Tecnología de refrigeración por inmersión: el futuro de la gestión del calor en los centros de datos

A medida que el consumo de energía de los racks se dispara a niveles sin precedentes, la industria de los centros de datos está experimentando una transformación masiva. Impulsados ​​por la Inteligencia Artificial (IA) y las aplicaciones de computación de alto rendimiento (HPC) de alto consumo, los centros de datos han pasado rápidamente de usar estrategias de refrigeración por aire para racks que disipan entre 10 y 20 kilovatios a requerir sistemas de refrigeración capaces de gestionar racks de 120 kilovatios alimentados por los superchips Grace Blackwell de NVIDIA, ¡solo para las necesidades de refrigeración de un único gabinete de servidor!

La tecnología tradicional de refrigeración por aire ya no es suficiente para satisfacer estas altas demandas de disipación de calor, lo que ha abierto el camino al desarrollo de soluciones avanzadas de refrigeración líquida. Las opciones de refrigeración líquida más comunes actualmente se dividen principalmente en dos categorías:"directamente al chip"y"inmersión"Refrigeración. A diferencia de los métodos tradicionales de refrigeración por aire, estas tecnologías utilizan medios líquidos como agua o fluidos aislantes para disipar el calor del equipo.

Este artículo exploratecnología de enfriamiento por inmersión, analizando sus principios de funcionamiento, ventajas, desafíos y sus potenciales aplicaciones en entornos de alta potencia.

Tecnología de refrigeración por inmersión: Componentes completamente sumergidos

La tecnología de refrigeración por inmersión sumerge completamente los servidores y otros componentes electrónicos en un líquido aislante. A medida que el equipo genera calor durante su funcionamiento, este se transfiere al medio de refrigeración circundante. El líquido calentado asciende a la superficie, se dirige al sistema de refrigeración para disipar el calor y luego regresa al depósito de líquido inicial que alberga el equipo.

Existen dos tipos de enfriamiento por inmersión:

1. Enfriamiento por inmersión monofásico

Este sistema sumerge completamente todos los servidores y equipos informáticos en un líquido aislante. Cuando la temperatura de componentes como CPU o GPU aumenta, el fluido absorbe el calor generado. El fluido calentado se bombea a una unidad de intercambio de calor donde se enfría, y el fluido enfriado regresa al depósito de líquido del equipo.

Ventajas:

●Absorción completa del calor:Todo el calor generado por los servidores (GPU, CPU, módulos de memoria, etc.) es recogido y disipado por el sistema de refrigeración.

●Líquido aislante:Asegura que los componentes permanezcan protegidos contra cortocircuitos.

Desafíos:

●Limitaciones de potencia de diseño térmico (TDP):Cuando el TDP de la GPU supera los 700 vatios, la inmersión monofásica puede tener dificultades para proporcionar una refrigeración eficaz.

●Inversión en infraestructura:Se requieren inversiones significativas para rediseñar la infraestructura de los centros de datos, incluyendo grandes depósitos de líquidos pesados. Esto la hace más adecuada para centros de datos nuevos o instalaciones existentes que puedan adaptarse a renovaciones a gran escala y refuerzos estructurales.

●Compatibilidad con líquidos aislantes:Todos los componentes (servidores, conectores, placas de circuito impreso, etc.) deben ser compatibles con el líquido aislante para evitar daños. Esto suele requerir equipos personalizados o modificaciones en los servidores.

●Rediseños mecánicos:Algunos componentes del servidor, como los conectores de fibra óptica, no funcionan correctamente en un entorno de inmersión y necesitan modificaciones mecánicas.

●Peligro de incendio:Los fluidos utilizados en el enfriamiento por inmersión, a menudo a base de hidrocarburos, son inflamables y plantean riesgos importantes si ocurre un incendio en el centro de datos.

●Dificultades de mantenimiento:Cualquier trabajo de mantenimiento requiere grúas para retirar los servidores del depósito de líquido, seguido de un período de espera de 30 minutos para que el fluido se drene antes de que puedan comenzar las reparaciones.

●Problemas de contaminación:Si el líquido refrigerante se contamina (por ejemplo, agua), es necesario drenar y limpiar el depósito, lo que podría ocasionar un tiempo de inactividad de hasta un día.

2. Enfriamiento por inmersión de dos fases

Similar a la inmersión monofásica, este sistema sumerge los servidores y equipos informáticos en un líquido aislante. Sin embargo, cuando los componentes se calientan, el fluido comienza a hervir y genera vapor. Este vapor asciende hasta la parte superior del depósito de líquido, donde se instala una red de tuberías de agua de refrigeración. El vapor se condensa al entrar en contacto con las tuberías de refrigeración, volviéndose líquido y goteando de nuevo al depósito. Mientras tanto, el agua caliente de las tuberías de refrigeración disipa el calor de los equipos y del centro de datos.

Ventajas:

●Absorción completa del calor:Al igual que la inmersión monofásica, este sistema absorbe completamente todo el calor de los servidores (GPU, CPU, módulos de memoria, etc.) para una refrigeración eficiente.

●Admite TDP altos:El enfriamiento por inmersión bifásico puede soportar cargas de calor mucho más altas en comparación con los sistemas monofásicos.

●Líquido aislante:Previene cortocircuitos, garantizando el funcionamiento seguro del equipo.

Desafíos:

●Compatibilidad con líquidos aislantes:Al igual que en la inmersión monofásica, todos los componentes deben ser compatibles con el líquido aislante para evitar daños, lo que requiere equipo especializado o modificaciones del servidor.

●Daños por cavitación:El proceso de ebullición en sistemas bifásicos puede provocar cavitación, que puede dañar componentes informáticos, placas de circuitos impresos y uniones soldadas.

●Inversión en infraestructura:Al igual que los sistemas monofásicos, el enfriamiento por inmersión bifásico exige una gran inversión en infraestructura, incluidos grandes depósitos y estructuras de edificios reforzadas para soportar el peso adicional.

●Desafíos de mantenimiento:Debido al peso de los depósitos y los dispositivos de inmersión, los trabajos de mantenimiento normalmente requieren grúas, lo que genera tiempos de inactividad prolongados.

●Impacto ambiental:Cada vez que se abre el depósito de líquido para realizar tareas de mantenimiento, se liberan vapores de sustancias perfluoroalquiladas (PFAS) a la atmósfera. Esto provoca una pérdida anual de aproximadamente el 10 % del fluido refrigerante (cientos de litros), lo que contribuye a la preocupación ambiental.

Conclusión: El futuro de la refrigeración de los centros de datos

La tecnología de refrigeración por inmersión, con su capacidad para gestionar eficientemente cargas térmicas extremadamente altas, se está convirtiendo rápidamente en una solución clave para los centros de datos modernos, en particular aquellos diseñados para soportar IA, HPC y otras aplicaciones intensivas. Si bien estos sistemas ofrecen claras ventajas en términos de gestión del calor y eficiencia energética, es importante considerar cuidadosamente los importantes requisitos de infraestructura, el potencial impacto ambiental y los retos de mantenimiento.

A medida que la demanda de computación de alto rendimiento continúa creciendo, los sistemas de enfriamiento por inmersión están preparados para desempeñar un papel fundamental para garantizar que los centros de datos puedan escalar de manera efectiva y, al mismo tiempo, administrar su creciente consumo de energía y necesidades de disipación de calor.

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