Por Mark Seymour, ingeniero distinguido en Cadence
Existen numerosas razones de peso para considerar el uso de refrigeración líquida, ya sea en formato de placa fría o de inmersión. La principal de estas razones es la eficiencia energética potencial que puede ofrecer y la posibilidad de reutilizar el calor que extrae para otra cosa. Los usos alternativos pueden abarcar cosas como la calefacción doméstica o comercial, por ejemplo, para apoyar el cultivo de plantas en una granja.
Sin embargo, los sistemas actuales no son demasiado eficientes para sacar el exceso de calor de alta calidad de las instalaciones para una reutilización sofisticada. También existen importantes desafíos prácticos para la introducción y gestión de sistemas de refrigeración líquida, incluida su implementación junto con sus homólogos tradicionales de refrigeración por aire.
Los propietarios y operadores de centros de datos deben comprender que la refrigeración líquida no es una varita mágica que pondrá fin a todos los problemas de refrigeración. Deben estar completamente versados en los desafíos que implica implementar y ejecutar este tipo de sistema, sus limitaciones y cómo otras herramientas (incluidos los gemelos digitales de los centros de datos) pueden respaldar su introducción y gestión. Entonces, profundicemos.
La barrera psicológica a la introducción
La refrigeración líquida se ha utilizado ampliamente para enfriar equipos informáticos desde la década de 1960. Este uso histórico presenta una barrera psicológica para el uso de estos sistemas en la actualidad. ¿La sencilla razón? Las fugas de líquidos no se mezclan bien con la electricidad. Las repercusiones son claras y graves. Históricamente, había mayores problemas de fontanería asociados con los sistemas de refrigeración líquida que los que existen hoy en día. Esto se debe a que antes todo estaba físicamente conectado. Mientras que ahora hay conectores rápidos sin goteo que hacen que los sistemas sean menos riesgosos. Además de los sistemas de presión negativa, lo que significa que incluso si hubiera una fuga, el líquido no entraría al centro de datos, ya que funciona por succión en lugar de ser empujado por una bomba. Independientemente del hecho de que estos problemas se resolvieron con el tiempo, o de que otras preocupaciones sobre el uso de líquidos no tuvieran fundamento, las repercusiones son las mismas: la gente siente aprensión por el uso de sistemas líquidos. Esto está empezando a cambiar, aunque no es la única barrera para la introducción.
Integración de refrigeración líquida en una instalación enfriada por aire
Para los centros de datos heredados, integrar la refrigeración líquida en una instalación enfriada por aire no es fácil. Con ambos implementados, tiene redes de flujo complejas y sistemas de enfriamiento de aire bastante sofisticados que deben funcionar juntos a la perfección. Este es un desafío importante, ya que existe el riesgo de que al introducir refrigeración líquida se pueda socavar el sistema de refrigeración por aire. Esto se debe a que podría terminar con el aire no saliendo muy caliente o enfriándose, y si vuelve al sistema de enfriamiento de aire, se volverá muy ineficiente.
La refrigeración líquida aumenta la complejidad operativa
Incluso cuando no se combina con sistemas de aire, la refrigeración líquida presenta desafíos desconocidos y más complejos para la instalación de equipos. En un sistema líquido, los operadores necesitarán realizar conexiones de fluidos, además de eléctricas, por lo que se requiere más para cambiar las cosas operativamente. Si estás hablando de un sistema de inmersión, tomas tu computadora y la sumerges en un baño de aceite mineral o equivalente. Operacionalmente, esto es muy diferente de algo que permanece en el aire y se conecta. Hay toda una gama de cosas adicionales de las que debes preocuparte, y esto nos lleva a nuestro próximo desafío.
El manual de refrigeración líquida está actualmente inmaduro
En principio, un sistema de enfriamiento por inmersión podría transportar el 100 por ciento del calor del chip al agua. Sólo sobre esta base, parece la respuesta perfecta a las necesidades de refrigeración de un centro de datos, pero no es una solución perfecta. Dentro de este modelo, los operadores se enfrentan a la incompatibilidad de materiales.
Cuando los componentes electrónicos se sumergen en un baño de inmersión, todo queda expuesto a ese refrigerante. Como resultado, con el tiempo, algunos de los diferentes materiales sólidos que componen los componentes electrónicos pueden filtrarse al líquido. Por ejemplo, si tuviera un cable aislado, podría haber una reacción química entre los plastificantes del aislamiento y el fluido, lo que provocaría que se rompiera y se volviera quebradizo. Esta incompatibilidad de materiales afecta en última instancia a la vida útil del equipo.
