Um número crescente de operadores de Data Center e fornecedores de equipamentos está antecipando a proliferação de sistemas de resfriamento líquido direto (DLC) nos próximos anos.

No que diz respeito às projeções, as pesquisas do Uptime Institute concordam: o consenso da indústria para a adoção generalizada de TI refrigerada a líquido converge na segunda metade da década de 2020.

Os sistemas DLC, como placa fria e imersão, já se provaram em aplicações técnicas de computação, bem como em sistemas de mainframe por décadas.

Mais recentemente, os fornecedores de equipamentos de TI e instalações, juntamente com alguns dos maiores operadores de Data Center, começaram a trabalhar na comercialização de sistemas DLC para uma adoção muito mais ampla.

Um tema comum que permeia as expectativas das operadoras em relação ao DLC e as mensagens dos fornecedores é que um dos principais benefícios do DLC é a melhoria da eficiência energética. Especificamente, o desempenho térmico superior dos líquidos em comparação com o ar reduzirá drasticamente o consumo de eletricidade e água em sistemas de rejeição de calor, como resfriadores, além de aumentar as oportunidades de resfriamento gratuito durante todo o ano em alguns climas. Por sua vez, as credenciais de sustentabilidade operacional do Data Center melhorariam significativamente. Melhor ainda, a infraestrutura de resfriamento se tornaria mais enxuta, custaria menos e seria mais fácil de manter.

Esses benefícios estarão fora do alcance de muitas instalações por várias razões práticas. A realidade dos Data Centers convencionais combinada com os requisitos variados de cargas de trabalho de TI genéricas (em oposição à computação de alto desempenho) significa que os ganhos de custo e eficiência energética serão distribuídos de forma desigual em todo o setor. Muitas das operadoras que implementam sistemas DLC nos próximos anos provavelmente priorizarão a velocidade e a facilidade de instalação em ambientes existentes, além de se concentrarem em manter a resiliência da infraestrutura - em vez de buscar a máxima eficiência do DLC.

Outro fator importante é o tempo: o ritmo de adoção. O uso de DLC em instalações de missão crítica, sem falar em uma mudança em grande escala, representa uma mudança total no projeto de resfriamento e nas operações de infraestrutura, com as melhores práticas do setor ainda a serem atualizadas. Somando-se aos obstáculos, muitos operadores de Data Center considerarão os sistemas DLC atuais limitados ou antieconômicos para seus aplicativos, retardando a implementação em todo o setor.

Resfriamento em empresa mista

Os operadores de Data Center que adaptam um sistema DLC em sua área de cobertura de Data Center existente geralmente o fazem gradualmente em um processo iterativo, acumulando experiência operacional. As operadoras precisarão gerenciar um período potencialmente longo em que os sistemas e a infraestrutura de TI refrigerados a líquido e a ar coexistem no mesmo Data Center. Isso ocorre porque os sistemas de TI refrigerados a ar continuarão em produção por muitos anos, com ciclos de vida típicos entre cinco e sete anos. Em muitos casos, isso também significará uma infraestrutura de resfriamento (para transporte e rejeição de calor) compartilhada entre os sistemas de ar e líquido.

Nesses ambientes híbridos, a eficiência energética do DLC será limitada pelos requisitos de temperatura de fornecimento do equipamento de resfriamento a ar, o que limita a operação em temperaturas mais altas - comprometendo os benefícios de eficiência energética e de capital do DLC no lado da instalação. Isso inclui sistemas DLC integrados a sistemas de água gelada (executar o loop da instalação de retorno como um suprimento para DLC pode gerar alguns ganhos marginais) e implementações de DLC em que a unidade de distribuição de refrigerante (CDU) é resfriada pelo suprimento de ar frio.

Embora o DLC elimine muitos, se não todos, os ventiladores do servidor e reduza os requisitos de fluxo de ar para obter grandes ganhos na eficiência energética total da infraestrutura, esses ganhos serão difíceis de quantificar para fins de relatórios do mundo real porque a potência do ventilador de TI não é uma métrica comumente rastreada - ela está oculta na carga de TI.

