Por Neil Edmunds, director de innovación de Iceotope Technologies Limited
Con flujos constantes de datos que surgen del Internet de las cosas, videos, inteligencia artificial, entre otras cosas, no sorprende que se espere que generemos 463 exabytes de datos cada día para 2025.
La forma en que accedemos a los datos e interactuamos con ellos cambia constantemente y tendrá un impacto real en el procesamiento y almacenamiento de esos datos. En tan solo unos años, se predice que el almacenamiento de datos global superará los 200 zettabytes, y la mitad de esa cantidad se almacenará en la nube. Esto presenta un desafío único para los centros de datos de hiperescala y su infraestructura de almacenamiento.
Según Seagate, los centros de datos en la nube eligen unidades de disco duro (HDD) de gran capacidad para almacenar el 90 por ciento de sus exabytes. Los discos duros son una tecnología probada que normalmente se encuentra en un factor de forma de 3,5 pulgadas. Continúan ofreciendo a los operadores de centros de datos almacenamiento rentable a escala.
El disco duro tope de gama actual tiene una capacidad de 20 TB. Para finales de la década se espera que llegue a más de 120 TB, todo dentro del factor de forma existente de 3,5 pulgadas.
Las implicaciones prácticas de esto muestran la necesidad de mejorar las soluciones de refrigeración térmica. Más almacenamiento de datos significa más giro de los discos, motores de mayor velocidad y más actuadores, todo lo cual se traduce en un mayor uso de energía. A medida que los discos aumentan su potencia, también aumenta la cantidad de calor que producen.
Luego, con la introducción del helio en los discos duros en la última década, el rendimiento no sólo ha mejorado gracias a una menor resistencia a los discos, sino que ahora las unidades están selladas.
También hay que considerar el cumplimiento de ESG. Dado que los centros de datos consumen alrededor del 1 por ciento de la demanda mundial de electricidad y la energía de refrigeración representa más del 35 por ciento del consumo total de energía de un centro de datos, los propietarios de los centros de datos están siendo presionados para reducir este consumo.
Comparación de tecnologías de refrigeración
Tradicionalmente, los entornos de los centros de datos utilizan tecnología de refrigeración por aire. La forma principal de eliminar el calor con métodos de refrigeración por aire es aspirar volúmenes cada vez mayores de flujo de aire a través del chasis del equipo.
Normalmente, hay un pasillo caliente detrás de los bastidores y una configuración de pasillo frío delante de los bastidores que disipa el calor intercambiando aire caliente con aire más frío. La refrigeración por aire se utiliza ampliamente y se comprende bien. También está bien arraigado en casi todos los centros de datos del mundo.
Sin embargo, a medida que evoluciona el volumen de datos, es cada vez más probable que la refrigeración por aire ya no pueda garantizar un entorno operativo adecuado para los equipos de TI que consumen mucha energía.
Tecnologías como la refrigeración líquida están demostrando ser una forma mucho más eficiente de eliminar el calor de los equipos de TI. La refrigeración líquida de precisión, por ejemplo, hace circular pequeños volúmenes de fluido dieléctrico a través de la superficie del servidor eliminando casi el 100 por ciento del calor generado por los componentes electrónicos.
No hay puntos críticos que reduzcan el rendimiento ni refrigeración por aire de adelante hacia atrás, ni restricciones de inmersión de abajo hacia arriba que están presentes en las soluciones de tanque.
Si bien las aplicaciones iniciales de refrigeración líquida de precisión se realizaron en un chasis sellado para enfriar componentes de servidores, dadas las mayores demandas de energía de los discos duros, los dispositivos de almacenamiento también son una aplicación ideal.
Demandas de almacenamiento de alta densidad
Con HDD de alta densidad, la refrigeración por aire tradicional impulsa el aire a través del sistema de adelante hacia atrás. Lo que suele ocurrir en este entorno es que los discos de la parte delantera se vuelven mucho más fríos que los de la parte trasera.
