À medida que a demanda por servidores e infraestrutura de TI continua a crescer, um dos principais desafios é o resfriamento dos servidores e dos ambientes de data center. Um resfriamento eficiente do data center melhora o desempenho dos servidores e aprimora os processos operacionais como um todo. Por esse motivo, diversos métodos de resfriamento foram desenvolvidos ao longo dos anos.
Por que o resfriamento de data centers é importante?
Os data centers abrigam um grande número de servidores usados para diversas finalidades. Algo que esses servidores têm em comum é a carga de trabalho pesada, que faz com que seus processadores e chips gerem uma quantidade significativa de calor.
Para entender melhor, pense no seu notebook ou computador pessoal. Quando ele é exigido além da carga de trabalho normal, repare com que intensidade a ventoinha do sistema funciona e quanto calor o aparelho gera.
Como os servidores costumam ser chamados de supercomputadores, eles também produzem muito calor. Se esse calor não for removido, o desempenho do servidor cairá gradualmente, e os servidores deixarão de operar com a mesma eficiência de antes. Portanto, um ambiente como um data center, que abriga muitos servidores, também precisa de um sistema de resfriamento adequado.
Hoje, os sistemas de resfriamento se tornaram um dos principais critérios que as empresas consideram ao escolher um data center. Dada a importância desses sistemas para o desempenho dos servidores, muitos métodos de resfriamento foram desenvolvidos para data centers. Alguns se mostraram práticos, outros não. Uma coisa, porém, é clara: à medida que o uso de servidores aumentou ao longo do tempo, também cresceu a necessidade de novas tecnologias de resfriamento.
Métodos de resfriamento de data centers
Existem vários métodos para resfriar data centers, que vamos analisar nesta seção.
Resfriamento a ar
Este método de resfriamento usa ventiladores, sistemas de ar-condicionado, dutos de ventilação e outros equipamentos para criar fluxo de ar. O resfriamento a ar remove o ar quente gerado dentro do data center e o substitui por ar fresco e frio. É um dos métodos de resfriamento mais utilizados e está presente em muitos data centers.
No passado, o resfriamento a ar atendia a muitas necessidades. Hoje, porém, as cargas de trabalho aumentaram tanto em volume quanto em intensidade, o que significa que esse método pode não ser mais adequado ou eficiente o suficiente para todos os data centers.
O resfriamento a ar geralmente é usado em racks com densidade de potência inferior a 20 kW.
Resfriamento líquido
No resfriamento líquido direto, o fluido refrigerante é levado por uma rede de tubulações até os componentes que geram calor, como CPUs e GPUs. Ao passar por componentes como as cold plates (placas frias), o líquido absorve o calor. Depois de aquecido, ele retorna ao circuito de resfriamento para ser resfriado e circular novamente.
Neste método, o líquido entra em contato direto com os chips ou com seus componentes de resfriamento, mas o servidor não fica totalmente submerso.
Resfriamento por imersão
Neste método, o servidor inteiro fica submerso em um líquido. Você pode imaginar que isso danificaria o servidor enquanto remove o calor, mas não é o caso. No resfriamento por imersão, o servidor é colocado em um líquido não condutor, de modo que seus componentes não sofrem nenhum dano.
O líquido absorve o calor gerado e evita o superaquecimento do servidor. Esse método é tão eficaz que equipamentos de altíssima densidade podem ser instalados em instalações projetadas originalmente para densidades de potência baixas ou médias.
O resfriamento por imersão pode ser usado em praticamente qualquer tipo de servidor e carga de trabalho.
Resfriamento evaporativo
Como o resfriamento a ar sozinho já não atende às necessidades de muitos data centers, e substituir todo o sistema de resfriamento pode ser extremamente caro, o resfriamento evaporativo pode ser a melhor opção para essas instalações.
Ventiladores trazem o ar externo para dentro do data center para resfriá-lo. Antes que esse ar chegue aos equipamentos, a evaporação da água retira calor dele e reduz sua temperatura.
Free cooling
O free cooling é um método que aproveita recursos naturais disponíveis para reduzir a temperatura de um data center quando as condições ambientais são favoráveis, diminuindo a necessidade de manter os equipamentos de resfriamento convencionais funcionando continuamente. Neste método, o ar externo ou fontes de água naturalmente frias podem ter um papel importante na transferência de calor.
Tecnologias como economizadores, resfriamento indireto pelo lado do ar, rodas térmicas e trocadores de calor a placas podem ser usadas para implementar esse sistema de resfriamento.
