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Por Markus Gerber, gerente sênior de desenvolvimento de negócios, nVent Schroff
A demanda por serviços de dados está crescendo e, no entanto, nunca houve tanta pressão para fornecer esses serviços da maneira mais eficiente e limpa possível.
Como todas as áreas de operação estão sob maior escrutínio para atender a essas demandas, uma área em particular, resfriamento, entrou em foco. É uma área não apenas madura para a inovação, mas onde o progresso foi feito, mostrando um caminho a seguir para um futuro mais verde.
O número de usuários da Internet em todo o mundo mais do que dobrou desde 2010. Além disso, à medida que surgem tecnologias que se prevê serem a base das futuras economias digitais, a demanda por serviços digitais aumentará não apenas em volume, mas também em sofisticação e distribuição.
Este nível de desenvolvimento traz desafios para o consumo de energia, eficiência e arquitetura. A IEA estima que os data centers são responsáveis por quase 1% das emissões de gases de efeito estufa (GEE) relacionadas à energia. Embora reconheça que, desde 2010, as emissões cresceram modestamente, apesar da demanda em rápido crescimento, por meio de melhorias na eficiência energética, compras de energia renovável por empresas de TIC e descarbonização mais ampla das redes elétricas, também alerta que, para se alinhar com o cenário zero líquido até 2050, as emissões devem reduzir pela metade até 2030.
Este é um desafio técnico significativo. Em primeiro lugar, nas últimas décadas de avanço das TIC, a Lei de Moore tem sido um efeito sempre presente. Ele afirma que o poder de computação mais ou menos dobraria, com custos reduzidos pela metade, a cada dois anos ou mais. Como as densidades do transistor se tornam mais difíceis de aumentar à medida que entram na escala de um nanômetro, nada menos que o CEO da NVidia afirmou que a lei de Moore está efetivamente morta. Isso significa que, no curto prazo, para atender a demanda, mais equipamentos e infraestrutura terão que ser implantados, em maior densidade.
Todas as mudanças terão impacto na infraestrutura de resfriamento e no custo
Nesse cenário de demanda crescente, densidades mais altas, implantações maiores e maior demanda individual de energia, a capacidade de resfriamento também deve ser aumentada.
O ar como meio de resfriamento já estava atingindo seus limites, sendo assim, difícil de gerenciar, impreciso e um tanto caótico. À medida que os sistemas de rack se tornam mais exigentes, muitas vezes misturando equipamentos baseados em CPU e GPU, as demandas individuais de rack estão se aproximando ou excedendo 30 W cada. Os sistemas baseados em ar também tendem a exigir um alto nível de consumo de água, pelo que a indústria também recebeu críticas no ambiente atual.
As tecnologias de resfriamento líquido foram desenvolvidas como meio de atender às demandas de volume e densidade necessárias para os serviços de dados do futuro. O resfriamento líquido assume muitas formas, mas as três principais técnicas atualmente são direto ao chip, trocadores de calor de porta traseira e resfriamento por imersão.
O resfriamento direto ao chip (DtC) é onde uma placa de metal fica no chip ou componente e permite que o líquido circule dentro de câmaras fechadas levando o calor embora. Ele é frequentemente usado com aplicativos especializados, como ambientes de computação de alto desempenho (HPC).
Os trocadores de calor da porta traseira são sistemas indiretos de acoplamento fechado que circulam o líquido por meio de bobinas embutidas para remover o calor do servidor antes de descarregá-lo na sala. Eles têm a vantagem de manter toda a sala na temperatura do ar de entrada, tornando redundantes as configurações de gabinete de corredor quente e frio e os projetos de contenção de ar, pois o ar de exaustão esfria até a temperatura de entrada e pode recircular de volta para os servidores.
A tecnologia de imersão emprega um fluido dielétrico que submerge o equipamento e afasta o calor do contato direto. Isso permite que os operadores mergulhem em servidores padrão com algumas pequenas modificações, como remoção de ventilador, bem como unidades de disco giratórias seladas. Equipamentos de estado sólido geralmente não requerem modificações.
Uma vantagem da abordagem de resfriamento líquido de precisão é que a imersão total fornece densidade térmica líquida, absorvendo calor por vários minutos após uma falha de energia sem a necessidade de bombas de backup.
Descobertas de refrigeração líquida de Cundall
De acordo com um estudo realizado pelos consultores de engenharia Cundall, a tecnologia de resfriamento líquido supera o resfriamento a ar convencional.
Isso se deve principalmente à temperatura operacional mais alta do FWS, em comparação com os meios de resfriamento usados para as soluções refrigeradas a ar. Em todos os casos refrigerados a ar, energia e água consideráveis são consumidas para chegar a uma condição de fornecimento de ar que esteja dentro do envelope térmico necessário. A necessidade disso é evitada com o resfriamento a líquido.
Foram encontrados benefícios consistentes, em termos de eficiência e consumo de energia, uso de água e redução de espaço, em vários cenários de refrigeração líquida, de híbrido a imersão total, bem como benefícios OpEx e CapEx.
Em cenários de hiperescala, colocation e computação de borda, Cundall descobriu que o custo total de resfriamento ITE por KW consumido em líquido em relação ao caso base da atual tecnologia de resfriamento a ar variou de 13 a 21% menos.
Em termos de emissões, Cundall afirma que PUE e TUE são menores para as opções de refrigeração líquida em todos os cenários testados. Expressando a redução em termos de kg CO2 por kW de energia ITE por ano, os resultados foram de mais de 6% para colocalização, subindo para quase 40% para cenários de computação de ponta.
O que o futuro reserva em termos de refrigeração líquida?
Combinações de técnicas de resfriamento de líquido e ar serão vitais para fornecer uma transição, especialmente para instâncias legadas, para o tipo de eficiência e necessidades de resfriamento com consciência de emissões de instalações atuais e futuras. Embora as técnicas de imersão ofereçam o maior efeito, o resfriamento híbrido oferece uma melhoria em relação ao ar sozinho, com OpEx, vantagens de desempenho e gerenciamento.
Mesmo que o setor de infraestrutura de dados institua iniciativas para entender, gerenciar e relatar melhor os esforços de sustentabilidade, mais pode ser feito para tornar todos os aspectos da implementação e operação sustentáveis.
Os desenvolvimentos em tecnologias de refrigeração líquida são um passo à frente que permitirá que operadoras e provedores de serviços atendam à demanda, garantindo que as obrigações de sustentabilidade possam ser cumpridas. Inicialmente, as soluções híbridas facilitarão que os operadores legados façam a transição para sistemas mais eficientes e eficazes, enquanto tecnologias mais avançadas garantirão novas instalações mais eficientes, mesmo quando a capacidade for construída para atender à demanda crescente.
Ao trabalhar em colaboração com o amplo espectro de fornecedores e provedores de serviços, os provedores de tecnologia de resfriamento podem garantir que os requisitos sejam atendidos, permitindo que a economia digital se desenvolva para o benefício de todos, ao mesmo tempo em que contribui para um futuro habitável.
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