La energía y la refrigeración eficiente son esenciales para las operaciones del centro de datos. Esto se aplica igualmente a un hiperescalador en la nube, una instalación de colocación comercial o el propio centro de datos de una empresa. Sin suficiente energía y sin la capacidad de eliminar el exceso de calor, los servidores no pueden funcionar. La necesidad de energía y espacio de bajo costo, junto con una mejor conectividad y automatización, ha permitido a los operadores de centros de datos alejarse de las áreas urbanas. En Europa, esto significó un alejamiento de los distritos comerciales. En EE.UU., los operadores han optado por estados como Arizona, Nevada y Texas, donde el suelo es barato. Pero los avances en la tecnología informática y la demanda de servicios como la inteligencia artificial (IA) están cambiando la mecánica y la economía del desarrollo de los centros de datos. A ambos lados del Atlántico, la presión sobre las redes eléctricas y el suministro de agua está limitando el desarrollo. Y se espera que la demanda siga creciendo marcadamente, a medida que los operadores busquen incluir más equipos en sus sitios, los diseñadores de computadoras incluyan más procesamiento en paquetes de servidores más densos y más aplicaciones exijan unidades de procesamiento de gráficos (GPU) que consumen mucha energía y otros procesadores especializados. El rápido crecimiento de la inteligencia artificial está añadiendo otro conjunto de presiones. En 2023, investigadores de la Universidad de California en Riverside calcularon que el modelo de lenguaje grande (LLM) de ChatGPT utiliza 500 ml de agua para responder de cinco a 50 indicaciones. Casi toda esa agua se sigue enfriando. Y, según Alvin Nguyen, analista senior de Forrester, cuando un LLM crea una imagen, utiliza aproximadamente tanta energía como la que necesita un automóvil con motor de combustión interna para recorrer una milla. Estos desarrollos están ejerciendo presión sobre la industria de los centros de datos, a menudo conservadora, además de impulsar a los CIO a buscar tecnologías alternativas. Una empresa o un operador de centro de datos poco puede hacer para reforzar las redes eléctricas. Y aunque las empresas pueden pasar a chips que consuman menos energía, la tendencia sigue siendo que aumente el uso de energía en los centros de datos. Según Tony Lock, distinguido analista de Freeform Dynamics, esto es inevitable a medida que las empresas digitalizan sus procesos. El trabajo que se hacía manualmente se está trasladando a las computadoras, y las computadoras se están trasladando de la oficina o la sala de datos a un centro de datos o a la nube. “El centro de datos es responsable de la prestación de cada vez más servicios comerciales, pero el pobre y viejo administrador del centro de datos tiene la culpa del aumento de la electricidad”, afirma. Sin embargo, actualizar la refrigeración podría ofrecer una ganancia rápida tanto para las finanzas como para el rendimiento. Si los operadores pueden mejorar la eficiencia de la refrigeración, podrán incluir más equipos en un centro de datos. Una mejor refrigeración es esencial para ejecutar las GPU para IA. La plataforma Blackwell de Nvidia requiere refrigeración líquida, aunque promete funcionar con hasta un 25% menos de costo y consumo de energía que sus predecesoras. Al actualizar la tecnología de refrigeración, las empresas también tienen la oportunidad de reducir sus facturas de energía. El consenso de la industria es que alrededor del 40% de la energía del centro de datos se utiliza en refrigeración. Convenciones de refrigeración La forma convencional de enfriar los sistemas en los centros de datos es mediante la circulación de aire. Los bastidores y servidores están equipados con ventiladores, y los centros de datos instalan unidades de aire acondicionado para salas de computadoras (CRAC) o unidades de tratamiento de aire para salas de computadoras (CRAH) para mantener el aire a la temperatura correcta. Estos refrigeradores normalmente expulsan el calor residual al aire exterior. Si utilizan refrigeración por evaporación, necesitarán tanto electricidad como agua. El tamaño y la capacidad de las unidades CRAC y CRAH también determinarán