El auge de la inteligencia artificial requiere las unidades de procesamiento gráfico (GPU) de nueva generación que tienen propiedades de densidad térmica más altas que las arquitecturas de generaciones anteriores. En cada rack se están incorporando más CPU y GPU, con lo que hemos pasado de las densidades de 5-1 5kW por rack a 50-130 kW o incluso más en un futuro muy cercano.
Para estas densidades, la refrigeración tradicional por el aire no puede enfriar estos racks de alta densidad de manera eficiente y sostenible. En estos casos, los diseñadores de data center recurrimos a la refrigeración líquida, que es hasta 3.000 veces más efectiva que el uso de aire, para evitar el sobrecalentamiento.
La primera vez que se implementó la refrigeración líquida fue en el año 1985, cuando la empresa Cray Research desarrolló Cray-2, un superordenador utilizado en aplicaciones exigentes para el Departamento de Defensa y el de Energía de Estados Unidos.
Dentro de las tecnologías de refrigeración líquida podemos distinguir la refrigeración DLC (Direct Liquid Cooling o Direct-to-Chip) y por inmersión.
La refrigeración líquida directa (DLC) utiliza líquidos refrigerantes que circulan a través de tuberías integradas en los servidores. Aproximadamente, el 75% del calor generado por los componentes electrónicos se transfiere directamente al líquido refrigerante, sin embargo, el 25% restante se disipa a la sala a través del aire.
En cambio, en la refrigeración por inmersión, los componentes electrónicos de los servidores están sumergidos directamente en el líquido dieléctrico lo que permite una disipación de calor eficiente. Al ser altamente estable térmicamente, son fluidos ideales para transferencia de calor. Además, suelen tener punto de ebullición superior al 200ºC lo que permite uso en condiciones extremas. En refrigeración por inmersión prácticamente no hay disipación del calor a la sala. También las temperaturas de trabajo de refrigeración pueden ser aún más elevadas lo que se traduce en menos horas de trabajo de compresores y más horas de free-cooling.
Gracias a estas innovadoras soluciones para la refrigeración de servidores de muy alta densidad, podemos mejorar la eficiencia y la sostenibilidad de los futuros Centros de Datos.
En nuestro reciente proyecto realizado en Barcelona en colaboración con Submer y aprovechando su experiencia con refrigeración líquida, hemos llevado a cabo la transición total de la refrigeración por aire a la refrigeración líquida (Refrigeración Líquida Directa y Refrigeración por Inmersión). El proyecto permite demostrar la innovación en refrigeración líquida, integrando un ecosistema optimizado verticalmente que soporta más de 150 kW por cada rack o tanque.
Como comenta Daniel Pope, co-fundador de Submer: “Nuestra misión es asegurar que las empresas pueden escalar las cargas de trabajo de IA de forma eficiente al tiempo que reducen el impacto ambiental”.
El proyecto establece nuevas referencias en eficiencia energética y sostenibilidad, aprovechando las tecnologías de refrigeración líquida para reducir drásticamente el consumo de energía, los costes operativos y bajar el consumo de agua a cero (cero WUE).
Con ambas tecnologías, conseguimos una reducción del PUE a niveles de 1,1-1,2 para DLC (Direct-to-Chip) y cercanos a 1,05 para Immersive cooling, lo que supone una ruta clara hacia data centers eficientes y sostenibles.
Las principales características del diseño son:
- Reutilización del calor: gracias a la alta temperatura del líquido, el calor generado por los componentes electrónicos de los servidores es capturado y reutilizado para la calefacción de la zona de oficinas. En futuro y con todo el centro operativo esperamos que de este calor se podrá beneficiar alguna industria cercana.
- Zero consumo del agua: a diferencia de otros sistemas, no necesitamos consumir el agua ya que el líquido dieléctrico no se evapora.
- Mayor densidad y menor espacio: hemos conseguido mayor densidad de los componentes, optimizando el uso de espacio físico comparando con los diseños tradicionales.
- Ahorro en el Total Cost Ownership (TCO): la eficiencia energética y el reducido mantenimiento resultan en un ahorro a largo plazo
- Mayor eficiencia: gracias a la transferencia directa del calor entre los componentes electrónicos y el líquido refrigerante sumado a las altas temperaturas del líquido, conseguimos ahorros significativos comparando con sistemas de refrigeración tradicionales.
La refrigeración líquida también se enfrenta a varios desafíos que pueden dificultar su adopción generalizada y requiere de una ingeniería especializada. Los principales obstáculos son:
- Costes iniciales: la implementación de los sistemas de refrigeración líquida requieren una inversión superior a los sistemas tradicionales.
- Reestructuración de instalaciones existentes: muchos centros de datos existentes no están diseñados para acomodar el sistema de refrigeración líquida lo que implica modificaciones importantes en el diseño actual.
- Falta de estandarización: no existe un estándar ampliamente aceptado para la refrigeración líquida por lo que cada fabricante de servidores tiene sus preferencias sobre las temperaturas y líquidos aplicados. Esto añade una dificultad adicional a la hora de implementar estas tecnologías.
- Formación y documentación: los operadores necesitan conocimiento especializado para operar y mantener estos sistemas.
- Compatibilidad de equipos: la mayoría de los servidores actuales están diseñados para refrigeración por aire, lo que puede limitar compatibilidad con los sistemas de refrigeración líquida.
A pesar de estos desafíos, la refrigeración líquida junto a las mayores densidades de computación con una gestión térmica optimizada abre la puerta a una nueva era de centros de datos habilitados para la IA, que son respetuosos con la huella de carbono, más eficientes, escalables y responsables con el medio ambiente.
El futuro de los centros de datos pasa por construir instalaciones que tengan sentido, con un fuerte enfoque en la sostenibilidad, la eficiencia y un uso más inteligente de los recursos. Así, la industria de los centros de datos podrá ser respetuosa con el planeta y liderar el camino hacia un futuro más verde.
Artículo escrito por:
Andrei Pawlaczyk
Unit Director Data Center
Deerns Spain
