¿Es la refrigeración por inmersión la solución para los centros de datos sostenibles?

A medida que maduran las tecnologías de IA y aprendizaje automático, y nuestro apetito por un número cada vez mayor de datos y potencia de procesamiento continúa creciendo, se multiplica la demanda de supercomputación (HPC, por sus siglas en inglés), potencia de procesamiento y almacenamiento. 

Esto, a su vez, ejerce una presión cada vez mayor sobre la capacidad de los centros de datos. McKinsey¹  informa que, en términos de consumo de energía, la demanda de los centros de datos de Estados Unidos aumentará de 17 GW en 2022 a 35 GW en 2030.

El dilema es que, frente a esta creciente demanda de capacidad, los centros de datos también deben cumplir sus obligaciones de sostenibilidad y cero emisiones netas.

Aunque los especialistas informáticos siguen encontrando nuevas formas de aumentar la densidad de potencia, incorporando más procesamiento y almacenamiento en espacios cada vez más pequeños, esto puede no ser suficiente a medio plazo para abordarlo. En un artículo de la MIT Technology Review²  de 2020 se advierte de que ya no podemos confiar en la ley de Moore para seguir aumentando la potencia informática de cada oblea de silicio y que no existe ninguna tecnología de sustitución obvia a corto plazo que no sea el aumento de las densidades de los racks de servidores. 

En este contexto, reducir el impacto medioambiental de las infraestructuras de centros de datos existentes es un objetivo clave. La refrigeración es el mayor consumidor de energía y espacio en los centros de datos, después de los servidores y los equipos de TI, por lo que la innovación en la tecnología de refrigeración desempeña un papel de importancia crítica para solucionar el dilema de los centros de datos. 

En este blog se analiza la tecnología de refrigeración por inmersión, se ponderan sus ventajas y desafíos, y se considera si el impulso para la sostenibilidad de los centros de datos será suficiente para pasar de ser un nicho a su adopción generalizada.

La refrigeración por inmersión consiste en sumergir el equipo informático en un agente líquido que sea un buen conductor de calor, pero un mal conductor de electricidad, como medio para dispersar el calor.

Existen dos enfoques básicos de la refrigeración por inmersión: 

En la refrigeración por inmersión de una fase, el depósito se conecta a una unidad de distribución de refrigeración (CDU, por sus siglas en inglés) que enfría y hacer recircular el líquido, que siempre permanece en estado líquido. 

La refrigeración por inmersión en dos fases consiste en la evaporación y condensación del líquido refrigerante utilizando un intercambiador de calor como, por ejemplo, una bobina de condensador. 

Como señala en un blog de 2019, Data Center Dynamics³  señala que la refrigeración por inmersión no es nueva, ya que se ha utilizado para refrigerar transformadores de alta tensión desde hace más de cien años y sistemas informáticos desde la década de 1960. El interés por la refrigeración líquida, y por la refrigeración por inmersión en particular, ha resucitado recientemente debido a su potencial para reducir drásticamente la potencia y el tamaño de los sistemas de refrigeración de TI, además de ofrecer una mayor eficiencia de refrigeración en comparación con la refrigeración por aire, sobre todo en racks de servidores de mayor densidad.

La refrigeración por inmersión en su contexto moderno es una tecnología emergente. 

La organización Open Compute Project publicó los requisitos de la refrigeración por inmersión⁴  hace solo unos años, en 2022, por lo que todavía se está trabajando para generalizar su adopción.

Como especialista en tecnología de materiales, Henkel demuestra un interés especial en los materiales de interfaz térmica utilizados en la refrigeración por inmersión. 

Al igual que ocurre con la mayoría de medios de disipación de calor, la eficiencia de la refrigeración por inmersión depende de la eficacia con la que se transfiere el calor de la fuente al agente refrigerante, y los materiales de interfaz térmica desempeñan una función clave en este aspecto. 