el diseño físico del centro de datos, e incluso su tamaño general. Como señala David Watkins, director de soluciones del operador de centros de datos Virtus Data Centres, cada unidad está diseñada para enfriar una determinada cantidad de kilovatios (kW) de capacidad y tendrá un «alcance» máximo, o hasta dónde llegará el aire frío. . Teniendo todo esto en cuenta, los diseñadores pueden decidir las dimensiones del edificio y dónde colocar los bastidores. La refrigeración por piso elevado en los centros de datos fuerza el flujo de aire frío hacia arriba a través del piso, pasando por los servidores y hacia una entrada CRAC donde se enfría el aire. Los ingenieros del centro de datos también pueden hacer que la refrigeración por aire sea más eficiente instalando pasillos fríos y calientes. Esto mejora la circulación del aire al separar el aire frío entrante y el aire caliente saliente. También ayuda a controlar la temperatura ambiente en el resto del centro de datos, haciéndolo más cómodo para los operadores humanos. Pero la refrigeración por aire sigue siendo un proceso ruidoso y caro, y que tiene sus límites: por encima de cierto nivel de potencia informática, el aire ya no es capaz de proporcionar suficiente refrigeración. «Aproximadamente 40 kW es el límite superior al que se puede llegar con aire», dice Watkins. Esto significa que los operadores de centros de datos deben buscar alternativas. De barril: refrigeración líquida La refrigeración por aire ha mejorado gradualmente durante las últimas dos décadas y, sin duda, es más eficiente de lo que era. «La refrigeración por aire está bien establecida y probada, y ha experimentado mejoras incrementales en el rendimiento», afirma Steve Wallage, director general del especialista en centros de datos Danseb Consulting. Hay innovaciones en la refrigeración por aire, señala Wallage. KyotoCooling, por ejemplo, que utiliza una “rueda térmica” para controlar los flujos de aire frío y caliente en un centro de datos, puede ahorrar entre un 75% y un 80% en comparación con el enfriamiento convencional. «La principal razón para que sigan siendo soluciones de nicho es la falta de una base instalada», afirma Wallage. En cambio, la refrigeración líquida se ha convertido en la principal alternativa a la refrigeración por aire, especialmente para instalaciones de informática de alto rendimiento (HPC) e inteligencia artificial. En parte, esto se debe a que los sistemas de alto rendimiento se envían con refrigeración líquida incorporada. Pero sus desventajas, incluida su complejidad y su huella logística, se ven compensadas por su eficiencia inherente. La refrigeración líquida es más eficiente que la refrigeración por aire e incluso puede utilizar menos agua que los sistemas CRAH de refrigeración por aire. La refrigeración líquida se presenta en varias formas, incluida la refrigeración directa al chip, la refrigeración por inmersión, en la que todo el dispositivo se mantiene en un líquido no conductor, y una variedad de sistemas que enfrían los bastidores. A menudo, el líquido no es agua sino un aceite especial. Los sistemas inmersivos deben construirse en estrecha colaboración con el servidor o el fabricante de la GPU para que funcionen sin dañar los componentes. Son populares para la minería de criptomonedas y otros sistemas especializados. La refrigeración directa al chip, nuevamente, necesita la integración por parte del fabricante del servidor. Como resultado, los sistemas con refrigeración líquida suelen enviarse con la refrigeración ya configurada. El operador del centro de datos sólo necesita conectarlo todo a los sistemas principales, incluidos los intercambiadores de calor o las unidades de distribución de refrigeración. «Existen tecnologías que permiten aprovechar la refrigeración líquida directa», afirma Nguyen de Forrester. «Pero requiere espacio adicional y no se puede llegar a ser demasiado denso porque se necesitan tuberías para todos los [heat]-producir chips o activos dentro del servidor. «Y a mucha gente no le gustan alternativas como la inmersión en líquido, porque se trabaja con algo que podría reducir la vida útil del equipo y, desde el punto de vista operativo, complica mucho las cosas». Las razones