Las técnicas tradicionales de enfriamiento del centro de datos utilizaban una combinación de pisos elevados e infraestructura de aire acondicionado para salas de computadoras (CRAC) o tratamiento de aire para salas de computadoras (CRAH). Las unidades CRAC / CRAH presurizaban el espacio debajo del piso elevado y empujaban aire frío a través de las baldosas perforadas y hacia las entradas del servidor. Una vez que el aire frío cruzaba a través de los componentes del servidor y salía como aire caliente, ese aire regresaba al CRAC / CRAH para enfriarlo de nuevo. En este sentido, la mayoría de los centros de datos establecían la temperatura de retorno de la unidad CRAC / CRAH como el punto de control principal para todo el entorno del piso del centro de datos.

El problema con esta implementación es que es ineficiente y carece de un control preciso. El aire frío simplemente se ventila en la sala de servidores. Si bien esto funcionó lo suficientemente bien para implementaciones pequeñas de baja densidad con bajos requisitos de energía, funcionó peor para centros de datos más grandes y de mayor densidad. Es por eso que la mayoría de las instalaciones adoptaron estrategias de contención de pasillos calientes y pasillos fríos para separar físicamente el aire frío destinado a las entradas del servidor del aire caliente expulsado por sus salidas de aire. Evitar que este aire se mezcle da como resultado temperaturas más consistentes y maximiza la eficiencia al garantizar que el aire frío permanezca frío y el aire caliente se dirija a los extractores para evitar que subiera la temperatura ambiental.

Actualmente, los centros de datos modernos utilizan una variedad de tecnologías innovadoras de refrigeración del centro de datos para mantener condiciones de funcionamiento ideales y eficientes. Estas soluciones abarcan desde ventiladores básicos hasta tecnologías de transferencia de calor mucho más complejas. Algunos de ellos incluso dependen de fuentes externas de aire frío o agua para facilitar una refrigeración de centros de datos mucho más eficiente desde el punto de vista energético.

Tipos de enfriamiento del centro de datos

Tener una gestión adecuada de la temperatura en el centro de datos es absolutamente vital para mantener la funcionalidad del equipo. Tener un exceso de aire caliente y humedad dentro de su centro de datos puede crear una carga financiera para los negocios que pueden evitarse si se adoptan las medidas más adecuadas para cada centro de datos.

Free Cooling

Cuando se emplea esta técnica, la refrigeración utilizada es mínima y reduce los gastos generales de refrigeración. Este método consta de dos sistemas conocidos como economización del lado del aire y economización del lado del agua. La economización del lado del aire utiliza aire del exterior para regular la refrigeración del equipo. Esta técnica tiene sus defectos, ya que puede permitir que los contaminantes y la humedad del exterior entren en el centro de datos.

Sistemas de agua helada

El enfriamiento con agua puede ser más eficiente y directo para las técnicas de enfriamiento. Esto se debe al hecho de que el agua enfriada puede dirigirse directamente al área deseada, sin que sea necesario suministrar aire frío a todas las áreas de la instalación. Con la técnica de agua helada, el CRAH (Controlador del aire del cuarto de cómputo) se conecta a un enfriador. A medida que el agua enfriada viaja a través de los serpentines, absorbe el calor y lo deposita en el enfriador. Una vez que el agua regresa al enfriador, se fusiona con el agua del condensador que fluye a través de una torre de enfriamiento.

Refrigerante bombeado

Este método bombea agua fría a través de un intercambiador de calor y utiliza un refrigerante bombeado frío para extraer el calor. La técnica de Refrigerante Bombeado supone un ahorro, ya que tiene la capacidad de transmitir energía desde los servidores y permite reducir considerablemente la humidificación.

Sistema de evaporación de aire indirecto

Con esta técnica, se utiliza un conducto de aire que está conectado a un enfriador encargado de evaporar el aire indirecto. Este método es energéticamente eficiente y utiliza el clima del exterior para enfriar la instalación en momentos en que la temperatura exterior es más fría que la interior, utilizando este aire para introducir aire más frío al flujo de aire dentro del centro de datos.

Refrigeración líquida

Si bien los primeros pasos hacia los sistemas de refrigeración líquida eran complicadas, desordenadas y muy caras, la última generación de la tecnología proporciona una solución de refrigeración más eficiente y eficaz. A diferencia de la refrigeración por aire, que requiere una gran cantidad de energía e introduce tanto contaminantes como condensación en el centro de datos, la refrigeración líquida es más limpia, más específica y escalable. Los dos diseños de enfriamiento más comunes son el enfriamiento por inmersión total y el enfriamiento directo al chip.

