Todo lo que necesitas saber sobre la refrigeración de los centros de datos

En la refrigeración de los centros de datos se usa mucha electricidad. Y la verdad es que esto no debería sorprendernos teniendo en cuenta la cantidad de potencia informática que los ingenieros de sistemas logran encajar en un solo centro de datos.

Además, de toda la infraestructura de refrigeración necesaria para mantener el entorno operativo ideal para todo ese equipo. En conjunto, los centros de datos consumen aproximadamente el tres por ciento de la electricidad del mundo . Con más instalaciones de servidores a escala mundial y con un gasto intensivo de energía en camino en los próximos años, es probable que el uso de energía continúe aumentando a pesar de las mejoras en eficiencia energética.

Para los clientes es importante comprender las características de energía y refrigeración de la infraestructura de su centro de datos, ya que les ayuda a evaluar mejor sus costes y sus necesidades informáticas futuras. El diseño de energía del centro de datos, por ejemplo, puede tener un gran impacto económico y por consiguiente entra en el cómo de una empresa y si decide aumentar su capacidad o no. Afortunadamente, las capacidades de energía y refrigeración de un centro de datos tienden a ser relativamente fáciles de evaluar.

Demandas de energía de los centros de datos

Evaluar los requisitos de potencia es una de las primeras tareas que realizamos en José Bernad®. Las demandas de energía de los equipos generalmente representan una parte considerable de los costes del proyecto. Independientemente del tipo de servidores que se usen , también necesitarán unidades de distribución de energía (PDU) capaces de controlar la cantidad de amperaje que extraen mientras están en uso.

El sistema eléctrico de un centro de datos debe incorporar cierto nivel de redundancia que incluya sistemas de batería de suministro de energía ininterrumpida (SAI) y un generador de respaldo que pueda proporcionar suficientes megavatios de energía para mantener la instalación en funcionamiento si se interrumpe la alimentación principal durante un período de tiempo prolongado. Si alguna vez se corta la energía, los sistemas SAI mantendrán todo el equipo informático en funcionamiento el tiempo suficiente para que el generador se conecte. En muchos casos, la infraestructura de energía del centro de datos incorpora más de una instalación de alimentación eléctrica que se ejecuta en la instalación, lo que proporciona redundancia adicional .

«Las instalaciones  también tienen especificaciones de energía claramente definidas que indican cuánta energía pueden suministrar a cada sala de servidores.»

Para instalaciones complejas por su alta densidad de servidores, en Bernad Refrigeración® informamos a los clientes sobre lo importante que es encontrar una infraestructura de centro de datos capaz de proporcionar entre 10 y 20 kW de potencia por sala. Si bien, una empresa con necesidades de energía mucho más bajas no es necesario que se preocupe por estos límites, por lo menos inicialmente, siempre que tengan en cuenta que sus requisitos de energía podrían aumentar con el tiempo a medida que crecen.

Tecnología en la refrigeración de los centros de datos

Si bien los requisitos de energía de los equipos instalados son un factor importante en los costes del proyecto, las soluciones de refrigeración de un centro de datos también son importantes. Los altos costes de la infraestructura de refrigeración son a menudo una de las principales razones por las cuales las empresas abandonan las soluciones de datos locales a favor de los servicios de alojamiento que otras empresas tecnologías ofrecen mediante pago por uso.

Pero, los centros de datos privados son a menudo bastante ineficientes cuando se trata de sus sistemas de refrigeración. Por lo general, también carecen de las capacidades de monitoreo en las instalaciones, lo que les hace más difícil optimizar completamente su infraestructura para reducir las demandas de refrigeración.

Dado que las densidades de energía aumentan rápidamente, muchas empresas están invirtiendo grandes sumas de dinero en nuevas tecnologías de refrigeración de centros de datos para garantizar que puedan aprovechar la potencia informática de la próxima generación de procesadores. Las empresas tecnológicas más grandes como Google o incluso Facebook, están aprovechando el poder de la inteligencia artificial para mejorar la eficiencia de refrigeración. 

Hoy los sistemas de refrigeración de servidores líquidos, se están convirtiendo rápidamente en un lugar común a medida que las empresas experimentan con formas innovadoras para enfriar una nueva generación de procesadores de alto rendimiento .

