A mesura que la demanda de servidors i d’infraestructura informàtica continua creixent, un dels principals reptes és la refrigeració dels servidors i dels entorns dels centres de dades. Una refrigeració eficient dels centres de dades millora el rendiment dels servidors i optimitza els processos operatius en general. Per aquest motiu, al llarg dels anys s’han desenvolupat diversos mètodes de refrigeració.
Per què és important la refrigeració dels centres de dades?
Els centres de dades allotgen un gran nombre de servidors que es fan servir per a finalitats diverses. Una cosa que tenen en comú aquests servidors és la seva elevada càrrega de treball, que fa que els seus processadors i xips generin una quantitat considerable de calor.
Per entendre-ho millor, pensa en el teu portàtil o ordinador personal. Quan l’exigeixes per sobre de la seva càrrega de treball habitual, fixa’t amb quina intensitat funciona el ventilador del sistema i quanta calor genera l’aparell.
Com que sovint es diu que els servidors són superordinadors, també produeixen molta calor. Si aquesta calor no s’elimina, el rendiment dels servidors anirà disminuint gradualment i ja no podran funcionar amb la mateixa eficiència que abans. Per tant, un entorn com un centre de dades, que allotja molts servidors, també ha de disposar d’un sistema de refrigeració adequat.
Avui dia, els sistemes de refrigeració s’han convertit en un dels principals criteris que tenen en compte les empreses a l’hora d’escollir un centre de dades. Atesa la importància dels sistemes de refrigeració per al rendiment dels servidors, s’han desenvolupat molts mètodes de refrigeració per a centres de dades. Alguns han demostrat ser pràctics i d’altres no. Tanmateix, una cosa és clara: a mesura que l’ús de servidors ha augmentat amb el temps, també ho ha fet la necessitat de noves tecnologies de refrigeració.
Mètodes de refrigeració de centres de dades
Hi ha diversos mètodes per refrigerar els centres de dades, que analitzarem en aquesta secció.
Refrigeració per aire
Aquest mètode de refrigeració utilitza ventiladors, sistemes d’aire condicionat, reixetes de ventilació i altres equips per crear un flux d’aire. La refrigeració per aire elimina l’aire calent generat a l’interior del centre de dades i el substitueix per aire fresc. És un dels mètodes de refrigeració més utilitzats i es troba en molts centres de dades.
En el passat, la refrigeració per aire era suficient per a molts requisits. Avui, però, les càrregues de treball han augmentat tant en volum com en intensitat, de manera que aquest mètode pot no ser prou adequat ni eficient per a tots els centres de dades.
La refrigeració per aire s’utilitza generalment en racks amb una densitat de potència inferior a 20 kW.
Refrigeració líquida
En la refrigeració líquida directa, el refrigerant es condueix a través d’una xarxa de canonades fins als components que generen calor, com ara les CPU i les GPU. Quan el líquid passa per components com les plaques fredes, absorbeix la calor. Un cop escalfat, torna al circuit de refrigeració per refredar-se i tornar a circular.
En aquest mètode, el líquid entra en contacte directe amb els xips o amb els seus components de refrigeració, però el servidor sencer no queda submergit en líquid.
Refrigeració per immersió
En aquest mètode, el servidor sencer se submergeix en un líquid. Podries pensar que això danyaria el servidor mentre n’elimina la calor, però no és així. En la refrigeració per immersió, el servidor es col·loca en un líquid no conductor, de manera que els seus components no pateixen cap dany.
El líquid absorbeix la calor generada i evita que el servidor se sobreescalfi. Aquest mètode és tan eficaç que permet instal·lar equips d’una densitat extremadament alta en instal·lacions dissenyades originalment per a densitats de potència baixes o mitjanes.
La refrigeració per immersió es pot utilitzar pràcticament per a qualsevol tipus de servidor i càrrega de treball.
Refrigeració evaporativa
Com que la refrigeració per aire per si sola ja no pot satisfer els requisits de molts centres de dades, i substituir tot el sistema de refrigeració pot resultar extremadament car, la refrigeració evaporativa pot ser la millor opció per a aquestes instal·lacions.
Els ventiladors introdueixen aire exterior al centre de dades per refrigerar-lo. Abans que aquest aire arribi als equips, l’evaporació de l’aigua n’extreu la calor i en redueix la temperatura.
Refrigeració lliure (free cooling)
La refrigeració lliure és un mètode que aprofita els recursos naturals disponibles per reduir la temperatura d’un centre de dades quan les condicions ambientals ho permeten, cosa que redueix la necessitat que els equips de refrigeració convencionals funcionin contínuament. En aquest mètode, l’aire exterior o les fonts d’aigua naturalment freda poden tenir un paper important en la transferència de calor.
Per implementar aquest sistema de refrigeració es poden utilitzar tecnologies com ara economitzadors, refrigeració indirecta per aire, rodes tèrmiques i intercanviadors de calor de plaques.