Los sistemas de refrigeración por inmersión implican sumergir el hardware en un baño de fluido dieléctrico no conductor y no inflamable. Tanto el fluido como el hardware están contenidos dentro de una caja a prueba de fugas. El fluido dieléctrico absorbe el calor de manera mucho más eficiente que el aire y, a medida que el agua caliente se convierte en vapor, se condensa y vuelve a caer en el fluido para ayudar a enfriarlo. El enfriamiento directo al chip utiliza tuberías que suministran refrigerante líquido directamente a una placa fría que se asienta sobre los procesadores de una placa base para extraer el calor. Tras esto el calor extraído se alimenta a un circuito de agua enfriada para ser transportado de regreso a la planta de enfriamiento de la instalación y expulsado al exterior. Ambos métodos ofrecen soluciones de enfriamiento mucho más eficientes para implementaciones de centros de datos que requieren mucha energía.

Organización del centro de datos para controlar la temperatura

Optimizar la organización y ubicación de los equipos de su centro de datos es una forma fácil y rentable de garantizar que el centro de datos cumpla con las temperaturas que necesita para mantener la productividad. Una organización eficiente incluye la disposición de los pasillos fríos / calientes, la contención, la colocación de racks, la organización de cables y el uso de paneles ciegos.

Jorge Chacano, Ingeniero Senior de Mantenimiento Data Center de Entel, contó recientemente a DCD que desde Entel se están estableciendo diferentes acciones de refrigeración para conseguir un PUE eficiente, tales como: Instalación de confinamientos de aire; Instalación de blanking panel; Instalación de rejillas de piso; Instalación de rejillas de cielo; Instalación de variadores de frecuencia en bombas de agua y ventiladores; Organización de cableado lado posterior del rack; Ampliación de área útil para ventilación de los racks.

¿Qué nos depara el futuro del cooling?

Aunque la tecnología de refrigeración por aire ha experimentado muchas mejoras a lo largo de los años, todavía está limitada por una serie de problemas fundamentales. Aparte de los altos costos de energía, los sistemas de aire acondicionado ocupan mucho espacio valioso, introducen humedad en ambientes sellados y son bastante susceptibles de sufrir fallos mecánicos. Sin embargo, hasta hace poco, los centros de datos no tenían otras opciones para satisfacer sus necesidades de refrigeración. Con el desarrollo de la refrigeración líquida, muchos centros de datos están comenzando a experimentar con nuevos métodos para resolver sus continuos problemas de calor.

La eficiencia será una preocupación clave para los centros de datos en el futuro. Una nueva generación de procesadores capaces de ejecutar potentes programas de análisis e inteligencia artificial y machine learning trae consigo enormes demandas de energía y generan enormes cantidades de calor. Desde las unidades de procesamiento tensorial (TPU) personalizadas de Google hasta las CPU de alto rendimiento aceleradas por las unidades de procesamiento de gráficos (GPU), el músculo de procesamiento que impulsa la IA moderna ya está agotando la potencia y la capacidad de enfriamiento de la infraestructura de los centros de datos. Con cada vez más organizaciones que implementan el aprendizaje automático e incluso ofrecen soluciones de inteligencia artificial como servicio, estas demandas seguramente aumentarán.

Google descubrió esto por las malas cuando la compañía presentó sus procesadores TPU 3.0. Si bien la tecnología de enfriamiento por aire fue suficiente para enfriar las dos primeras generaciones, la última actualización generó demasiado calor para enfriarse de manera eficiente con algo que no fuera enfriamiento líquido directo al chip. Afortunadamente, el gigante tecnológico había estado investigando soluciones viables de refrigeración líquida durante varios años y pudo integrar el nuevo sistema con relativa rapidez.

Incluso para las infraestructuras de centros de datos que no facilitan el aprendizaje automático impulsado por IA, las densidades de almacenamiento y de rack de servidores están aumentando rápidamente. A medida que las cargas de trabajo continúen creciendo y los proveedores busquen reemplazar los sistemas de enfriamiento de centros de datos más antiguos y menos eficientes, tendrán más incentivos para considerar soluciones de enfriamiento líquido porque no significará mantener dos sistemas separados.

Durante muchos años, la refrigeración líquida no se pudo utilizar para unidades de almacenamiento porque las unidades de disco duro (HDD) más antiguas utilizaban piezas internas móviles que no podían exponerse al líquido y no podían sellarse. Con la rápida proliferación de unidades de estado sólido (SSD), el desarrollo de discos duros sellados llenos de helio y una nueva tecnología de almacenamiento innovadora como los cristales de memoria 5d, las soluciones de enfriamiento basadas en inmersión se han vuelto mucho más prácticas y confiables.

Actualmente, los centros de datos están inmersos en una carrera “armamentista” para aumentar la densidad de los racks y brindar servicios más sólidos a sus clientes. Desde instalaciones modulares más pequeñas hasta hyperscalers, la eficiencia y el rendimiento van de la mano, ya que cada generación de servidor les permite hacer más con menos. Si las demandas de energía de estas implementaciones continúan creciendo en los próximos años, la tecnología ineficiente de enfriamiento de aire ya no será una solución viable.

