Para los operadores de centros de datos, adoptar el tipo adecuado de solución de refrigeración puede suponer una oportunidad de mantenerse a la vanguardia tecnológica. Pero las instalaciones de centros de datos que despliegan bastidores de altísima densidad no tienen opción de elegir entre utilizar o no refrigeración líquida en el centro de datos. Es una necesidad. Independientemente de lo nuevo que sea el sistema o de lo bien optimizado que esté, la refrigeración por aire simplemente no es suficiente para mantener la fiabilidad de los sistemas de TI.
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Qué es la refrigeración líquida en los centros de datos
Los centros de datos han empezado a adoptar la refrigeración líquida más allá de grandes mainframes o superordenadores. La ciencia ha demostrado que el agua y otros líquidos conductores son mucho más eficientes en la transferencia de calor que el aire, en cifras podemos decir que pueden ser entre 50 y 1.000 veces más eficientes. La refrigeración líquida promete por tanto resolver muchos de los problemas que plantean los sistemas de refrigeración por aire, sobre todo a medida que aumenta la densidad de cálculo y, por tanto, de los servidores.
Ventajas de la refrigeración líquida frente a la refrigeración tradicional por aire
Hasta hoy, la forma más popular de refrigeración de un centro de datos ha sido por aire, y se sigue utilizando ampliamente. Aunque las tecnologías han evolucionado a lo largo de los años y los sistemas de refrigeración son cada vez más eficientes, el concepto básico sigue siendo el mismo. El aire frío circula alrededor del hardware, disipando el calor mediante el intercambio de aire caliente con aire más frío.
Pero desde hace un tiempo se vienen percibiendo notables ventajas de la refrigeración líquida, que detallamos a continuación:
Fiabilidad y rendimiento mejorados
Además de proporcionar la fiabilidad deseada que todas las instalaciones de este tipo requieren, la refrigeración líquida también ayuda a que la propia infraestructura responda mejor. Cuando las CPU comienzan a acercarse a los límites de su temperatura de funcionamiento segura, como es muy probable que ocurra con la refrigeración por aire, su rendimiento se ralentiza para evitar el desbordamiento térmico. Por tanto, aunque el hardware no funcione mal, por el mero hecho de no disponer de una solución de refrigeración más eficiente, no se obtiene el máximo rendimiento de la infraestructura. La refrigeración líquida resuelve este problema.
Mayor eficiencia energética
El líquido tiene unas propiedades de transferencia térmica superiores a las del aire. Cuando se combina esto con el hecho de que las instalaciones pueden eliminar los ventiladores que se utilizaban para hacer circular el aire en el centro de datos, el resultado es una reducción significativa de la producción de energía. Las bombas que se necesitan para las soluciones de refrigeración líquida requieren mucha menos energía que los ventiladores que se necesitarían para los métodos de refrigeración convencionales.
Sostenibilidad
Nunca ha sido tan importante como hasta ahora el hecho de que los centros de datos sean medioambientalmente sostenibles y responsables. En consecuencia, los operadores de centros de datos deben buscar formas de reducir su huella de carbono y utilizar menos energía y recursos escasos como el agua en zonas afectadas por la sequía. Además de ayudar a las instalaciones a reducir su consumo de energía, la refrigeración líquida también proporciona una forma más eficaz de reutilizar el calor capturado, ya que la transferencia de calor de líquido a líquido es más eficiente frente a los sistemas de refrigeración basados en aire.
Maximización del espacio del centro de datos
La refrigeración líquida permite una densidad dentro de los centros de datos que simplemente no se puede lograr con los métodos tradicionales de refrigeración por aire. Esto permite a las instalaciones utilizar mejor el espacio del centro de datos y eliminar la necesidad de nuevas construcciones o ampliaciones. La refrigeración líquida ofrece a los operadores la flexibilidad de construir instalaciones que ocupan menos espacio y, al mismo tiempo, son capaces de albergar implementaciones de procesamiento intensivo incluso cuando el espacio físico es limitado.
