O resfriamento líquido emergiu como a referência do setor de data center para servidores de alta densidade e cargas de trabalho avançadas.

O tipo de líquido usado varia de sistema para sistema, mas com uma capacidade de calor muito maior do que qualquer outro líquido e uma condutividade térmica impressionante, a água é um excelente refrigerante.

No entanto, sua queda é o resultado da física básica - a água congela. Canos congelados são um desastre em qualquer situação, desde o encanamento doméstico até o motor de um carro ou sistemas de resfriamento de data center. Mas, ao contrário de um cano congelado em uma casa, quando se trata do circuito de resfriamento de um data center, você não pode simplesmente lavar o sistema com água quente. É aí que entra o anticongelante.

Qual é o objetivo do anticongelante?

O anticongelante impede que a água no circuito primário de um sistema de resfriamento congele caso a temperatura externa fique muito baixa. Ele também desempenha um papel importante se os servidores pararem de funcionar, evitando que a água congele na ausência do calor normalmente fornecido pelo hardware.

"Essencialmente, o anticongelante é glicol", diz Peter Huang, vice-presidente global de gerenciamento térmico de data center da petrolífera Castrol. "A porcentagem de glicol depende de quão frio é o ambiente. Quanto mais frio o ambiente, maior a porcentagem de anticongelante de glicol que você precisa usar”.

Em um ambiente muito frio, a porcentagem de glicol pode chegar a 50%. No Canadá, diz Huang, as operadoras estão usando porcentagens de até 40% para evitar que os sistemas de refrigeração líquida congelem. Concentrações à parte, também existem diferentes variedades de anticongelante.

O primeiro é o propilenoglicol (PG) e o segundo é o etilenoglicol (EG). Embora o EG seja muito mais eficaz quando se trata de resfriamento, é um produto químico tóxico com muitos efeitos colaterais potencialmente perigosos relacionados à exposição. O PG é menos tóxico e mais ecológico, mas muito menos eficiente como refrigerante. Isso significa, argumenta Huang, que suas credenciais verdes estão em debate, já que um refrigerante menos eficaz aumenta a quantidade de eletricidade usada para bombear a água ao redor do sistema de circuito para resfriar os chips.

Embora tradicionalmente uma empresa focada em lubrificantes para veículos, a Castrol tem expandido seus negócios de data center nos últimos anos, com uma variedade de fluidos de refrigeração para diferentes sistemas, bem como anticongelante. Seus produtos são comercializados com base no tipo de glicol que contêm e na concentração, mas vale a pena notar que o produto geralmente não é enviado como um produto acabado, explica Huang. Para economizar nos custos de energia e nos custos de envio, o glicol é enviado como um concentrado. Uma vez recebido no data center, pode ser misturado com água.

Manter o controle da quantidade de anticongelante em um sistema também é importante, pois o líquido não pode ser simplesmente deixado sozinho. Huang diz que a Castrol recomenda que seus clientes coletem amostras a cada 50 a 100 dias, pois o anticongelante pode evaporar, principalmente em climas secos e quentes. A maioria das recargas acontece no circuito de resfriamento primário, acrescenta ele.

Frio e quebrado

O resfriamento é uma equação complicada, explica Huang, e depende do chip, da densidade e do sistema como um todo. Os climas frios podem ser considerados uma grande vantagem para o mundo do resfriamento, diz Huang, mas tornam os sistemas de refrigeração líquida suscetíveis ao congelamento.

É aqui que o anticongelante se torna uma parte importante do quadro.

Regiões frias, como os países nórdicos, são frequentemente aclamadas como a solução da indústria de data center para as crescentes necessidades de energia do sistema de resfriamento. Operadores em países como a Noruega rotineiramente elogiam sua sustentabilidade, redução de capex e opex e eficiência aprimorada, tudo alcançado por meio de resfriamento gratuito ou usando a temperatura do ar externo para resfriar o fluido de resfriamento.

Em 2024, a empresa de data center de criptomoedas Hydro Hash, com sede em Montana, sofreu uma interrupção depois que as temperaturas caíram de -6 ° C para -34 ° C em pouco mais de 24 horas. Sua instalação de 1 MW perdeu energia, resultando no congelamento do sistema de resfriamento do bloco de água.

Huang, da Castrol, explica que os operadores podem economizar uma quantia substancial usando resfriamento livre direto e indireto, dispensando a necessidade de resfriadores mecânicos. Por exemplo, ele diz, na Islândia, a temperatura ambiente fica em média abaixo de 15 ° C e, portanto, pode ser usada para resfriamento gratuito, embora ele observe que os operadores de data center não projetam instalações que usam apenas resfriamento gratuito direto.

E embora o anticongelante seja mais necessário em climas frios, os data centers que operam em regiões mais temperadas ainda precisam considerá-lo uma parte importante de seus sistemas de resfriamento.

Huang diz que a frase mais importante ao projetar um sistema de resfriamento é "temperatura de alimentação", a temperatura que o fluido de resfriamento precisa estar quando atinge o rack para resfriar efetivamente o hardware. Isso pode ser calculado trabalhando para trás. Por exemplo, se o cliente quiser que a entrada de temperatura da água que atinge os racks seja de 26 ° C, a água no circuito primário precisa estar em torno de 20 ° C, o que significa que a temperatura ambiente precisa estar em torno de 15 ° C.

Uma alternativa ao anticongelante

Do jeito que está, Huang acredita que não há alternativa emergente ao anticongelante. Enquanto a água continuar sendo o melhor fluido condutor de calor e o resfriamento líquido for necessário no data center, o anticongelante é a única solução para evitar surpresas indesejadas de gelo.

No entanto, o LRZ München, o centro de supercomputação das universidades de Munique e da Academia Bávara de Ciências e Humanidades, implantou uma alternativa aos sistemas anticongelantes à base de glicol, usando nitrogênio. A universidade decidiu adotar uma nova abordagem para o anticongelante, em parte por causa de sua localização adjacente ao rio Isar. O glicol é particularmente tóxico para a vida marinha, o que significa que um vazamento no rio pode ter consequências prejudiciais.

Hiren Gandhi, assistente científico da LRZ München, explica que o sistema usa água purificada. Em comparação com uma solução de água e glicol, a capacidade térmica e a condutividade térmica da água pura são maiores e a viscosidade do fluido é menor, portanto, menos energia é necessária para bombear o líquido ao redor do sistema. "Não é um segredo", diz ele.

"O que temos aqui é uma palestra de química padrão nas escolas".

Se a temperatura ambiente atingir o ponto de congelamento, a água é imediatamente drenada e o nitrogênio é enviado pelos tubos. Gandhi explica: "Se usarmos ar através dos canos, o oxigênio irá corroê-los. Portanto, usamos nitrogênio".

Com a pressão do nitrogênio entrando nos tubos, toda a água é drenada. Gandhi acrescenta que o sistema é projetado "apenas para uma situação de emergência" e é ativado quando os servidores param de funcionar. Se os servidores não estiverem desligados, eles são capazes de fornecer calor suficiente para que a água nunca congele, mesmo em temperaturas externas congelantes.

Gandhi diz que isso permitiu que a LRZ München alcançasse 30-40% de economia de energia. O sistema pode ser usado em data centers maiores, diz ele, pois é facilmente escalável, embora a obtenção e o armazenamento de nitrogênio em grandes quantidades não sejam isentos de problemas.

Ainda não se sabe se alternativas viáveis ao anticongelante à base de glicol surgirão para as operadoras comerciais, mas com cada vez mais tubulações preenchendo as mais novas gerações de data centers de IA, manter a água fluindo nunca foi tão importante.