Además, en un sistema de inmersión, el calor se extrae del chip mediante un flujo impulsado por flotabilidad, no por convección forzada. Esto significa que probablemente estará limitado a densidades de energía más bajas. A medida que los chips se vuelven cada vez más densos, es posible que lleguemos a un punto en el que el enfriamiento por inmersión no pueda eliminar ese calor de manera efectiva en un escenario impulsado por la flotabilidad.
La alternativa al enfriamiento por inmersión es la tecnología de placa fría, pero esta también es imperfecta. Por ejemplo, existen desafíos asociados con el hecho de que el refrigerante deteriore el rendimiento de la placa fría con el tiempo. Si la calidad del refrigerante utilizado no es lo suficientemente alta, se producirán depósitos y corrosión dentro de la placa fría. Esto reducirá la transferencia de calor y hará que el sistema de enfriamiento sea ineficaz. Es más, a medida que aumenta la resistencia entre el calor del chip y el calor que ingresa al fluido, la temperatura del chip aumentará, lo que provocará problemas térmicos y una disminución del rendimiento del chip.
Además, no es posible extraer cerca del 100 por ciento del calor con la tecnología de placa fría porque los canales que eliminan el calor no se pueden usar en todos los componentes. Digamos que puedes sacar del 80 al 90 por ciento, esto no es de ninguna manera una cantidad insignificante, pero si tienes un rack de 50 kW, todavía hay entre cinco y 10 kW de calor siendo expulsado. Esto limita las capacidades de los racks y significa que terminará con una capacidad similar a la que tenía en los centros de datos tradicionales refrigerados por aire. También plantea la pregunta de qué sucederá con el exceso de calor del equipo refrigerado por líquido en un escenario de falla, y no hay una respuesta fácil para esto.
Como ni la tecnología de placa fría ni la de inmersión se utilizan ampliamente, no es nada fácil para los propietarios y operadores de centros de datos equilibrar los desafíos presentes y decidir qué sistema se debe adoptar y qué fluido se debe utilizar dentro de este. A corto plazo, es probable que la tecnología de placa fría se adopte más fácilmente, ya que es más fácil de implementar y no requiere inmersión electrónica. Sin embargo, no podemos decir con certeza que esta sea la tecnología que prevalecerá. En la actualidad, el manual de estrategias de refrigeración líquida no está lo suficientemente maduro como para decirlo.
Cómo pueden ayudar los gemelos digitales
Independientemente de qué forma de refrigeración líquida (o incluso cualquier tipo de refrigeración) adopte cada instalación, un gemelo digital de centro de datos (una réplica virtual en 3D de una instalación física) puede facilitar su implementación y gestión. La tecnología ofrece visibilidad de lo que de otro modo no se podría ver ni medir, incluida la refrigeración.
Por ejemplo, pueden capacitar a los operadores para que prueben los beneficios o desventajas de diferentes sistemas y escenarios de enfriamiento antes de implementarlos en el mundo real, incluido el análisis de cuánta refrigeración líquida usar y dónde. Además, si estos sistemas ya existen, permiten al operador establecer cómo hacerlos más eficientes. Además, se pueden utilizar para comprender cómo las posibles implementaciones podrían afectar al sistema de refrigeración. Esto evita que se debilite, que se ponga en riesgo la resiliencia, que la TI se ralentice y, como resultado, se pierda capacidad.
Prometedor, pero no mágico
El auge de la refrigeración líquida no significará que nunca más tengamos problemas de refrigeración. Existen desafíos tanto con los sistemas de placa fría como con los de inmersión y ASHRAE ya ha introducido clases de líquidos con temperaturas más bajas debido a las densidades de potencia en algunos de los chips modernos. Los propietarios y operadores de centros de datos deben reconocer que la tecnología avanza e incluso en un escenario de refrigeración líquida, existen límites en cuanto a la cantidad de energía que se puede consumir por centímetro cuadrado de chip. Sin embargo, los sistemas son prometedores y los gemelos digitales pueden desempeñar un papel clave para ayudar a sopesar qué escenario se adapta mejor a las necesidades de cada centro de datos, así como también cómo implementarlos y administrarlos.