Cómo funciona el sistema de liquid cooling
La refrigeración líquida en los centros de datos puede aplicarse con una amplia gama de tecnologías. Estas tecnologías van desde la transferencia de calor a un líquido alejado de la fuente (por ejemplo, los climatizadores de salas de ordenadores (CRAH)) hasta la refrigeración por inmersión, en la que la transferencia de calor tiene lugar en la superficie de los componentes electrónicos calientes. En general, cuando el calor se transfiere cerca de la fuente, el suministro de líquido refrigerante puede ser más caliente y seguir proporcionando la refrigeración necesaria. El aumento de la eficacia se debe a la mejora del rendimiento de los enfriadores y a una mayor posibilidad de uso del free-cooling.
Normalmente, se requieren estos pasos básicos:
- El refrigerante absorbe el calor: Los sistemas de refrigeración líquida conectan las unidades centrales de procesamiento (CPU) con placas base. Las placas base tienen una superficie metálica llena de refrigerante. El calor generado por el equipo se desplaza a la conexión CPU-placa base. El refrigerante de la placa base absorbe el calor y evita que se caliente.
- El calor pasa a un radiador: La placa base transfiere el calor a través del sistema de refrigeración líquida. Viaja a través de un tubo y llega a un radiador.
- El radiador expulsa el líquido al aire: Una vez que el líquido llega al radiador, el sistema lo gira hacia el aire. Este paso permite que el líquido se enfríe. Los radiadores contienen ventiladores que también ayudan en el proceso de enfriamiento.
- El líquido vuelve al sistema: Una vez enfriado, los ventiladores del sistema redirigen el líquido hacia la placa base y el bloque de agua. Cuando el equipo se calienta, el ciclo vuelve a empezar.
¿Cómo saber si necesito la refrigeración líquida en mi centro de datos?
La respuesta depende de multitud de factores. Convendría considerarla en los siguientes casos:
- Si desea reducir la energía del centro de datos (reducción de la potencia de TI + infraestructura)
- Si necesita refrigerar equipos de alta densidad
- Si el centro de datos existente refrigerado por aire no será capaz de soportar las nuevas cargas
- Si dispone de capacidad adicional en la planta de agua refrigerada (CHW) y/o torre de refrigeración
- Si cuenta con espacio disponible para una nueva planta de CHW y/o equipo de rechazo de calor
- Si está dispuesto a comprar servidores a medida
Componentes de un sistema de refrigeración líquida
Los componentes del sistema de refrigeración por líquido normalmente incluyen:
- Bombas para la recirculación del refrigerante
- Radiadores para disipar el calor
- Ventiladores para hacer circular el aire alrededor del radiador
- Un depósito de refrigerante para el líquido adicional
- Mangueras de conexión
Tipos de liquid cooling
Refrigeración por inmersión
Con la refrigeración por inmersión, el rack se diseña específicamente para que los servidores se introduzcan verticalmente en él. El tanque de inmersión aloja los servidores en un baño dieléctrico y hace circular el fluido refrigerante para eliminar el calor.
Direct to Chip
Utiliza un fluido directamente en el chip (CPU, GPU, etc.). Una vez calentado, viaja por unos tubos que le llevan a una placa para enfriarse.
RDHx
Está pensado para los centros de datos que no pueden modificar su infraestructura, cuyos servidores generan mucho calor. Se combinan los ventiladores y el líquido refrigerante para enfriar todo el aire caliente. El RDHx se puede agregar en la parte posterior de ciertos servidores, aquellos que transmitan más calor. Con este método se enfría el aire caliente de la zona trasera de los servidores de forma inmediata gracias a la combinación de ventiladores y refrigerante, que es precisamente el encargado de absorber el calor.