Levará anos para que as instalações de DLC atinjam a escala em que uma infraestrutura de resfriamento dedicada possa ser justificada como uma abordagem padrão e para que os ganhos de eficiência energética tenham um efeito positivo no desempenho energético da indústria, como nos números de eficácia do uso de energia (PUE). Muito provavelmente, qualquer impacto no desempenho de PUE ou sustentabilidade da adoção do DLC permanecerá imperceptível por anos.

Compensações ocultas na temperatura

Existem outros fatores que limitarão a eficiência de resfriamento observada nas instalações de DLC. No centro do potencial de eficiência do DLC estão as propriedades térmicas favoráveis dos refrigerantes líquidos, que permitem capturar o calor de TI com mais eficiência.

As mesmas propriedades térmicas também podem ser usadas para uma vantagem de desempenho de resfriamento em vez de maximizar a eficiência do sistema de resfriamento. Ao planejar e configurar um sistema DLC, alguns operadores darão ao desempenho, sustentado por temperaturas operacionais mais baixas, mais peso em seu ato de equilíbrio entre as compensações de design.

A temperatura da água da instalação é uma variável crucial nesse trade-off. Muitos sistemas DLC podem resfriar a TI de forma eficaz com água da instalação que é tão alta quanto 40 ° C ou até mais em casos específicos. Isso minimiza o gasto de capital e energia (e o consumo de água) para a infraestrutura de rejeição de calor, principalmente para Data Centers em climas mais quentes.

No entanto, mesmo quando apresentados à escolha, um número significativo de instalações e operadores de TI escolherá temperaturas de abastecimento mais baixas para o abastecimento de água de seus sistemas DLC. Isso ocorre porque há benefícios substanciais em usar temperaturas mais baixas da água - geralmente abaixo de 20 ° C - apesar dos custos envolvidos. Principalmente, uma baixa temperatura da água da instalação reduz a vazão necessária para a mesma capacidade de resfriamento, o que alivia a pressão nas tubulações e no bombeamento.

Por outro lado, as organizações que usam água quente e DLC para permitir projetos de Data Center com dry coolers enfrentam incertezas de planejamento e projeto. As altas temperaturas da água da instalação não apenas exigem taxas de fluxo e energia de bombeamento mais altas, mas também precisam levar em conta possíveis reduções de temperatura de fornecimento no futuro, à medida que os requisitos de TI se tornam mais rígidos devido à evolução do silício do servidor. Para uma determinada capacidade, isso pode significar mais ou maiores resfriadores a seco, que potencialmente requerem atualizações com assistência mecânica ou evaporativa. Os operadores de Data Center que desejam benefícios de resfriamento gratuito e uma planta mecânica leve têm uma tarefa complexa de planejamento e design pela frente.

Do lado da TI, aproveitar as baixas temperaturas faz sentido ao maximizar o desempenho e a eficiência energética dos processadores, pois o silício exibe menores perdas de energia estática em temperaturas mais baixas. Essa abordagem já é comum hoje em dia porque o principal motivo para a maioria das instalações de DLC atuais é oferecer suporte a objetivos de alto desempenho de TI. Atualmente, os operadores de Data Center usam o DLC principalmente porque precisam resfriar a TI de alta densidade em vez de economizar energia.

A maior parte das vendas de sistemas DLC nos próximos anos provavelmente será para suportar sistemas de TI de alto desempenho, muitos dos quais usarão processadores com limites de temperatura restritos - esses modelos são vendidos por fabricantes de chips especificamente para maximizar as velocidades de computação. Os operadores podem selecionar baixas temperaturas da água para acomodar esses processadores de baixa temperatura e maximizar a capacidade de resfriamento da CDU. Com efeito, uma parcela significativa da adoção de DLC provavelmente representará um investimento em desempenho em vez de ganhos de eficiência nas instalações.

