À medida que os aplicativos de IA impulsionam a crescente demanda por computação de alto desempenho, os servidores estão acumulando mais poder de processamento para lidar com tarefas cada vez mais complexas e com uso intensivo de dados. Esse aumento de potência resulta em maior geração de calor, ultrapassando os limites do resfriamento a ar tradicional, especialmente em ambientes de rack de alta densidade.

O resfriamento líquido tornou-se um requisito crítico para os data centers modernos. Quase um em cada cinco data centers (17%) já usa refrigeração líquida e outros 61% das equipes de operações estão considerando sua implementação. Essa tendência reflete a confiança da indústria na eficácia e eficiência do resfriamento líquido no gerenciamento de calor de racks de TI de alta densidade.

No entanto, a integração do resfriamento líquido em sistemas existentes pode ser um processo complexo. Como o resfriamento líquido é uma adição relativamente nova ao cenário de resfriamento do data center, superar os obstáculos dessa transição continua sendo um desafio.

Explore as vantagens do resfriamento líquido, as principais considerações para uma implementação bem-sucedida e os serviços disponíveis para ajudá-lo a navegar pelas complexidades de adicionar essa tecnologia à sua estratégia de resfriamento de data center.

Vantagens do resfriamento líquido

1. Dissipação de calor aprimorada: O resfriamento líquido utiliza as maiores capacidades de transferência térmica de água ou outros fluidos, que podem ser até 3.000 vezes mais eficazes do que o uso de ar, para resfriar com eficiência racks de alta densidade. Embora possa exigir custos iniciais mais altos, sua capacidade de reduzir o consumo de energia e prolongar a vida útil do equipamento o torna uma escolha econômica a longo prazo.
2. Maior confiabilidade e desempenho de TI: Os sistemas de refrigeração líquida permitem que sistemas densamente compactados operem em tensões e frequências de clock mais altas, dissipando o calor com eficiência, o que ajuda a manter as condições térmicas ideais.
3. Eficiência energética: O resfriamento líquido reduz a eficácia do uso de energia (PUE) e permite o reaproveitamento eficiente de calor para sistemas de aquecimento de edifícios.
4. Pegada reduzida: O resfriamento líquido também maximiza a utilização do espaço, permitindo maior densidade dentro da mesma pegada física. Ao gerenciar o calor com eficiência, o resfriamento líquido reduz a necessidade de expansões de instalações, tornando-o uma solução valiosa para data centers.
5. TCO mais baixo: O resfriamento líquido pode reduzir o custo total de propriedade (TCO) por meio de maior densidade, maior uso de resfriamento gratuito e melhor desempenho por watt, de acordo com a Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento, Refrigeração e Ar Condicionado (ASHRAE).

Principais considerações

Embora algumas novas instalações sejam projetadas especificamente para cargas de trabalho de IA e refrigeração líquida, a maioria das instalações ocorrerá em construções existentes. Dada a natureza complexa dos sistemas de refrigeração líquida, as equipes de data center podem se beneficiar de soluções de refrigeração líquida de serviço completo que abrangem projeto, instalação, inicialização, gerenciamento de fluidos, manutenção e gerenciamento digital.

Para implementar com sucesso o resfriamento líquido e maximizar seus benefícios, considere os seguintes fatores principais:

1 – Instalação

A adição incremental de refrigeração líquida, seja em um data center existente ou em uma nova instalação, geralmente requer mudanças significativas na infraestrutura. Em projetos brownfield, novos sistemas de tubulação, bombas e trocadores de calor podem precisar ser instalados, potencialmente exigindo modificações nos racks de servidores para acomodar componentes de refrigeração líquida. Em projetos greenfield, a infraestrutura pode ser projetada desde o início.

Os sistemas de refrigeração líquida podem otimizar o espaço de suas instalações, permitindo configurações de servidor mais densas em cada rack. No entanto, as próprias unidades de resfriamento podem exigir espaço adicional e podem exigir a reconfiguração do layout de suas instalações. Para implantações brownfield, um planejamento cuidadoso é fundamental para fornecer espaço suficiente para o novo equipamento sem interromper as operações atuais. Em ambientes greenfield, a alocação de espaço e o layout podem ser adaptados ao sistema de refrigeração, maximizando a eficiência e o desempenho desde o início.

Para agilizar esse processo, esteja você reformando um data center existente ou construindo um novo, considere fazer parceria com fornecedores experientes especializados em soluções de refrigeração líquida. A Vertiv oferece serviços abrangentes que cobrem todos os aspectos do processo de instalação de projetos brownfield e greenfield, incluindo avaliação do local, gerenciamento de projetos e design.