La possibilitat d’utilitzar aquest mètode depèn del clima i del microclima de la ubicació del centre de dades. Per tant, cal avaluar amb cura les condicions ambientals de l’emplaçament abans d’escollir-lo. Quan les condicions són adequades, la refrigeració lliure pot reduir el consum d’energia i les emissions de carboni. Pot ser especialment eficaç per a centres de dades que suporten càrregues de treball exigents, com la IA i la computació d’alt rendiment (HPC).
Deploy Your VPS in Leading Data Centers
Choose from multiple global locations and launch a powerful virtual server with high-speed connectivity, reliable infrastructure, and flexible resources.
Tendències i futur de la refrigeració de centres de dades
Un dels aspectes més importants de la refrigeració de centres de dades és minimitzar-ne l’impacte ambiental. Alguns mètodes de refrigeració actuals han demostrat ser eficaços i es poden continuar utilitzant àmpliament. Tanmateix, els mètodes que probablement s’estendran més en el futur ofereixen més beneficis ambientals i maneres més eficaces de gestionar la calor residual. Entre aquests hi ha:
- Refrigeració adaptativa: en aquest mètode, la intel·ligència artificial ajusta el nivell de refrigeració segons l’estat i la càrrega de treball actuals dels servidors. Això evita una refrigeració excessiva i un consum d’energia innecessari.
- Centres de dades perimetrals (edge): l’ús creixent dels centres de dades edge permet processar les dades més a prop dels usuaris. Aquestes instal·lacions poden adoptar mètodes de refrigeració més nous i adaptats a les seves condicions específiques.
- Energia sostenible: utilitzar energia solar i eòlica juntament amb bateries i sistemes d’emmagatzematge d’energia pot ajudar els centres de dades a reduir el seu consum d’energia i la seva petjada de carboni.
Quins grans centres de dades utilitzen refrigeració líquida?
Grans operadors de centres de dades com Google, Amazon i Hetzner van dependre de la refrigeració per aire durant molts anys. Els seus sistemes de refrigeració no van canviar significativament durant aquest període, tot i que alguns també van incorporar la refrigeració evaporativa. Tanmateix, com que aquests sistemes poden ser cars d’instal·lar i poden generar problemes ambientals, especialment pel que fa al consum d’aigua i al seu retorn al medi natural, no s’utilitzen a tot arreu.
Avui dia no hi ha gaires dades ni informació detallada sobre els mètodes de refrigeració que s’utilitzen als centres de dades d’IA. Tanmateix, la infraestructura que dona suport a plataformes com OpenAI, Claude i Gemini ha d’utilitzar tecnologies de refrigeració líquida, almenys per als servidors que gestionen càrregues de treball extremadament exigents.
El 2018, Microsoft també va col·locar al fons marí un centre de dades segellat de la mida d’un contenidor per provar la idea de construir centres de dades sota l’aigua. Com que l’aigua de mar és conductora de l’electricitat, els equips dels servidors no hi tenien contacte directe i estaven protegits dins d’un recinte estanc. La temperatura relativament baixa i estable de l’aigua de mar circumdant ajudava a refrigerar els servidors.
Aquests servidors van funcionar sota l’aigua durant aproximadament dos anys. Malgrat el gran potencial del projecte per reduir els costos de construcció i refrigeració dels servidors, des d’aleshores cap empresa ni operador de centres de dades no ha adoptat aquest enfocament a gran escala.
Construir centres de dades sota l’aigua pot afectar negativament la vida marina i podria alterar els ecosistemes aquàtics a llarg termini.
Per acabar: com millora la refrigeració adaptativa l’eficiència dels centres de dades?
La refrigeració adaptativa utilitza la intel·ligència artificial i dades en temps real per ajustar contínuament els nivells de refrigeració segons les càrregues de treball dels servidors i les condicions ambientals. Com que proporciona refrigeració només on i quan cal, pot evitar una refrigeració excessiva, reduir el consum d’energia i millorar l’eficiència global del centre de dades.
Preguntes freqüents
1. Es pot utilitzar la refrigeració per immersió per a tot tipus de servidors?
La refrigeració per immersió es pot utilitzar per a una àmplia gamma de servidors i càrregues de treball, però no tot el maquinari de servidor és automàticament compatible amb aquest mètode. Els components han de ser aptes per submergir-se en un refrigerant dielèctric no conductor, i també cal tenir en compte factors com la compatibilitat del maquinari, els requisits de manteniment i el disseny de la instal·lació.
2. La refrigeració líquida consumeix menys energia que la refrigeració per aire?
En molts casos, la refrigeració líquida pot consumir menys energia que la refrigeració per aire, perquè els líquids transfereixen la calor de manera més eficient que l’aire. Això vol dir que els sistemes de refrigeració poden necessitar menys energia per extreure la calor dels servidors d’alta densitat. Tanmateix, l’estalvi energètic real depèn del disseny del sistema de refrigeració, de la càrrega de treball dels servidors i de la infraestructura del centre de dades.
