunakan untuk mengatur kondisi lingkungan di dalam pusat data.
Sistem ini dapat membantu mengendalikan:
- Suhu udara.
- Kelembapan.
- Sirkulasi udara.
- Kondisi lingkungan untuk perangkat elektronik.
Sebagian sistem HVAC menggunakan air dingin dari chiller, sedangkan sistem lainnya menggunakan teknologi pendinginan berbasis udara atau sistem yang berbeda.
Dengan demikian, tidak semua sistem HVAC mengonsumsi air dalam jumlah besar secara langsung.
Kebutuhan air sangat bergantung pada jenis pendinginan yang diterapkan pada fasilitas tersebut.
3. Mengapa Air yang Dibutuhkan Bisa Sangat Banyak?
Setelah memahami komponen-komponennya, pertanyaan berikutnya adalah mengapa kebutuhan air dapat mencapai jumlah yang besar.
Ada beberapa faktor utama.
1. Panas yang Dihasilkan Sangat Tinggi
Sebagian besar energi listrik yang digunakan oleh perangkat komputasi pada akhirnya berubah menjadi panas.
Ketika ribuan server bekerja secara bersamaan, jumlah panas yang harus dibuang menjadi sangat besar.
Sebagai gambaran, pusat data dengan beban listrik komputasi 100 megawatt secara kasar harus menangani beban panas yang sebanding dengan sebagian besar energi tersebut ketika sistem beroperasi.
Nilai sebenarnya bergantung pada peralatan dan kondisi operasi, tetapi contoh ini menunjukkan skala panas yang perlu dikelola.
Semakin besar beban panas, semakin besar pula kapasitas sistem pendinginan yang dibutuhkan.
2. Penguapan Air Membutuhkan Pasokan Pengganti
Pada cooling tower yang menggunakan penguapan, air digunakan untuk membantu membuang panas.
Ketika air menguap, air tersebut tidak lagi tersedia dalam sirkulasi yang sama sehingga perlu digantikan.
Selain penguapan, air juga dapat dikeluarkan melalui blowdown untuk menjaga kualitas air dan mengendalikan konsentrasi mineral.
Akibatnya, konsumsi air bukan hanya disebabkan oleh jumlah air yang mengalir dalam pipa, melainkan terutama oleh air yang hilang atau dikeluarkan dari sistem.
3. Pusat Data Beroperasi dalam Waktu Lama
Pusat data AI dapat beroperasi selama 24 jam sehari untuk melayani permintaan pengguna dan menjalankan berbagai pekerjaan komputasi.
Selama beban panas berlangsung, sistem pendinginan harus terus bekerja sesuai kebutuhan.
Jika sistem menggunakan cooling tower, pasokan air tambahan dapat dibutuhkan sepanjang operasi.
Namun, beban komputasi tidak selalu konstan. Penggunaan air akan dipengaruhi oleh tingkat pemakaian server dan efisiensi fasilitas.
4. Model AI Semakin Kompleks
Model AI modern dapat membutuhkan kapasitas komputasi yang besar, khususnya untuk pelatihan model, pemrosesan bahasa, dan pembuatan konten multimodal seperti gambar serta video.
Model yang lebih kompleks tidak selalu berarti setiap permintaan membutuhkan energi lebih besar dalam proporsi yang sama. Efisiensi perangkat lunak dan perangkat keras juga berpengaruh.
Akan tetapi, ketika jumlah pengguna dan total pekerjaan komputasi meningkat, kebutuhan infrastruktur secara keseluruhan dapat ikut bertambah.
Jika pusat data menggunakan sistem pendinginan berbasis air, pertumbuhan beban panas dapat meningkatkan kebutuhan air pendinginan.
5. Kondisi Iklim dan Lokasi Pusat Data
Kondisi lingkungan turut menentukan kebutuhan pendinginan.
Di wilayah dengan suhu udara tinggi, sistem pembuangan panas mungkin menghadapi kondisi yang lebih menantang.
Pada sistem pendinginan tertentu, kondisi udara luar dapat memengaruhi efisiensi pembuangan panas dan kebutuhan air.
Karena itu, lokasi pusat data berpengaruh terhadap konsumsi energi dan air.
Namun, tidak tepat menyimpulkan bahwa semua pusat data di wilayah panas pasti menggunakan air lebih banyak, karena desain teknologi dan strategi operasional dapat menghasilkan perbedaan besar.
6. Air untuk Menghasilkan Listrik
Penggunaan air AI tidak hanya berasal dari pendinginan pusat data.
Pusat data juga menggunakan listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik.
Sejumlah pembangkit listrik menggunakan air dalam proses pendinginan atau operasi pembangkitnya. Oleh karena itu, terdapat penggunaan air tidak langsung yang berkaitan dengan sumber energi yang memasok pusat data.
Besarnya penggunaan air tidak langsung bergantung pada jenis pembangkit, teknologi pendinginan, lokasi, dan sistem pengelolaan air.
Pembangkit listrik tenaga air juga memiliki hubungan dengan sumber daya air, tetapi pembahasan penggunaan airnya berbeda dari konsumsi air untuk pendinginan termal.
4. Apakah Semua Air Pendinginan Habis Digunakan?
Tidak.
Hal ini penting untuk dipahami agar pembahasan mengenai penggunaan air AI tidak menimbulkan kesalahpahaman.
Pusat data dapat menggunakan beberapa jenis sistem pendinginan.
Sistem pendinginan tertutup
Air atau cairan pendingin bersirkulasi dalam sistem yang dirancang untuk digunakan kembali.