2 – Limpeza

O desempenho dos sistemas de refrigeração líquida pode ser significativamente afetado pela limpeza, pois o resfriamento direto no chip depende de fluidos limpos e não contaminados para funcionar com eficiência. Qualquer sujeira, poeira e detritos introduzidos durante a instalação ou manutenção podem contaminar o líquido de arrefecimento, afetar as operações do servidor, reduzir o desempenho térmico e levar a possíveis falhas do sistema.

Os data centers abrigam equipamentos eletrônicos sensíveis que podem ser afetados adversamente por poeira e outros contaminantes. Durante a instalação e manutenção de sistemas de refrigeração líquida, é crucial manter a limpeza dentro do circuito do fluido para evitar a contaminação do líquido dentro das placas frias.

Seguir rígidos padrões e protocolos de limpeza durante a instalação e manutenção de sistemas de refrigeração líquida ajuda a atender aos requisitos regulamentares locais e manter a garantia.

3 – Comissionamento

O comissionamento envolve a verificação de que o sistema de refrigeração líquida opera conforme o esperado e atende aos critérios de desempenho especificados. Esse processo inclui testar e validar componentes do sistema, controle de fluxo de fluido, ajuste de malha de controle e funcionalidade geral em condições reais de operação.

Ele também ajuda a identificar e resolver possíveis problemas ou defeitos no sistema antes que ele se torne totalmente operacional. Isso inclui detectar vazamentos, verificar a pressão máxima de trabalho do sistema, facilitar a distribuição de fluidos em todo o sistema e verificar os parâmetros funcionais do nível da unidade para o nível do sistema de operações.

Por meio do comissionamento, ajustes podem ser feitos para otimizar o desempenho do sistema, como ajustar o circuito de controle do sistema, ajustar as configurações de temperatura e pressão e calibrar componentes para resfriamento eficiente.

4 – Gerenciamento de fluidos

O gerenciamento adequado de fluidos se concentra principalmente na manutenção da química do refrigerante. Isso envolve a coleta regular de amostras de fluidos e a realização de análises laboratoriais para monitorar e ajustar o equilíbrio químico, adicionando inibidores conforme necessário.

O gerenciamento eficaz de fluidos reduz o risco de contaminação, ajudando a evitar problemas como bloqueios, corrosão e desempenho térmico reduzido. O monitoramento regular e as ações corretivas mantêm o fluido limpo e livre de impurezas e ajudam a manter a qualidade do fluido durante a vida útil do sistema.

5 – Serviços recorrentes

Os serviços recorrentes ajudam a identificar e resolver possíveis problemas antes que eles levem a falhas no sistema. Também ajuda a manter a vida útil do sistema de refrigeração líquida e seus componentes.

Além disso, a manutenção regular ajuda a otimizar a eficiência do sistema, limpando filtros, ajustando configurações e fazendo as atualizações necessárias, o que também pode contribuir para a economia de energia. A conformidade com os padrões do setor e os regulamentos de segurança é mantida por meio de verificações periódicas, e a documentação completa fornece informações valiosas sobre a condição do sistema ao longo do tempo.

Ao manter o sistema em boas condições e lidar com o desgaste prontamente, os serviços recorrentes podem reduzir a necessidade de reparos ou substituições dispendiosas.

6 – Peças sobresselentes

Ter peças de reposição prontamente disponíveis permite a resolução rápida de problemas, minimiza o tempo de inatividade e mantém as operações contínuas em suas instalações. Com a presença global de serviços da Vertiv e mais de 3.500 engenheiros de campo de serviços, os problemas podem ser resolvidos rapidamente. A extensa rede reduz os prazos de entrega e evita interrupções operacionais, permitindo ação imediata e evitando períodos prolongados de capacidade de resfriamento reduzida.

Estabelecer um estoque de peças de reposição também elimina a necessidade de reparos de emergência ou remessa acelerada.

7 – Monitoramento de ativos digitais

As soluções de refrigeração líquida estão rapidamente se tornando essenciais para manter o desempenho ideal nas aplicações de alta densidade atuais. Como resultado, o monitoramento e o controle em tempo real são mais importantes do que nunca, exigindo serviços digitais que possam coletar e analisar grandes quantidades de dados em altas frequências. Esses recursos estabelecem as bases para a manutenção baseada em condições (CBM), em que as atividades de manutenção são acionadas por dados de integridade e uso do equipamento, em vez de cronogramas fixos.

Esses serviços digitais são essenciais para manter o tempo de atividade e proteger o equipamento em ambientes onde até mesmo pequenos desvios de temperatura, vazão ou pressão podem levar à degradação do desempenho – ou pior, falhas no sistema.