A viabilidade desse método depende do clima e do microclima do local onde o data center está instalado. Por isso, as condições ambientais do local devem ser avaliadas com cuidado antes da escolha. Quando as condições são favoráveis, o free cooling pode reduzir o consumo de energia e as emissões de carbono. Ele pode ser especialmente eficaz para data centers que suportam cargas de trabalho exigentes, como IA e computação de alto desempenho (HPC).
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Tendências e o futuro do resfriamento de data centers
Uma das considerações mais importantes no resfriamento de data centers é minimizar seu impacto ambiental. Alguns métodos de resfriamento existentes se mostraram eficazes e podem continuar sendo amplamente utilizados. No entanto, os métodos que provavelmente se tornarão mais comuns no futuro oferecem mais benefícios ambientais e formas mais eficazes de gerenciar o calor residual. Entre eles:
- Resfriamento adaptativo: Neste método, a inteligência artificial ajusta o nível de resfriamento com base nas condições atuais e na carga de trabalho dos servidores. Isso evita o resfriamento excessivo e o consumo desnecessário de energia.
- Edge data centers: O uso crescente de edge data centers permite que os dados sejam processados mais perto dos usuários. Essas instalações podem adotar métodos de resfriamento mais modernos, adequados às suas condições específicas.
- Energia sustentável: Usar energia solar e eólica em conjunto com baterias e sistemas de armazenamento de energia pode ajudar os data centers a reduzir o consumo de energia e a pegada de carbono.
Quais grandes data centers usam resfriamento líquido?
Grandes operadores de data centers, como Google, Amazon e Hetzner, dependeram do resfriamento a ar por muitos anos. Seus sistemas de resfriamento não mudaram significativamente nesse período, embora alguns também tenham adotado o resfriamento evaporativo. No entanto, como esses sistemas podem ser caros de instalar e gerar preocupações ambientais, sobretudo em relação ao consumo de água e ao seu retorno ao meio ambiente, eles não são usados em todos os lugares.
Hoje, não há muitos dados ou informações detalhadas disponíveis sobre os métodos de resfriamento usados em data centers de IA. Ainda assim, a infraestrutura que dá suporte a plataformas como OpenAI, Claude e Gemini precisa usar tecnologias de resfriamento líquido, pelo menos nos servidores que lidam com cargas de trabalho extremamente exigentes.
Em 2018, a Microsoft também instalou no fundo do mar um data center selado, do tamanho de um contêiner, para testar a ideia de construir data centers submarinos. Como a água do mar é eletricamente condutora, os equipamentos dos servidores não tinham contato direto com ela e ficavam protegidos dentro de um invólucro estanque. A temperatura relativamente baixa e estável da água do mar ao redor ajudava a resfriar os servidores.
Esses servidores operaram debaixo d’água por aproximadamente dois anos. Apesar do grande potencial do projeto para reduzir os custos de construção e de resfriamento de servidores, nenhuma empresa ou operador de data center adotou essa abordagem em larga escala desde então.
Construir data centers debaixo d’água pode afetar negativamente a vida marinha e prejudicar os ecossistemas aquáticos a longo prazo.
Por fim: como o resfriamento adaptativo melhora a eficiência do data center?
O resfriamento adaptativo usa inteligência artificial e dados em tempo real para ajustar continuamente os níveis de resfriamento com base nas cargas de trabalho dos servidores e nas condições ambientais. Ao fornecer resfriamento apenas onde e quando é necessário, ele pode evitar o resfriamento excessivo, reduzir o consumo de energia e melhorar a eficiência geral do data center.
Perguntas frequentes
1. O resfriamento por imersão pode ser usado em todos os tipos de servidores?
O resfriamento por imersão pode ser usado em uma grande variedade de servidores e cargas de trabalho, mas nem todo hardware de servidor é automaticamente compatível com esse método. Os componentes devem ser adequados para imersão em um fluido refrigerante dielétrico não condutor, e fatores como compatibilidade de hardware, requisitos de manutenção e projeto da instalação também precisam ser considerados.
2. O resfriamento líquido consome menos energia do que o resfriamento a ar?
Em muitos casos, o resfriamento líquido pode consumir menos energia do que o resfriamento a ar, porque os líquidos transferem calor com mais eficiência do que o ar. Isso significa que os sistemas de resfriamento podem precisar de menos energia para remover o calor de servidores de alta densidade. No entanto, a economia real de energia depende do projeto do sistema de resfriamento, da carga de trabalho dos servidores e da infraestrutura do data center.