La refrigeración por inmersión presenta sus propios retos como, por ejemplo, la probabilidad de que las soluciones tradicionales de grasas de interfaz térmica se disuelvan en el líquido refrigerante. 

Henkel se ha implicado y trabaja para determinar las implicaciones de la refrigeración por inmersión para los materiales de interfaz térmica.

La refrigeración por inmersión ofrece unas ventajas frente a otros métodos de refrigeración que la  hacen atractiva para los proveedores de centros de datos que buscan reducir costes,  aumentar la capacidad y minimizar los impactos ambientales

Por su naturaleza, esta tecnología es más eficiente energéticamente que la refrigeración por aire y además ofrece la ventaja adicional de proporcionar refrigeración directa a todo el servidor sumergido y a otros componentes de TI. 

Requiere menos piezas móviles y componentes eléctricos que otros métodos.

Todos estos atributos en conjunto ofrecen una serie de ventajas en términos de costes y sostenibilidad:

• Consumo de energía mucho menor con el mismo nivel de refrigeración 
• Mayor fiabilidad de los componentes gracias a una refrigeración constante y uniforme de todo el componente
• Menor coste total de propiedad y funcionamiento
• Menor coste de mantenimiento 
• Menos ruidos

En un artículo de Science Direct⁵  de 2022 se abordan algunas de estas ventajas.  Por el momento, la refrigeración por inmersión sigue siendo una tecnología de nicho, ya que también existen importantes obstáculos para su adopción como, por ejemplo: 

• Altos costes de capital para la infraestructura necesaria 
• Retos de readaptación de antiguos centros de datos
• Posible necesidad de rediseño de la distribución del centro de datos 
• Escasez de fluido de refrigeración, &las habilidades necesarias para instalar y mantener los equipos
• El fluido que se necesita actualmente para la refrigeración en dos fases es nocivo y dañino para el medioambiente

Aunque los retos enumerados anteriormente pueden influir en la adopción generalizada de la refrigeración por inmersión, actualmente no existe ninguna alternativa evidente que facilite una reducción significativa del consumo de la energía que necesitan los centros de datos. 

La refrigeración por inmersión es ya una tecnología clave que permite el minado de criptomonedas y la implementación sostenible de nuevos proyectos. Si miramos más allá del consumo general de energía de los centros de datos, existen factores específicos que impulsan el cambio acelerado a los sistemas de refrigeración por inmersión en líquido.

Mayores densidades de potencia en los racks: las cargas de trabajo de la IA generativa, el aprendizaje automático y la supercomputación, aumentan las necesidades de rendimiento del cálculo de datos. & Esto, a su vez, requiere mayores densidades de potencia en los racks. A medida que aumenta la densidad de potencia en los racks, también se hace más difícil enfriarlos eficazmente utilizando métodos de refrigeración por aire. Los métodos basados en líquidos, y principalmente la refrigeración por inmersión, pueden convertirse en la única solución viable.

Edge computing: esta tecnología ofrece más potencia de procesamiento y velocidad en un número cada vez mayor de terminales distribuidor geográficamente, al estar esta capacidad más cerca del punto de consumo. Se prevé que este mercado duplique su tamaño entre 2023 y 2028⁶.

La refrigeración por inmersión podría reducir en gran medida el espacio necesario para albergar un centro de datos, así como los ruidos que genera y su impacto en el medioambiente. Todos estos son criterios clave para que los pequeños centros de datos locales puedan disfrutar de este tipo de tecnología.

Centros de datos sostenibles y más ecológicos: las tecnologías de refrigeración por inmersión tienen potencial para desempeñar un papel clave en la industria de los centros de datos para cumplir el objetivo de cero emisiones netas para 2030, mejorando al mismo tiempo la eficacia de su consumo de agua además de reducir el consumo de energía.

Estoy interesado en conocer otras opiniones sobre la refrigeración por inmersión. Si lo desea, puede ponerse en contacto conmigo a través de LinkedIn, donde estaré encantado de continuar la conversación.