Ao integrar dados de alta resolução, monitoramento avançado e análises orientadas por IA/ML, as soluções de monitoramento de ativos digitais permitem estratégias de manutenção baseadas em condições. Como resultado, os operadores podem intervir no momento certo com ações direcionadas, prolongando a vida útil de componentes de resfriamento cruciais e garantindo a operação contínua e otimizada de ambientes de computação de alto desempenho.

Explorando opções de refrigeração líquida

Várias tecnologias de refrigeração líquida estão disponíveis para atender às necessidades de refrigeração de racks de alta densidade. No entanto, a instalação do resfriamento líquido pode ser complexa. As equipes de data center vão querer trabalhar com um parceiro para resolver questões-chave, como requisitos de encanamento, distribuição de resfriamento, elementos de design personalizados, estratégias de mitigação de risco e a arquitetura da solução dos sistemas integrados dentro do circuito líquido.

Aqui estão algumas opções de resfriamento líquido a serem consideradas:

Trocadores de calor de porta traseira

Os trocadores de calor da porta traseira utilizam as altas propriedades de transferência térmica do líquido sem a necessidade de um servidor refrigerado a líquido. Os trocadores de calor passivos ou ativos substituem a porta traseira do rack de equipamentos de TI por um trocador de calor líquido. Em projetos passivos, os ventiladores do servidor empurram o ar aquecido através de uma bobina cheia de líquido no lugar da porta traseira, absorvendo o calor antes de entrar no data center. Os trocadores de calor ativos usam ventiladores para puxar o ar através das bobinas e remover o calor de racks de densidade ainda maior. Esses sistemas podem ser usados junto com sistemas de resfriamento a ar.

Unidades de distribuição de refrigerante (CDU)

As CDUs são parte integrante dos sistemas de refrigeração líquida projetados para aumentar a eficiência geral do sistema e reduzir o custo total de propriedade para aplicações de alta densidade no data center. As CDUs fornecem fluido controlado com precisão para equipamentos de TI de alta densidade e removem o excesso de calor do sistema. Ao atuar como uma ponte entre a infraestrutura de resfriamento da instalação e os servidores refrigerados a líquido, as CDUs mantêm as temperaturas operacionais ideais, evitam o superaquecimento e aumentam a eficiência geral do processo de resfriamento.

• Líquido-ar: As unidades refrigeradas a ar de perímetro existentes continuam sendo componentes essenciais da infraestrutura térmica. Uma rede de fluido secundária (SFN) que vai da CDU aos racks oferece capacidade de resfriamento ideal para suportar os servidores refrigerados a líquido. O trocador de calor líquido-ar rejeita o calor no data center para ser capturado pela infraestrutura de resfriamento a ar existente da instalação, integrando-se perfeitamente às soluções de gerenciamento térmico existentes.
• Líquido para líquido: Este tipo de CDU usa um trocador de calor líquido para líquido para transferir calor do equipamento de TI para o abastecimento de água gelada, que então rejeita o calor ao ar livre. Isso permite suporte eficiente para densidades de rack mais altas e condições ideais do sistema, oferecendo implementação fácil e econômica em qualquer data center.

Ambos os tipos apresentam filtros, detecção de vazamentos, monitoramento inteligente de fluxo e alarmes do sistema para proteger os equipamentos do data center.

Resfriamento por imersão

O resfriamento por imersão submerge os servidores em um líquido condutor, eliminando a necessidade de resfriamento a ar e ventiladores. Existem sistemas monofásicos e bifásicos. No sistema monofásico, os servidores são submersos em um fluido condutor, com o calor removido por uma CDU. O sistema bifásico, ainda não disponível comercialmente, usa um fluido que ferve em contato com componentes quentes, transformando-se em vapor que é então condensado de volta em líquido.

Implementando refrigeração líquida

Em resumo, o resfriamento líquido oferece uma solução eficiente para gerenciar o calor em ambientes de computação de alta densidade. Sua capacidade de fornecer resfriamento constante em várias temperaturas fornece desempenho de resfriamento consistente, tornando-o uma escolha atraente para data centers modernos. No entanto, a implementação bem-sucedida exige mais do que tecnologia – requer uma abordagem abrangente.

Os Serviços de Refrigeração Líquida da Vertiv enfrentam esse desafio oferecendo avaliação, projeto, instalação, manutenção contínua, bem como gerenciamento digital e de fluidos para 100% de tempo de atividade e desempenho máximo, com conformidade com os padrões globais de eficiência para data centers prósperos.

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