Un informe de investigación de mercado reciente de Frost & Sullivan ha estimado que se invertirán 432.140 millones de dólares en el mercado de centros de datos anualmente, hasta 2025. Esto es un aumento de 244.740 millones en 2019, lo que da una CAGR del 10 por ciento. La mayor inversión provendrá de los operadores, constructores y diseñadores de centros de datos, que buscan capitalizar el despliegue y el uso de IoT, Big Data e IA. Se espera un fuerte crecimiento en las economías emergentes y la región de Asia y el Pacífico experimentará el mayor crecimiento.
Esto significa que diseñar y operar centros de datos que sean eficientes en términos de energía y recursos es una prioridad. Un pequeño aumento en la eficiencia general del sistema puede agregar un retorno de la inversión significativo para un activo de centro de datos. Tradicionalmente, los centros de datos han consumido mucha energía y la mayor parte del enfriamiento ha sido proporcionado por enfriadores y equipos similares que consumen mucha electricidad. Las tendencias recientes se han movido hacia métodos de enfriamiento de baja energía, utilizando disipadores de calor naturales como el aire circundante o una fuente de agua. Se han construido muchos centros de datos en climas más fríos para mitigar las demandas de energía para la gestión térmica y algunas operaciones de centros de datos con cero neto incluso desvían el exceso de calor para satisfacer las demandas de calor vecinas donde el calor de bajo grado es un bien preciado para hogares y oficinas.
Impulsado por simulación
Estas tendencias recientes en centros de datos con mayor eficiencia energética han sido habilitadas por modelos de simulación correspondientemente más precisos de cómo funciona el sistema. La simulación y el modelado de un edificio, equipo y operación de un centro de datos es una forma de capturar las principales características energéticas y ambientales de un diseño en particular. Luego, este modelo se simula contra un conjunto de variables climáticas y otras, para predecir su desempeño en el mundo real. Las herramientas de simulación brindan a los diseñadores la capacidad de ejecutar múltiples iteraciones de diseño y definir un rendimiento probabilístico riguroso y basado en la física de un edificio. Para hacer esto, se requieren herramientas de análisis que tengan en cuenta la física de la transferencia de calor, el enfriamiento, el flujo de aire y varias propiedades de los productos y materiales. El análisis de opciones en la etapa inicial del diseño para evaluar múltiples diseños rápidamente antes de que el diseño se vuelva demasiado detallado y difícil de cambiar es un beneficio clave del modelado. La simulación de ingeniería es un tipo de análisis que utilizan los ingenieros para modelar y simular el rendimiento de los centros de datos.
La Figura 1 ilustra los resultados de una simulación de dinámica de fluidos computacional (CFD) de un centro de datos. En estas imágenes, se realiza el análisis para comprender la distribución de temperatura en el espacio, específicamente la interacción entre los pasillos fríos y calientes. Una visualización CFD en el plano vertical u horizontal puede brindarle a un ingeniero una idea del dominio tridimensional dentro de un centro de datos.
Simulación de ingeniería en la nube
CFD es un tipo de simulación de ingeniería que modela el comportamiento de fluidos (líquidos y gases). Un modelo 3D de un centro de datos, por ejemplo, se utiliza para simular las propiedades físicas y térmicas de la configuración de un centro de datos. CFD modela los mecanismos primarios de transferencia de calor (conducción, convección y radiación) y puede mostrar el impacto que tienen en el rendimiento térmico de cualquier edificio o equipo. El flujo de trabajo se habilita a través de una plataforma en la nube de CFD que se pueden ejecutar múltiples simulaciones en paralelo. Esto reduce al mínimo el tiempo necesario para examinar adecuadamente todos los escenarios necesarios dentro de un dominio del problema, que puede ser en el hundreds. Con las capacidades de aplicación en paralelo, es posible ya que los escenarios de diseño se pueden simular al mismo tiempo. El CFD es útil para comprender:
- Las características de flujo de los diseños existentes para resaltar ineficiencias, por ejemplo, regiones de recirculación y aislamiento entre pasillos o unidades CRAC.
- Distribución de la temperatura del aire en diferentes lugares.
- Temperatura del equipo
- Identificación de puntos calientes o zonas
- La comparación de cambios de diseño y escenarios hipotéticos
El modelo de un centro de datos que se puede simular incluye:
- Modelos CAD de varias partes
- Equipos IT-Server (fuentes de calor): energía de superficie, fuentes de energía volumétricas
- Ventiladores de refrigeración del servidor (impulsando el flujo dentro de los racks) u otros ventiladores de entrada / salida: caudal del ventilador a través de la fuente de impulso, fácil especificación utilizando primitivas geométricas de varios tipos (no se requiere modelado CAD)
- Entradas y salidas de aire y otros equipos de ventilación.
- Equipo HVAC
El valor de la simulación
Para comprender el valor de la simulación CFD, podemos ver un caso de centro de datos simple. En este ejemplo, se simula un centro de datos tradicional, pequeño y de pasillo abierto. El modelo dispone de suministro de aire frío por suelo radiante mediante dos unidades de refrigeración. Se suministra aire frío a 20ºC. La sala cuenta con 16 x 42 unidades de racks para servidores. Estamos interesados en conocer lo siguiente:
- La distribución de temperatura, identificando áreas calientes.
- El patrón de flujo, asegurando que cada rack de servidores reciba aire fresco y frío.
- Si el aire de escape está interfiriendo con el funcionamiento del pasillo frío y mitigando en consecuencia
La serie de imágenes a continuación resalta los pasos rápidos tomados para lograr un resultado útil. Varios resultados térmicos están disponibles instantáneamente al simular en la nube.
Resumen
Las simulaciones CFD pueden brindar al ingeniero la capacidad de modelar rápidamente múltiples configuraciones de diseño de centros de datos. Más importante aún, permite que un diseñador evalúe adecuadamente el rendimiento térmico, de flujo de aire, diseño y equipo del centro de datos. La predicción precisa del rendimiento de un sistema proporciona información crítica que se incorpora a consideraciones financieras como el retorno de la inversión y la recuperación, lo que significa que los modelos correctamente definidos y el software de simulación de ingeniería son herramientas poderosas en el diseño de futuros centros de datos.