A demanda global por tecnologias como IAcomputação de alto desempenho (HPC) e serviços em nuvem está acelerando e a eficiência dos sistemas de refrigeração usados nos data centers por trás dessas tecnologias está se tornando cada vez mais importante.
Hoje, os data centers representam cerca de 1,5% do consumo mundial de eletricidade: até 2030, tecnologias como a IA significarão que a procura de energia duplicará em todo o mundo, de acordo com a Agência Internacional de Energia.
Diretor de HPC/AI EMEA na Lenovo.
A abordagem convencional para resfriamento de data centers é o resfriamento a ar, com grandes ventiladores dentro dos data centers e dos dispositivos. À medida que a procura de energia aumenta, o arrefecimento do ar tem dificuldade em acompanhar as exigências dos actuais centros de dados e o de amanhã.
A refrigeração líquida, que utiliza água quente para resfriar componentes, está surgindo como uma alternativa importante, com vantagens importantes em termos de eficiência e sustentabilidade.
Com as cargas de trabalho de IA exigindo densidades de energia cada vez maiores e a sustentabilidade passando para a vanguarda da infraestrutura estratégia, é fundamental que os líderes dos data centers façam escolhas informadas sobre refrigeração. A seguir estão as principais vantagens e desvantagens das duas abordagens, consideradas em vários fatores.
Eficiência térmica
Uma das principais vantagens dos sistemas de refrigeração líquida é em termos de eficiência, onde a água é capaz de fornecer ar com eficiência muito maior. A água é mais de 3.000 vezes mais eficiente na remoção de calor do que o ar, o que significa que dados os operadores de centros precisam usar menos eletricidade para manter os equipamentos e os data centers resfriados.
Técnicas de resfriamento líquido, como resfriamento direto ao nó, podem remover até 98% do calor dos servidores, e a água quente também pode ser reutilizada para aquecer instalações, como edifícios e até piscinas. No geral, o resfriamento líquido pode reduzir o consumo de energia em até 40%.
Sustentabilidade
A refrigeração líquida e a refrigeração a ar apresentam vantagens e desvantagens em termos de sustentabilidade, embora a tecnologia de refrigeração líquida esteja evoluindo rapidamente. O resfriamento do ar consome muita energia, mas economiza água.
O resfriamento líquido é mais eficiente em termos energéticos, mas os sistemas mais antigos que funcionam com resfriamento evaporativo, onde a água quente é borrifada nas almofadas para serem resfriadas, precisam ser reabastecidos por fontes externas.
Os sistemas de resfriamento de água quente reduzem a perda de água, e os sistemas mais novos podem aceitar altas temperaturas de entrada, o que significa que menos energia é desperdiçada no resfriamento de água.
As organizações também estão a migrar de sistemas de circuito aberto para gestão de calor (onde a água é arrefecida através da evaporação) para sistemas de circuito fechado (que removem o calor através de um permutador de calor líquido-ar de circuito fechado) para tornar o arrefecimento líquido mais eficiente e mais escalável.
Densidade espacial
Os sistemas refrigerados a ar requerem maior espaço físico para operar, com sistemas refrigerados a ar capazes de suportar cerca de 70 quilowatts por rack, mas há um limite físico conhecido como “capacidade de calor específica” além do qual eles não podem operar.
O GPU que as plataformas de IA de potência exigem até 10 vezes mais energia do que as CPUs tradicionais, contendo um número maior de transistores: outros recursos de design, como o empilhamento de silício 3D, estão permitindo que os fabricantes de GPU coloquem mais componentes em espaços menores.
Isto aumenta a densidade de potência dos data centers, o que está levando o resfriamento do ar além do limite em que é viável. Com os data centers se tornando cada vez mais densos em energia, o ar limita a escalabilidade, o que significa que menos poder de computação pode ser colocado na mesma quantidade de espaço.
O resfriamento líquido permite que os componentes sejam executados mais rapidamente, o que significa que os data centers podem executar cargas de trabalho de IA e HPC mais intensas, permitindo maior densidade computacional.
Preparação futura
Até ao final desta década, as exigências energéticas de tecnologias como a IA terão impulsionado um aumento de 160% nas necessidades energéticas dos centros de dados, de acordo com a Goldman Sachs. Isto significa que a maior eficiência do resfriamento líquido se tornará cada vez mais importante.
Medida em termos de eficácia do uso de energia (PUE), a eficiência dos data centers é a energia necessária para operar todo o data center, dividida pelos requisitos de energia do equipamento de TI.
Alguns data centers otimizados para líquidos já estão atingindo PUE de 1,1 ou até 1,04, e clientes também poderão utilizar água quente para aquecer edifícios de escritórios, o que se torna ainda mais fácil com os sistemas mais recentes. À medida que a procura por computação cresce em todo o mundo, essas eficiências tornar-se-ão cada vez mais importantes.
Confiabilidade e manutenção
Os sistemas de refrigeração a ar têm desvantagens distintas quando se trata de confiabilidade e manutenção: os ventiladores usados podem significar que o hardware fica exposto à poeira e é mais provável que a temperatura flutue em data centers refrigerados a ar, ambos os quais têm implicações em termos de manutenção.
Em termos gerais, os sistemas de refrigeração líquida requerem mais experiência para serem mantidos. Mas isso está mudando. Os modernos sistemas de refrigeração líquida são utilizáveis, seguros e altamente práticos em uma ampla variedade de ambientes.
Os mais recentes sistemas refrigerados a água podem funcionar em múltiplas configurações para facilitar a adoção, incluindo sistemas híbridos que utilizam ar e água.
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