Dalam sistem ini, air tidak harus terus-menerus diganti dalam jumlah besar. Namun, tetap mungkin diperlukan penambahan air atau cairan akibat kebocoran, pemeliharaan, dan kebutuhan operasional.
Sistem pendinginan dengan cooling tower
Sistem ini dapat menggunakan penguapan untuk membuang panas. Air yang menguap dan air yang dikeluarkan melalui blowdown perlu digantikan.
Sistem ini dapat memiliki konsumsi air yang lebih besar dibandingkan sejumlah sistem tertutup, meskipun perbandingan sebenarnya harus mempertimbangkan keseluruhan desain dan kondisi operasi.
Sistem pendinginan berbasis udara
Sistem tertentu mengandalkan udara untuk membuang panas. Kebutuhan air langsungnya dapat lebih rendah, tetapi sistem tersebut tetap membutuhkan energi dan memiliki pertimbangan efisiensi tersendiri.
Tidak ada satu teknologi pendinginan yang selalu paling sesuai untuk semua lokasi dan kondisi.
5. Bagaimana Cara Mengukur Penggunaan Air Pusat Data?
Untuk memahami konsumsi air, salah satu metrik yang digunakan adalah Water Usage Effectiveness (WUE).
WUE mengukur penggunaan air pusat data dibandingkan dengan energi peralatan teknologi informasi dalam periode tertentu.
Secara umum:
WUE = Total penggunaan air pusat data ÷ Energi peralatan teknologi informasi
Satuan yang sering digunakan adalah liter per kilowatt-jam (L/kWh).
Nilai WUE dapat membantu menilai efisiensi penggunaan air, tetapi angka tersebut perlu dibaca bersama konteks pengukuran, batas sistem, dan periode pelaporan.
WUE juga berbeda dari penggunaan air tidak langsung yang terkait dengan pembangkitan listrik atau pembuatan perangkat keras.
Karena itu, angka konsumsi air AI yang disebutkan dalam suatu laporan harus diperiksa definisi dan cakupan pengukurannya.
6. Apa Dampaknya terhadap Lingkungan?
Penggunaan air untuk pusat data dapat menimbulkan tantangan lingkungan, khususnya jika fasilitas berada di wilayah yang memiliki keterbatasan sumber daya air.
Beberapa risiko yang perlu diperhatikan antara lain:
- Bertambahnya tekanan terhadap sumber air setempat.
- Persaingan penggunaan air dengan kebutuhan rumah tangga, pertanian, dan industri.
- Dampak terhadap wilayah yang mengalami kekeringan.
- Kebutuhan pengelolaan air limbah dan kualitas air.
- Dampak energi dan emisi dari sistem pendinginan serta pasokan listrik.
Namun, besarnya dampak tidak dapat ditentukan hanya berdasarkan jumlah air yang digunakan. Kondisi sumber air, waktu penggunaan, teknologi, dan pengelolaan fasilitas turut menentukan tingkat risikonya.
7. Bagaimana AI Bisa Mengurangi Penggunaan Air dan Energi?
Sejumlah pendekatan dapat digunakan untuk mengurangi dampak lingkungan pusat data.
Pendinginan yang Lebih Efisien
Penggunaan teknologi seperti direct-to-chip cooling, sistem tertutup, dan strategi pendinginan yang sesuai dapat membantu mengelola panas secara efisien.
Pemanfaatan Air yang Tepat
Penggunaan air daur ulang atau air nonpotabel dapat dipertimbangkan jika sesuai dengan kualitas air yang dibutuhkan, kondisi setempat, dan ketentuan yang berlaku.
Namun, penggunaan air daur ulang tetap memerlukan pengolahan serta pengelolaan yang tepat.
Pemilihan Lokasi yang Sesuai
Lokasi pusat data perlu mempertimbangkan ketersediaan air, kondisi iklim, infrastruktur energi, dan kebutuhan masyarakat setempat.
Peningkatan Efisiensi Komputasi
Pengembangan chip yang lebih hemat energi, model AI yang lebih efisien, serta optimalisasi perangkat lunak dapat membantu mengurangi energi yang dibutuhkan untuk pekerjaan tertentu.
Penggunaan Energi Rendah Emisi
Sumber energi rendah emisi dapat membantu mengurangi dampak lingkungan dari konsumsi listrik, meskipun dampak penggunaan air tetap bergantung pada teknologi pembangkitan dan pengelolaan sumber daya.
Kesimpulan
AI membutuhkan energi listrik dan sistem pendinginan yang kuat karena menjalankan komputasi dalam skala besar.
Komponen seperti GPU, CPU, cold plate, heat exchanger, chiller, cooling tower, pompa, dan sistem HVAC memiliki peran berbeda dalam pengelolaan panas. Namun, tidak semua komponen tersebut secara langsung mengonsumsi air, dan tidak semua sistem pendinginan menggunakan air dalam jumlah besar.
Penggunaan air yang tinggi terutama dapat terjadi pada sistem pendinginan yang memanfaatkan penguapan, seperti cooling tower. Air yang menguap dan air yang dikeluarkan untuk mengendalikan kualitas sistem perlu digantikan.
Selain itu, air juga dapat digunakan secara tidak langsung dalam proses pembangkitan listrik dan pembuatan perangkat keras.
Karena itu, pertumbuhan AI perlu diimbangi dengan peningkatan efisiensi komputasi, teknologi pendinginan yang sesuai, pengelolaan air yang bertanggung jawab, dan pemilihan lokasi pusat data yang mempertimbangkan kondisi lingkungan.
Tantangan masa depan bukan hanya membuat AI semakin cerdas, tetapi juga memastikan perkembangan teknologi tersebut tidak mengabaikan keberlanjutan sumber daya air dan energi.