DLC muda mais do que o refrigerante

Apesar de todos os seus benefícios potenciais, uma mudança para o DLC levanta alguns desafios para o design, a manutenção e a operação de resiliência. Isso pode ser especialmente assustador na ausência de orientação madura e específica do aplicativo das organizações de padrões. É improvável que os operadores de Data Center que oferecem suporte a cargas de trabalho críticas para os negócios aceitem compromissos com os padrões de resiliência e a disponibilidade de aplicativos percebidos para um novo modo de resfriamento, independentemente dos benefícios técnicos ou econômicos.

No caso de uma falha no sistema DLC, as placas frias tendem a oferecer muito menos de um minuto de tempo de percurso devido ao seu pequeno volume de refrigerante. Os mais recentes processadores de alta potência teriam apenas alguns segundos de passagem em plena carga ao usar sistemas típicos de placas frias. Operar em altas temperaturas significa que há margens estreitas em uma falha, algo que os operadores de instalações convencionais de missão crítica estarão atentos ao tomar essas decisões.

Além disso, a implementação de manutenção simultânea e tolerância a falhas com alguns equipamentos DLC pode não ser prática. Como resultado, uma conversão para DLC pode exigir que as organizações mantenham seu padrão de resiliência de infraestrutura de uma maneira diferente do resfriamento a ar. Os operadores podem considerar a proteção das bombas de refrigeração com uma fonte de alimentação ininterrupta (UPS) e o uso de estratégias de resiliência de software quando possível.

Os procedimentos organizacionais para aquisição, comissionamento, manutenção e operações precisam ser reexaminados porque o DLC interrompe a divisão atual de instalações e funções de infraestrutura de TI. Para equipamentos de resfriamento a ar, há um forte consenso sobre a divisão de equipamentos entre instalações e equipes de TI, bem como suas responsabilidades correspondentes em aquisição, manutenção e resiliência. Não existe tal consenso para equipamentos de refrigeração líquida. Uma redefinição das responsabilidades da equipe exigirá uma cooperação muito mais estreita entre as instalações e as equipes de infraestrutura de TI.

Essas considerações moderarão o entusiasmo pelo uso em larga escala do DLC e contribuirão para uma abordagem mais comedida para sua adoção. À medida que as operadoras entendem cada vez mais as maneiras pelas quais a implantação do DLC não é direta, elas aguardam o tempo e esperam que as melhores práticas do setor amadureçam e preencham suas lacunas de conhecimento.

A longo prazo (ou seja, 10 anos ou mais), o DLC provavelmente lidará com uma grande parte das cargas de trabalho de TI, incluindo um amplo conjunto de sistemas que executam aplicativos de negócios. Isso acontecerá à medida que os esforços de padronização, a experiência do mundo real com sistemas DLC em ambientes de produção e a orientação madura tomarem forma em produtos novos e mais robustos e nas melhores práticas para o setor. Para aumentar o número e o tamanho das implantações de placas frias e sistemas de imersão na infraestrutura de instalações de missão crítica, os projetos de sistemas DLC terão que atender a objetivos técnicos e econômicos adicionais. Isso complicará o caso de melhorias de eficiência.

Os números de eficiência de resfriamento dos produtos DLC de hoje são frequentemente derivados de aplicativos de nicho que diferem dos Data Centers comerciais típicos - e os ganhos de eficiência do mundo real do DLC em Data Centers convencionais estarão necessariamente sujeitos a mais compensações e restrições.

No curto prazo, o caso de negócios para DLC provavelmente se inclinará a favor de priorizar o desempenho de TI e a facilidade de adaptação com uma infraestrutura de resfriamento compartilhada. É importante ressaltar que escolher temperaturas de abastecimento de água mais baixas e tradicionais e utilizar chillers parece ser uma proposta atraente para maior resiliência e preparação para o futuro.

Como muitos operadores de Data Center consideram as necessidades de desempenho e ambientes mistos preocupações de negócios mais urgentes, as aspirações de resfriamento gratuito, juntamente com seus benefícios em sustentabilidade, terão que esperar por grande parte do setor.