incluyen la necesidad de apagar los sistemas, dejar que el líquido se enfríe y drenarlo antes de realizar mantenimiento o actualizaciones. Los equipos de TI también pueden optar por puertas traseras más simples, sidecar o unidades en fila para refrigeración líquida. La refrigeración líquida es una solución innovadora, pero la tecnología aún no está en condiciones de sustituir completamente la refrigeración por aire en los centros de datos Alistair Barnes, Colt Data Center Services La refrigeración por puerta trasera o los intercambiadores de calor aire-líquido son populares porque pueden adaptarse a los bastidores existentes. No hay contacto directo con el chip, por lo que la ingeniería es menos complicada y los riesgos son menores. Sin embargo, esto tiene el coste de una reducción del rendimiento de refrigeración. Los sistemas de refrigeración de las puertas traseras son completamente pasivos y normalmente refrigeran sistemas en el rango de 20 kW a 120 kW, y algunos fabricantes afirman tener clasificaciones más altas. Otra ventaja de la refrigeración por puerta trasera o lateral es que son más fáciles de integrar con la refrigeración por aire convencional. En el futuro previsible, la mayoría de los centros de datos ejecutarán sistemas refrigerados por aire, como almacenamiento y redes, junto con hardware de alto rendimiento refrigerado por líquido. «La refrigeración líquida es una solución innovadora, pero la tecnología aún no está en condiciones de sustituir completamente la refrigeración por aire en los centros de datos», advierte Alistair Barnes, jefe de ingeniería mecánica de Colt Data Center Services. “E incluso si el equipo se enfría con líquido, se le transferirá calor y parte de este se disipará en una habitación o espacio circundante donde se necesitará aire para eliminarlo. Recomendamos un híbrido donde se utilizan técnicas de líquido y aire juntas”. Esto permite a los operadores de centros de datos maximizar la eficiencia operativa y energética, o la eficacia del uso de energía (PUE). Cielo azul y piscina azul, pensamiento Hay más límites a la refrigeración líquida y estos, junto con la creciente demanda de computación a partir de IA, están impulsando a los operadores de centros de datos a buscar soluciones aún más innovadoras. El peso es un problema con la refrigeración líquida porque los racks son más pesados y pueden exceder el diseño estructural del centro de datos. «Habrá sitios que se pueden modernizar hasta cierto punto, pero estos factores pueden dificultar las cosas si se tiene una losa». [concrete base] de cierta fortaleza”, afirma Watkins de Virtus Data Centres. Algunos centros de datos utilizan refrigeración por aire libre, que funciona bien en climas más fríos como el norte de Europa, Escandinavia o el noroeste del Pacífico de Estados Unidos. «La refrigeración por aire libre sigue siendo viable, aunque algunas cosas no se consideraron para empezar», dice Lock de Freeform. «Creo que se tuvo en cuenta la humedad, pero no el polvo». Algunos centros de datos se están trasladando ahora a minas de sal debido a su baja humedad. Otros se están conectando a redes de calefacción municipales para poder utilizar el calor residual para calentar edificios cercanos. Esto no es nuevo: varios centros de datos escandinavos han funcionado de esta manera desde los años 1970. Pero las regulaciones europeas controlan cada vez más cómo los centros de datos extraen el exceso de calor, estipulando que no puede simplemente bombearse a la atmósfera. Diseños más radicales incluyen la construcción de grandes tanques de agua debajo de los centros de datos para almacenar el calor residual para uso futuro. El centro de datos AM3 de Equinix en Ámsterdam utiliza agua fría de acuíferos subterráneos, así como refrigeración por aire gratuito. Otros centros de datos utilizan el calor residual para calentar piscinas. No todo el mundo puede trasladarse a una mina de sal o instalar piscinas, pero los CIO pueden planear ahora invertir en una mejor refrigeración de los centros de datos. Y pueden preguntar si sus proveedores de nube y colocación están utilizando tecnología de refrigeración más barata y limpia.
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