A medida que el aire frío llega y viaja a través del dispositivo JBOD, el aire se calienta. Esto puede provocar una diferencia de temperatura de 20 °C o más entre los discos de la parte delantera y trasera de la unidad, dependiendo de la capacidad del disco duro.
Para cualquier operador de centro de datos, la coherencia es clave. Cuando los discos varían casi 20 °C de adelante hacia atrás, se produce un desgaste inconsistente en las unidades, lo que provoca fallas impredecibles. Lo mismo ocurre con la variación en la altura del bastidor, ya que los dispositivos inferiores tienden a consumir el flujo de aire más frío que sale de las baldosas del piso.
Refrigeración líquida para almacenamiento
Si bien siempre habrá variaciones y diferentes tolerancias dentro de cualquier entorno de centro de datos, la refrigeración líquida puede mitigar estas variaciones y mejorar la coherencia.
En 2022, Meta publicó un estudio que muestra cómo se rediseñó un sistema de almacenamiento de alta densidad refrigerado por aire para utilizar refrigeración líquida monofásica. El estudio encontró que la refrigeración líquida de precisión era un medio más eficiente para enfriar los bastidores de HDD con los siguientes resultados:
- La variación de temperatura de todos los HDD fue de solo 3 °C, independientemente de la ubicación dentro de los JBOD.
- Los sistemas HDD podrían funcionar de manera confiable en temperaturas de entrada de agua en rack de hasta 40°C.
- La potencia de refrigeración a nivel del sistema fue menos del cinco por ciento del consumo total de energía.
- Mitigar los problemas de vibración acústica
Si bien la consistencia es un beneficio clave, también es importante enfriar todos los discos a una temperatura más alta del agua. Esto significa que los operadores del centro de datos no necesitan proporcionar agua fría a la unidad.
La reducción del consumo de recursos (electricidad, agua, espacio, ruido audible, etc.) conduce a una mayor reducción del TCO y a un mejor cumplimiento de ESG. Ambos son beneficios clave para los operadores de centros de datos actuales.
A medida que la demanda de almacenamiento de datos continúa aumentando, también lo harán las soluciones que necesitan los proveedores de centros de datos a hiperescala para enfriar los equipos de manera eficiente. La refrigeración líquida para almacenamiento de alta densidad está demostrando ser una alternativa viable, ya que enfría las unidades a una temperatura más constante y elimina la vibración de los ventiladores, con un menor consumo general de energía final y un mejor cumplimiento de ESG.
En un momento en que los operadores de centros de datos están bajo una presión cada vez mayor para reducir el consumo de energía y mejorar las métricas de sostenibilidad, esta tecnología puede no sólo ser buena para el planeta, sino también para las empresas.
Permitir la innovación en los sistemas de almacenamiento
Los discos duros actuales están diseñados teniendo en cuenta la refrigeración por aire forzado, por lo que es lógico que la refrigeración por aire siga desempeñando un papel importante a corto plazo. Para que los fabricantes de almacenamiento adopten nuevas alternativas, las demostraciones de tecnología de refrigeración líquida como la que realizó Meta son clave para garantizar su adopción.
Si observamos las tendencias tecnológicas que avanzan, aumentar constantemente la potencia de los ventiladores en un rack no será una solución sostenible a largo plazo.
Las salas de datos no son cada vez más grandes y los costos de enfriar un rack están aumentando. La necesidad de más capacidad de almacenamiento de datos con mayor densidad está creciendo exponencialmente.
El almacenamiento diseñado para refrigeración líquida será más pequeño, utilizará menos materiales y componentes preciosos, funcionará más rápido y fallará con menos frecuencia. La capacidad de ofrecer una solución de almacenamiento HDD más rentable en el mismo espacio cúbico ofrece no solo un beneficio de TCO sino que también contribuye a un mayor valor ESG.