A procura global por tecnologias como IA, computação de alto desempenho (HPC) e serviços em nuvem está a acelerar, e a eficiência dos sistemas de refrigeração utilizados nos data centers por trás destas tecnologias está a tornar-se cada vez mais importante.
Os data centers representam atualmente cerca de 1,5% do consumo global de eletricidade: até 2030, tecnologias como a IA significarão que a procura global de energia duplicará, de acordo com a Agência Internacional de Energia.
Diretor de EMEA HPC/AI na Lenovo.
A abordagem tradicional para refrigeração de data centers é a refrigeração a ar, com grandes ventiladores dentro do data center e dentro dos dispositivos. À medida que a procura de energia aumenta, o arrefecimento do ar enfrenta dificuldades para acompanhar as exigências dos centros de dados de hoje e de amanhã.
O resfriamento líquido, que utiliza água quente para resfriar componentes, está emergindo como uma alternativa importante com vantagens importantes em termos de eficiência e durabilidade.
Como as cargas de trabalho de IA exigem densidades de energia cada vez maiores e a sustentabilidade está na vanguarda da estratégia de infraestrutura, é fundamental que os gestores dos data centers façam escolhas informadas sobre o resfriamento. A seguir estão as vantagens e desvantagens de ambas as abordagens, considerando múltiplos fatores.
Eficiência térmica
Uma das principais vantagens dos sistemas de refrigeração líquida em termos de eficiência é que a água é capaz de fornecer um ar muito mais eficiente. A água é 3.000 vezes mais eficiente na remoção de calor do que o ar, o que significa que os operadores de data centers precisam usar menos eletricidade para resfriar equipamentos e data centers.
Técnicas de resfriamento líquido, como resfriamento direto de 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. Em geral, a refrigeração líquida reduz o consumo de energia em 40%.
Durabilidade
Tanto o resfriamento líquido quanto o resfriamento a ar têm vantagens e desvantagens em termos de durabilidade, embora a tecnologia de resfriamento líquido esteja evoluindo rapidamente. O resfriamento a ar consome muita energia, mas economiza água.
O resfriamento líquido é mais eficiente em termos energéticos, mas os sistemas mais antigos que operam com resfriamento evaporativo, onde a água quente é bombeada para as pastilhas a serem resfriadas, devem ser adaptados de fontes externas.
Os sistemas de resfriamento de água quente reduzem a perda de água e os sistemas mais novos podem acomodar temperaturas de entrada mais altas, o que significa que menos energia é desperdiçada na água de resfriamento.
As organizações também estão migrando de sistemas de gerenciamento de calor de circuito aberto (onde a água é resfriada por evaporação) para sistemas fechados (que removem o calor por meio de um trocador de calor ar-líquido de circuito fechado) para tornar o resfriamento líquido mais eficiente e escalável.
Densidade espacial
Os sistemas refrigerados a ar requerem mais espaço físico para operar, os sistemas refrigerados a ar podem 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.
As GPUs que alimentam plataformas de IA exigem até 10 vezes mais energia do que as CPUs tradicionais para acomodar um maior número de transistores: outros recursos de design, como o empilhamento de silício 3D, permitem que os fabricantes de GPU coloquem mais componentes em espaços menores.
Isto aumenta a densidade de potência dos data centers, empurrando-os para além do limite onde o resfriamento do ar é viável. À medida que os data centers se tornam cada vez mais densos em energia, o ar limita a escalabilidade, o que significa que menos capacidade de computação pode ser acumulada 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, a procura de energia proveniente de tecnologias como a IA aumentará a procura de energia dos centros de dados em 160%, 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 eficiência de uso de energia (PUE), a eficiência do data center 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 PUEs de 1,1 ou 1,04, e os clientes também poderão usar água quente para aquecer edifícios de escritórios, o que é ainda mais fácil com os sistemas mais recentes. À medida que a procura pela computação cresce em todo o mundo, estas eficiências tornar-se-ão cada vez mais importantes.
Confiabilidade e manutenção
Os sistemas refrigerados a ar têm desvantagens significativas em termos de confiabilidade e manutenção: os ventiladores usados podem significar que o hardware fica exposto à poeira e as temperaturas podem flutuar em data centers refrigerados a ar, ambos os quais têm implicações na manutenção.
Em geral, os sistemas de refrigeração líquida requerem mais experiência para manutenção. Mas isso está mudando. Os modernos sistemas de refrigeração líquida são úteis, seguros e muito práticos em diversos ambientes.
Os mais recentes sistemas refrigerados a água podem operar em diversas configurações para facilitar a adoção, incluindo sistemas híbridos que utilizam ar e água.
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