Tecnologia de resfriamento por imersão: o futuro do gerenciamento de calor do data center

À medida que o consumo de energia do rack dispara para níveis sem precedentes, o setor de data center está passando por uma transformação massiva. Impulsionados por aplicativos de Inteligência Artificial (IA) e Computação de Alto Desempenho (HPC) intensivos em computação, os data centers rapidamente passaram de usar estratégias de resfriamento a ar para racks dissipando 10-20 quilowatts para agora exigir sistemas de resfriamento capazes de lidar com racks de 120 quilowatts alimentados pelos superchips Grace Blackwell da NVIDIA — apenas para as necessidades de resfriamento de um único gabinete de servidor!

A tecnologia tradicional de resfriamento a ar não é mais suficiente para atender a essas altas demandas de dissipação de calor, abrindo caminho para o desenvolvimento de soluções avançadas de resfriamento líquido. As opções atuais de resfriamento líquido são divididas principalmente em duas categorias:"direto para chip"e"imersão"resfriamento. Diferentemente dos métodos tradicionais de resfriamento a ar, essas tecnologias usam meios líquidos como água ou fluidos isolantes para dissipar o calor do equipamento.

Este artigo exploratecnologia de resfriamento por imersão, analisando seus princípios de funcionamento, vantagens, desafios e suas potenciais aplicações em ambientes de alta potência.

Tecnologia de resfriamento por imersão: componentes totalmente submersos

A tecnologia de resfriamento por imersão submerge completamente servidores e outros componentes eletrônicos em um líquido isolante. À medida que o equipamento gera calor durante a operação, esse calor é transferido para o meio de resfriamento ao redor. O líquido aquecido sobe para a superfície, é direcionado para o sistema de resfriamento para dissipar o calor e, em seguida, retorna ao reservatório de líquido inicial que abriga o equipamento.

Existem dois tipos de resfriamento por imersão:

1. Resfriamento por imersão monofásico

Este sistema submerge totalmente todos os servidores e equipamentos de TI em um líquido isolante. Quando a temperatura de componentes como CPUs ou GPUs aumenta, o fluido absorve o calor gerado. O fluido aquecido é então bombeado para uma unidade de troca de calor onde é resfriado, e o fluido resfriado é retornado ao reservatório de líquido do equipamento.

Vantagens:

●Absorção completa de calor:Todo o calor gerado pelos servidores (GPU, CPU, módulos de memória, etc.) é coletado e dissipado pelo sistema de resfriamento.

●Líquido isolante:Garante que os componentes permaneçam protegidos contra curtos-circuitos.

Desafios:

●Limitações da potência de projeto térmico (TDP):Quando o TDP da GPU excede 700 watts, a imersão monofásica pode ter dificuldade em fornecer resfriamento eficaz.

●Investimento em infraestrutura:Investimentos significativos são necessários para o redesenho da infraestrutura do data center, incluindo grandes e pesados ​​reservatórios de líquidos. Isso o torna mais adequado para novos data centers ou instalações existentes que podem acomodar renovações em larga escala e reforços estruturais.

●Compatibilidade com líquidos isolantes:Todos os componentes (servidores, conectores, placas de circuito impresso, etc.) devem ser compatíveis com o líquido isolante para evitar danos. Isso geralmente requer equipamento personalizado ou modificações nos servidores.

●Reformulações mecânicas:Alguns componentes do servidor, como conectores de fibra óptica, não funcionam corretamente em um ambiente de imersão e precisam de modificações mecânicas.

●Risco de incêndio:Os fluidos usados ​​no resfriamento por imersão, geralmente à base de hidrocarbonetos, são inflamáveis ​​e representam riscos significativos em caso de incêndio no data center.

●Dificuldades de manutenção:Qualquer trabalho de manutenção requer guindastes para remover os servidores do reservatório de líquido, seguido por um período de espera de 30 minutos para que o fluido seja drenado antes que os reparos possam começar.

●Problemas de contaminação:Se o fluido de resfriamento for contaminado (por exemplo, água), o reservatório precisará ser drenado e limpo, o que pode resultar em tempo de inatividade de até um dia.

2. Resfriamento por imersão bifásico

Semelhante à imersão monofásica, esse sistema submerge os servidores e equipamentos de TI em um líquido isolante. No entanto, quando os componentes esquentam, o fluido começa a ferver e gerar vapor. Esse vapor sobe para o topo do reservatório de líquido, onde uma rede de tubos de água de resfriamento é instalada. O vapor condensa ao entrar em contato com os tubos de resfriamento, voltando a ser líquido e pingando de volta para o reservatório. Enquanto isso, a água aquecida nos tubos de resfriamento leva o calor para longe do equipamento e para fora do data center.

Vantagens:

●Absorção completa de calor:Assim como a imersão monofásica, este sistema absorve completamente todo o calor dos servidores (GPU, CPU, módulos de memória, etc.) para um resfriamento eficiente.

●Suporta altos TDPs:O resfriamento por imersão bifásico pode lidar com cargas de calor muito maiores em comparação aos sistemas monofásicos.

●Líquido isolante:Evita curtos-circuitos, garantindo a operação segura do equipamento.

Desafios:

●Compatibilidade com líquidos isolantes:Semelhante à imersão monofásica, todos os componentes devem ser compatíveis com o líquido isolante para evitar danos, exigindo equipamentos especializados ou modificações no servidor.

● Danos por cavitação:O processo de ebulição em sistemas bifásicos pode causar cavitação, o que pode danificar componentes de TI, placas de circuito impresso e juntas de solda.

●Investimento em infraestrutura:Assim como os sistemas monofásicos, o resfriamento por imersão bifásico exige grandes investimentos em infraestrutura, incluindo grandes reservatórios e estruturas de construção reforçadas para acomodar o peso adicional.

●Desafios de manutenção:Devido ao peso dos reservatórios e dispositivos de imersão, o trabalho de manutenção normalmente requer guindastes, o que leva a um tempo de inatividade prolongado.

●Impacto ambiental:Cada vez que o reservatório de líquido é aberto para manutenção, vapores de substâncias perfluoroalquil (PFAS) são liberados na atmosfera. Isso resulta em uma perda anual de cerca de 10% do fluido de resfriamento (centenas de litros), contribuindo para preocupações ambientais.

Conclusão: O futuro do resfriamento de data centers

A tecnologia de resfriamento por imersão, com sua capacidade de lidar com cargas de calor extremamente altas de forma eficiente, está rapidamente se tornando uma solução essencial para data centers modernos, particularmente aqueles projetados para suportar IA, HPC e outras aplicações intensivas. Embora haja benefícios claros para esses sistemas em termos de gerenciamento de calor e eficiência energética, os requisitos significativos de infraestrutura, o potencial de impacto ambiental e os desafios de manutenção devem ser cuidadosamente considerados.

À medida que a demanda por computação de alto desempenho continua a crescer, os sistemas de resfriamento por imersão estão prontos para desempenhar um papel fundamental para garantir que os data centers possam ser dimensionados de forma eficaz, ao mesmo tempo em que gerenciam suas crescentes necessidades de consumo de energia e dissipação de calor.

NoTecnologia Tongyu, somos um fornecedor líder de soluções térmicas. Sinta-se à vontade para entrar em contato conosco para soluções de resfriamento personalizadas sob medida para as necessidades do seu data center.