La demanda global de tecnologías como la IA, la computación de alto rendimiento (HPC) y los servicios en la nube se está acelerando, y detrás de dichas tecnologías el rendimiento de los sistemas de refrigeración utilizados en los centros de datos está adquiriendo mayor importancia.
Actualmente, los centros de datos representan alrededor del 1,5% del uso mundial de electricidad: para 2030, tecnologías como la IA significan que la demanda mundial de energía se duplicará, según la Agencia Internacional de Energía.
Director de EMEA HPC/AI en Lenovo.
El método convencional de refrigeración de los centros de datos es la refrigeración por aire, con grandes ventiladores dentro del centro de datos y dentro de los dispositivos. A medida que aumenta la demanda de energía, la refrigeración por aire tiene dificultades para mantenerse al día con los centros de datos de hoy y las demandas del mañana.
La refrigeración líquida, que utiliza agua tibia para enfriar los componentes, se está convirtiendo en una alternativa importante, con ventajas clave en eficiencia y durabilidad.
A medida que las cargas de trabajo de IA exigen mayores densidades de energía y la sostenibilidad pasa a la vanguardia de las estrategias de infraestructura, es fundamental que los líderes de los centros de datos tomen decisiones informadas sobre la refrigeración. A continuación se presentan las principales ventajas y desventajas de los dos métodos, consideradas entre varios factores.
Eficiencia térmica
Una de las ventajas clave de los sistemas de refrigeración líquida es la eficiencia, donde el agua puede suministrar aire mucho más eficiente. El agua es 3.000 veces más eficiente para eliminar el calor que el aire, lo que significa que los operadores de centros de datos necesitan usar menos electricidad para mantener frescos los equipos y los centros de datos.
Las técnicas de refrigeración líquida, como la refrigeración directa al nodo, pueden eliminar hasta el 98 % del calor de los servidores, y el agua caliente puede reutilizarse en instalaciones térmicas como edificios e incluso piscinas. En general, la refrigeración líquida puede reducir el consumo de energía hasta en un 40%.
Durabilidad
La refrigeración líquida y la refrigeración por aire tienen ventajas y desventajas en términos de durabilidad, aunque la tecnología de refrigeración líquida está evolucionando rápidamente. La refrigeración por aire consume mucha energía, pero ahorra agua.
La refrigeración líquida es más eficiente energéticamente, pero los sistemas más antiguos funcionan con refrigeración evaporativa, donde se rocía agua caliente sobre las almohadillas y se debe reponer desde una fuente externa para enfriarlas.
Los sistemas de refrigeración por agua caliente evitan la pérdida de agua y los sistemas más nuevos pueden aceptar temperaturas de entrada más altas, lo que significa que se desperdicia menos energía en enfriar el agua.
Las empresas están pasando de sistemas de circuito abierto (donde el agua se enfría mediante evaporación) a sistemas de circuito cerrado (que eliminan el calor a través de un intercambiador de calor líquido-aire de circuito cerrado) para la gestión térmica, lo que hace que la refrigeración líquida sea más eficiente y escalable.
Densidad espacial
Los sistemas enfriados por aire requieren un mayor espacio físico para funcionar, los sistemas enfriados por aire son capaces de soportar hasta aproximadamente 70 kW por bastidor, pero existe un límite físico conocido como “capacidad calorífica específica” más allá del cual no pueden funcionar.
Las GPU que alimentan las plataformas de IA requieren hasta 10 veces más energía que las CPU tradicionales, con una gran cantidad de transistores: otras características de diseño, como el apilamiento de silicio 3D, permiten a los fabricantes de GPU empaquetar más componentes en espacios más pequeños.
Esto aumenta la densidad de potencia de los centros de datos, lo que está empujando la refrigeración por aire más allá del umbral en el que es efectiva. A medida que los centros de datos se vuelven más densos en energía, el aire limita la escalabilidad, lo que significa que se puede poner menos potencia informática en el mismo espacio.
La refrigeración líquida permite que los componentes se ejecuten más rápido, lo que significa que los centros de datos pueden ejecutar cargas de trabajo de IA y HPC más intensivas, lo que permite mayores densidades informáticas.
Preparándose para el futuro
Según Goldman Sachs, para finales de esta década, la demanda de energía de tecnologías como la IA provocará un aumento del 160% en la demanda de energía de los centros de datos. Esto significa que una mayor eficiencia de la refrigeración líquida será aún más importante.
Medida por la efectividad del uso de energía (PUE), la eficiencia del centro de datos es la energía necesaria para hacer funcionar todo el centro de datos, dividida por los requisitos de energía del equipo de TI.
Algunos centros de datos optimizados para líquidos ya están logrando PUE de 1,1 o incluso 1,04, y los clientes podrán utilizar agua caliente para calentar edificios de oficinas, lo que es cada vez más fácil con los sistemas más recientes. A medida que la demanda de informática crezca en todo el mundo, dichas habilidades serán aún más importantes.
Fiabilidad y mantenimiento
Los sistemas de refrigeración por aire tienen claras desventajas en términos de confiabilidad y mantenimiento: los ventiladores usados pueden significar que el hardware está expuesto al polvo y las fluctuaciones de temperatura en los centros de datos refrigerados por aire son más probables, lo cual tiene implicaciones para el mantenimiento.
En términos generales, el mantenimiento de un sistema de refrigeración líquida requiere más experiencia. Pero eso está cambiando. Los sistemas modernos de refrigeración líquida son útiles, seguros y muy prácticos en una variedad de entornos.
Los sistemas recientes refrigerados por agua pueden funcionar en múltiples configuraciones para facilitar la adopción, incluidos sistemas híbridos que utilizan aire y agua.
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