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De autoria de Neil Edmunds, gerente de inovação de produto, Iceotope
Com fluxos constantes de dados surgindo da IoT, vídeo, IA e muito mais, não é surpresa que esperemos gerar 463 EB de dados todos os dias até 2025. A forma como acessamos e interagimos com os dados está mudando constantemente e terá um impacto real no processamento e armazenamento desses dados. Em apenas alguns anos, prevê-se que o armazenamento global de dados ultrapassará 200 ZB, com metade disso armazenado na nuvem.
Isso representa um desafio único para data centers de hiperescala e sua infraestrutura de armazenamento. De acordo com a Seagate, os datacenters em nuvem escolhem unidades de disco rígido (HDDs) de capacidade de massa para armazenar 90% de seus exabytes. Os HDDs são uma tecnologia testada e comprovada, normalmente encontrada em um fator de forma de 3,5 polegadas. Eles continuam a oferecer aos operadores de data center armazenamento econômico em escala. O atual HDD topo de linha possui capacidade de 20 TB. Até o final da década, espera-se atingir 120 TB+, tudo dentro do fator de forma existente de 3,5 polegadas.
As implicações práticas disso mostram a necessidade de soluções de resfriamento térmico aprimoradas. Mais armazenamento de dados significa mais rotação dos discos, motores de maior velocidade, mais atuadores – tudo isso se traduz em mais potência sendo usada. À medida que os discos aumentam de potência, aumenta também a quantidade de calor produzida por eles. Em seguida, com a introdução do hélio nos discos rígidos na última década, o desempenho não apenas melhorou, graças ao menor arrasto nos discos, mas as unidades agora são seladas.
Há também a conformidade ESG a ser considerada. Com os data centers consumindo 1% da demanda global de eletricidade e a energia de resfriamento respondendo por mais de 35% do consumo total de energia de um data center, há pressão sobre os proprietários de data centers para reduzir esse consumo.
Comparação de tecnologias de resfriamento
Tradicionalmente, os ambientes de data center usam tecnologia de refrigeração a ar. A principal maneira de remover o calor com métodos de resfriamento de ar é puxando volumes crescentes de fluxo de ar através do chassi do equipamento. Normalmente, há um corredor quente atrás dos racks e uma configuração de corredor frio na frente dos racks que dissipa o calor trocando o ar quente com o ar mais frio. O resfriamento a ar é amplamente implantado e bem compreendido. Também está bem enraizado em quase todos os data centers do mundo. No entanto, à medida que o volume de dados evolui, torna-se cada vez mais provável que o resfriamento a ar não seja mais capaz de garantir um ambiente operacional adequado para equipamentos de TI com alta densidade de energia.
Tecnologias como refrigeração líquida estão provando ser uma maneira muito mais eficiente de remover o calor do equipamento de TI. O resfriamento líquido de precisão, por exemplo, faz circular pequenos volumes de fluido dielétrico pela superfície do servidor, removendo quase 100% do calor gerado pelos componentes eletrônicos. Não há pontos críticos de limitação de desempenho e nenhum resfriamento de ar da frente para trás, ou restrições de imersão de baixo para cima que estão presentes nas soluções de tanque. Embora as aplicações iniciais de resfriamento líquido de precisão tenham ocorrido em um chassi selado para resfriar os componentes do servidor, devido às crescentes demandas de energia do HDD, os dispositivos de armazenamento também são uma aplicação ideal.
Demandas de armazenamento de alta densidade
Com HDD de alta densidade, o resfriamento a ar tradicional puxa o ar pelo sistema da frente para trás. O que normalmente ocorre nesse ambiente é que os discos da frente ficam muito mais frios do que os de trás. À medida que o ar frio entra e passa pelo dispositivo JBOD, o ar fica mais quente. Isso pode resultar em um diferencial de temperatura de 20°C ou mais entre os discos na frente e atrás da unidade, dependendo da capacidade do disco rígido.
Para qualquer operador de data center, a consistência é fundamental. Quando os discos variam em quase 20°C da frente para trás, há desgaste inconsistente nas unidades, levando a falhas imprevisíveis. O mesmo vale para a variação na altura do rack, pois os dispositivos mais baixos tendem a consumir o fluxo de ar mais frio proveniente dos ladrilhos.
Resfriamento líquido para armazenamento
Embora sempre haja variações e diferentes tolerâncias ocorrendo em qualquer ambiente de data center, o resfriamento líquido pode mitigar essas variações e melhorar a consistência. Em 2022, a Meta publicou um estudo mostrando como um sistema de armazenamento de alta densidade refrigerado a ar foi reprojetado para utilizar resfriamento líquido monofásico. O estudo descobriu que o resfriamento líquido de precisão era um meio mais eficiente de resfriar os racks de HDD com os seguintes resultados:
- A variação de temperatura de todos os HDDs foi de apenas 3°C, independentemente da localização dentro dos JBODs.
- Os sistemas HDD podem operar de forma confiável em temperaturas de entrada de água do rack de até 40°C.
- A energia de resfriamento no nível do sistema foi inferior a 5% do consumo total de energia.
- Mitigação de problemas acústicos vibracionais.
Embora a consistência seja um benefício importante, o resfriamento de todos os discos a uma temperatura de água mais alta também é importante. Isso significa que os operadores do data center não precisam fornecer água gelada para a unidade. Consumo reduzido de recursos – eletricidade, água, espaço, ruído audível – todos levam a uma maior redução no TCO e melhor conformidade ESG. Ambos são benefícios importantes para os operadores de data center de hoje.
À medida que a demanda por armazenamento de dados continua aumentando, também aumentam as soluções necessárias para os provedores de data centers em hiperescala para resfriar o equipamento com eficiência. O resfriamento líquido para armazenamento de alta densidade está provando ser uma alternativa viável, pois resfria as unidades a uma temperatura mais consistente e remove a vibração dos ventiladores, com menor consumo geral de energia de ponta a ponta e conformidade ESG aprimorada. Em um momento em que os operadores de data centers estão sob pressão crescente para reduzir o consumo de energia e melhorar as métricas de sustentabilidade, essa tecnologia pode ser boa não apenas para o planeta, mas também para os negócios.
Permitindo a inovação em sistemas de armazenamento
Os HDDs de hoje são projetados com resfriamento de ar forçado em mente, portanto, é lógico que o resfriamento de ar continuará a desempenhar um papel importante no curto prazo. Para que os fabricantes de armazenamento adotem novas alternativas, demonstrações de tecnologia de refrigeração líquida, como a realizada pela Meta, são essenciais para garantir a adoção. Observando as tendências tecnológicas avançando, aumentar constantemente a potência do ventilador em um rack não será uma solução sustentável a longo prazo.
Os data halls não estão ficando maiores e os custos para resfriar um rack estão aumentando. A necessidade de mais capacidade de armazenamento de dados em maior densidade está crescendo exponencialmente. O armazenamento projetado para resfriamento líquido de precisão será menor, usará menos materiais e componentes preciosos, funcionará mais rápido e falhará com menos frequência. A capacidade de oferecer uma solução de armazenamento HDD mais econômica na mesma área cúbica oferece não apenas um benefício de TCO, mas também contribui para um maior valor ESG. Tornar a tecnologia de hoje mais eficiente e remover fatores limitantes para novos métodos de armazenamento de dados que mudam o jogo pode nos ajudar a enfrentar os desafios globais que enfrentamos e é um passo à frente para permitir um futuro melhor.
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