El futuro del cooling pasa por los sistemas de refrigeración líquida que pueden ofrecer un rendimiento de refrigeración comparable a los sistemas basados ​​en aire con una huella mucho más pequeña. Esto podría convertirlos en una solución ideal para el Edge Computing, cuyos servidores suelen ser más pequeños y el diseño de estas instalaciones desde cero con soluciones de refrigeración líquida les permitirá acumular más potencia informática en un espacio más pequeño, dándoles la versatilidad que las empresas esperan de los centros de datos periféricos.

“Efectivamente el Edge Data Center es una realidad,” – nos cuenta Pablo Casado de las Heras, Head of Global Data Center & Central Core de Telefónica,- “y la parte positiva es que estamos desarrollando diseños basándonos en todo el aprendizaje obtenido durante la vida de los DCs. Esto fundamentalmente nos permite: primero, diseñar soluciones escalables que permitan crecer acorde a la necesidad real y evitar tener así capacidad funcionando innecesariamente y, por tanto, niveles de eficiencia bajos; segundo, definir soluciones más compactas lo que permite sacar mayor rendimiento a los sistemas de clima, y tercero, utilizar soluciones y tecnología de última generación lo que ayuda a mejorar la eficiencia”.

Si bien a corto plazo es poco probable que la refrigeración líquida reemplace los sistemas de aire acondicionado en todas las instalaciones, se está convirtiendo en una solución cada vez más atractiva para muchas instalaciones. Para los centros de datos con implementaciones de densidad extremadamente alta o que brindan poderosos servicios de aprendizaje automático, el enfriamiento líquido podría permitirles continuar expandiendo sus servicios gracias a su capacidad para brindar un enfriamiento más efectivo y eficiente.

Sin embargo, para el Director de Desarrollo de Negocios para México y Centroamérica de Uptime Institute, Arturo Maqueo: “Donde veremos una evolución es en los sistemas de monitoreo y administración de los sistemas de refrigeración que están permitiendo aprovechar el aire donde se necesita y reducir al mínimo la operación de estos sistemas donde y cuando no es necesario.

Y es que, la complejidad de monitorización y administración de un centro de datos representa un enorme reto debido a la criticidad de su operación, ya que cuentan con una infraestructura muy compleja y gestionar todas las tecnologías involucradas en la operación de manera eficiente y al mismo tiempo brindar seguridad a los ocupantes, requiere de un trabajo muy exhaustivo para los administradores de los centros de datos. “Hacer estas labores de forma manual, llevando un registro y control a través de personal de administración o mantenimiento se vuelve muy complejo; por lo que se debe echar mano de sistemas automáticos de monitoreo y control que combinan software y hardware especializado para hacer dichas funciones,” explicaba Julio Javier Pereyra, Ing. en control y automatización de Data Centers Vertical Manager en SIEMENS Smart Infrastructure.

Previsión del crecimiento del mercado de refrigeración de centros de datos

Según un informe publicado por ResearchAndMarkets.com en febrero de este año, se proyecta que el mercado de refrigeración de centros de datos crecerá de 9.425 millones de dólares en 2020 a 15.669 millones para 2025, lo que supone a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 10,7% de 2020 a 2025.

Las principales razones responsables de impulsar la demanda del mercado de refrigeración de centros de datos y su crecimiento, según el informe, incluyen la mejora de la eficiencia en los centros de datos, el aumento del gasto en centros de datos, un crecimiento significativo en el número de centros de datos y su densidad de energía, el aumento de la demanda de soluciones de centros de datos rentables y la importancia creciente de soluciones de centro de datos ecológicos.

Por tanto, las estimaciones aseguran que el segmento de componentes de servicios del mercado de refrigeración de centros de datos crecerá con la tasa compuesta anual más alta del mercado global de refrigeración de centros de datos durante el período de 2020 a 2025; y se espera que los servicios asociados con la refrigeración de centros de datos, como consultoría, instalación e implementación, y mantenimiento y soporte sean testigos de una creciente demanda por parte de los usuarios.

DCD>Keeping IT Cool

Solo faltan 6 días (30 de junio de 2021) para la celebración del congreso virtual DCD>Keeping IT Cool, donde desde DatacenterDynamics haremos una inmersión en las tecnologías de refrigeración de Data Centers y los desafíos de gestionar implementaciones de mayor densidad y la reciente explosión de datos.

DCD>Keeping IT Cool reunirá a los principales expertos en refrigeración de Data Centers de la región para profundizar en la termodinámica de TI a medida que la industria se acerca al rack de 100KW.

Free-Cooling, Evaporative Cooling, Immersion Cooling, direct-to-chip, GPUs, TPUs y el resto se explorarán en detalle con estudios de caso y conocimientos de vanguardia del mercado.

Regístrese hoy, y no se lo pierda, ¡le esperamos!