El sistema de refrigeración es una de las partes más caras de cualquier centro de datos. Según los expertos, entre el 30% y el 55% del consumo energético de un centro de datos se destina a alimentar sus sistemas de refrigeración y ventilación
Instalación, mantenimiento y costes
El sistema de refrigeración es una de las partes más caras de cualquier centro de datos. Así, entre el 30% y el 55% del consumo energético de un centro de datos se destina a alimentar sus sistemas de refrigeración y ventilación, con una media que ronda el 40%. Según la consultora Astute Analytica, las soluciones de refrigeración líquida pueden oscilar entre 1.000 y 2.000 dólares por kW de capacidad de refrigeración, y los costes de instalación varían en función de la complejidad del sistema y la ubicación del centro de datos.
Merece la pena señalar que, aunque el coste de inversión inicial de un sistema de refrigeración en un centro de datos puede ser elevado, es importante tener en cuenta el ahorro de costes a largo plazo que se puede conseguir gracias al aumento de la eficiencia energética y la reducción de los costes de mantenimiento. Invertir en un sistema de refrigeración eficiente también puede ayudar a reducir el impacto medioambiental de los centros de datos y puede ser exigido por la normativa gubernamental en algunas regiones.
Beneficios de la refrigeración líquida en los centros de datos
Eficacia: A medida que avanza la tecnología, las velocidades y capacidades de las CPU aumentan significativamente. Las tecnologías de refrigeración líquida crean una conexión directa entre la CPU y el refrigerante, lo que les permite disminuir el calor de la forma más eficaz.
Funcionamiento silencioso: A pesar de la potencia de la refrigeración líquida, su funcionamiento es silencioso. Los ventiladores del radiador tienen un fuerte aislamiento, lo que les ayuda a emitir un ruido mínimo mientras giran. Esta estructura ayuda a mantener un entorno tranquilo. El silencio es importante para muchos operadores de centros de datos: los ruidos fuertes de funcionamiento pueden perjudicar la eficiencia y crear un entorno estresante.
Flexibilidad y aspecto agradable: La refrigeración líquida puede ofrecer una mayor flexibilidad en el diseño del centro de datos. Por ejemplo, en muchos casos pueden eliminarse los suelos elevados. A menudo, es el suministro eléctrico, y no las limitaciones del flujo de aire, lo que limita la ubicación de los equipos informáticos. La falta de aire frío en la parte superior del rack ya no limita la refrigeración, por lo que los centros de datos pueden aprovechar mejor el espacio de los racks. Como consecuencia, la refrigeración líquida también puede contribuir al aspecto visual de un centro de datos. Algunos cuentan con pantallas LED u otros componentes llamativos que realzan su centro en lugar de parecer voluminosos.
La ventaja más significativa de la refrigeración líquida es que hace más por menos. Y no sólo se traduce en menores costes energéticos, sino también en menos ruido y contaminación
Impacto medioambiental del liquid cooling
La refrigeración líquida permite a los centros de datos cumplir los objetivos de sostenibilidad y reducir la huella de carbono. Esto se consigue mejorando la eficiencia energética y el impacto general en la sostenibilidad de sus organizaciones. La ventaja más significativa de la refrigeración líquida es que hace más por menos. Y no sólo se traduce en menores costes energéticos, sino también en menos ruido y contaminación. La refrigeración líquida implica menos electricidad, lo que se traduce en un gran ahorro de energía. Las facturas de servicios públicos disminuyen drásticamente al refrigerar un centro de datos con líquido.
Otras áreas dentro de los edificios pueden necesitar ese calor para calentar un edificio entero u otras aplicaciones. Como resultado, la misma instalación puede reducir tanto la eficiencia de su centro de datos como sus costes de calefacción. Esto permite a una instalación acercarse a la plena sostenibilidad de sus operaciones. Cuando se utiliza de forma responsable, la refrigeración por agua también desempeña un papel esencial en la reducción de las emisiones que provocan el cambio climático. Los centros de datos refrigerados por agua emiten aproximadamente un 10% menos de emisiones de carbono que muchos centros de datos refrigerados por aire.
