La tecnología de enfriamiento líquido: hacia el futuro del centro de datos

Por Massimiliano Maistro, Líder del equipo de ingenieros de aplicaciones de EMEA en Vertiv

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La inteligencia artificial (AI), la automatización, la computación de alto rendimiento (HPC) y el aprendizaje automático aumentan la demanda en el procesamiento, lo cual resulta en mayores densidades de calor por chip. Esto hace que los servidores generen más calor que debe eliminarse y, en algunas aplicaciones, el calor generado alcanza un nivel en el cual el enfriamiento por aire no enfría lo suficiente estos racks de alta densidad.

Existen múltiples opciones en términos de tecnologías de gerenciamiento térmico que han de tomarse en cuenta según las necesidades del diseño en un rango específico de densidades de racks. A medida que las densidades de los racks se acercan y superan los 30 kilovatios (kW), es posible que el enfriamiento por aire no sea el adecuado para mantener la temperatura operativa del procesador (temperatura de la carcasa); como resultado, el enfriamiento por líquido se convierte en la única opción para eliminar el calor de manera eficiente.

Esto se debe a las propiedades de transferencia térmica de los líquidos, que son mucho más eficaces para la transferencia de calor desde el chip, y puede realizarse a través de los métodos de enfriamiento directo al chip (D2C) o por inmersión.

Eficiencia

El enfriamiento líquido es la manera más eficiente de enfriar el centro de datos. Esto se debe a dos razones:

1. La temperatura de alimentación del fluido de aplicación puede aumentarse para mantener las condiciones operativas del procesador, sin aumentar la potencia del ventilador, ya que el enfriamiento es dirigido a los componentes más calientes —por lo general el procesador—. Reconocemos que la transferencia de calor entre el procesador y la placa fría es mucho más eficiente que la transferencia de calor entre el procesador y el aire circundante en caso de un sistema de enfriamiento por aire tradicional, lo cual tiene un efecto positivo en la eficiencia general del centro de datos.
2. La temperatura del agua de retorno de los racks, al ser elevada en comparación con el enfriamiento por aire tradicional, puede facilitar la recuperación de calor de una manera mucho más eficiente en un centro de datos enfriado por aire.

Debido al aumento constante de aplicaciones que exigen una mayor potencia informática, se espera avanzar hacia innovadoras tecnologías de gerenciamiento térmico para administrar mejor estas mayores densidades de potencia. Podemos esperar que los centros de datos introduzcan sistemas híbridos de gerenciamiento térmico, incluidos el enfriamiento por aire y por líquido.

Las tecnologías de enfriamiento líquido

La transición para soportar un sistema de enfriamiento líquido directo al chip es similar a lo que estamos familiarizados con un rack estándar. La diferencia radica en que el diseño del rack incluirá un distribuidor de líquido para llevar el líquido de aplicación al equipo de TI (ITE) con enfriamiento directo al chip. La tubería dentro del rack se combinará con los distribuidores de líquido en la fila para llevar el líquido al rack y todo será controlado por una unidad de distribución de enfriamiento (CDU). El aprovisionamiento para ello exige cambios en el espacio técnico de las instalaciones, lo cual a su vez requiere una planificación adecuada.

Un sistema de enfriamiento por inmersión necesita de un diseño del centro de datos que sea diferente. La disposición de racks estándar es reemplazada por tanques en posición horizontal en comparación con los racks verticales tradicionales. En esta forma de centro de datos, el equipo de TI se sumerge por completo en un líquido dieléctrico térmicamente conductivo o un fluido (eléctricamente no conductivo). El enfriamiento por inmersión es una tecnología prometedora, pero no completamente madura debido a la falta de estándares integrales. Además, es necesario mejorar las destrezas de los equipos de operaciones del centro de datos, quienes por lo general no están familiarizados con la tecnología y requieren la transferencia de conocimientos antes de la instalación y la operación.

El enfoque común para ambas tecnologías es utilizar una CDU con un intercambiador de calor de placas de líquido a líquido entre el Circuito de enfriamiento de tecnología (TCL) y el Circuito de enfriamiento de las instalaciones (FCL), con el fin de transferir el calor entre el TCL y el FCL. El TCL tiene estrictas exigencias en términos de limpieza y los requisitos de filtración son mucho más elevados que los requeridos para el FCL.

Ambas tecnologías pueden utilizar un fluido monofásico o un fluido de cambio de fase, conocidos como fluidos bifásicos. Estos son más eficientes ya que la transferencia de calor se beneficia a medida que el líquido pasa a estado gaseoso.

Métricas

Se espera que el diseño de centros de datos híbridos se vuelva popular. Por lo tanto, las métricas son cada vez más importantes para medir la eficiencia de todo el centro de datos. Asimismo, resulta necesario tomar en consideración métricas que vayan más allá de la tradicional métrica de Efectividad del uso de la energía (PUE), para tener en cuenta la reducción esperada en la potencia del ventilador a través de los sistemas de enfriamiento líquido.

De la mano con nuestros socios, en Vertiv hemos desarrollado un estudio que muestra las diferentes métricas como la Efectividad del uso total (TUE), la cual refleja la reducción total de la potencia para todo el diseño del centro de datos. 

 

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