Una de las innovaciones más importantes en la gestión de la infraestructura del centro de datos en los últimos años ha sido la aplicación del análisis predictivo. Los centros de datos actuales generan grandes cantidades de información sobre sus demandas de energía y refrigeración. Las instalaciones más eficientes han aprovechado esos datos para modelar tendencias y patrones de uso, permitiéndoles administrar mejor las necesidades de energía y refrigeración de su centro de datos. Al apagar los servidores durante los períodos de poco tráfico y anticipar cuándo las necesidades de energía y refrigeración serán más altas, los centros de datos han podido mejorar significativamente sus puntajes de eficiencia.

Algunas tecnologías de refrigeración de centro de datos

Dada la importancia de la infraestructura de refrigeración de los centros de datos, os recomendamos leer esta sección para examinar algunas de las más nuevas tecnologías de refrigeración de centros de datos y otras de uso común.

Refrigeración Vectorizada Calibrada (CVC) 

Es una forma de tecnología de refrigeración del centro de datos diseñada específicamente para servidores de alta densidad. Optimiza la ruta del flujo de aire a través del equipo para permitir que el sistema de refrigeración gestione el calor de manera más efectiva, lo que permite aumentar la proporción de placas de circuito por chasis del servidor y utilizar menos ventiladores.

Sistema de agua fría 

Un sistema de refrigeración del centro de datos que se usa comúnmente en centros de datos de tamaño medio a grande que usa agua fría para enfriar el aire que ingresan los manipuladores de aire (CRAH). El agua es suministrada por una planta enfriadora ubicada en algún lugar de la instalación.

Diseño de pasillo frío / pasillo caliente 

Una forma común de implementación de bastidor del servidor del centro de datos que utiliza filas alternas de «pasillos fríos» y «pasillos calientes». Los pasillos fríos cuentan con entradas de aire frío en la parte delantera de los bastidores, mientras que los pasillos calientes consisten en las salidas de aire caliente detrás de los bastidores. Los pasillos calientes expulsan aire caliente hacia las entradas de aire acondicionado para enfriarse y luego se ventilan hacia los pasillos fríos. Los estantes vacíos se llenan con paneles ciegos para evitar el sobrecalentamiento o el desperdicio de aire frío.

Aire acondicionado para sala de computadoras (CRAC)

Una de las características más comunes de cualquier centro de datos, son las unidades CRAC que son muy similares a los aires acondicionados convencionales alimentados por un compresor que aspira aire a través de una unidad de refrigeración llena de refrigerante. Son bastante ineficientes en términos de uso de energía, pero el equipo en sí es relativamente económico.

Controlador de aire de la sala de computadoras (CRAH) 

Una unidad CRAH funciona como parte de un sistema más amplio que involucra una planta de agua enfriada (o enfriador) en algún lugar de la instalación. El agua enfriada fluye a través de un serpentín de refrigeración dentro de la unidad, que luego usa ventiladores moduladores para extraer aire del exterior de la instalación. Debido a que funcionan enfriando el aire exterior, las unidades CRAH son mucho más eficientes cuando se usan en lugares con temperaturas anuales más frías.

Carga crítica de refrigeración

Esta medición representa la capacidad de refrigeración total utilizable (generalmente expresada en vatios de potencia) en el piso del centro de datos para los servidores de refrigeración.

refrigeración directo al chip

Un método de refrigeración líquido del centro de datos que utiliza tuberías para suministrar refrigerante directamente a una placa fría que se incorpora a los procesadores de la placa base para dispersar el calor. El calor extraído se alimenta a un circuito de agua enfriada y se lleva a la planta de refrigeración de una instalación. Dado que este sistema enfría los procesadores directamente, es una de las formas más eficaces de refrigeración del servidor.

Refrigeración evaporativa

Maneja la temperatura exponiendo el aire caliente al agua, lo que hace que el agua se evapore y extraiga el calor del aire. El agua puede introducirse en forma de un sistema de nebulización o de un material húmedo, como un filtro o una estera. Si bien este sistema es muy eficiente desde el punto de vista energético, ya que no utiliza unidades CRAC o CRAH, requiere mucha agua. Las torres de refrigeración del centro de datos a menudo se utilizan para facilitar las evaporaciones y transferir el exceso de calor a la atmósfera exterior.

Refrigeración por atmósfera exterior

Cualquier sistema de refrigeración del centro de datos que use la atmósfera exterior para introducir aire más frío en los servidores en lugar de enfriar continuamente el mismo aire. Si bien esto solo se puede implementar en ciertos climas, es una forma de refrigeración del servidor que ahorra mucha energía .

Sistema de inmersión

Una nueva e innovadora solución de refrigeración líquida de centro de datos que sumerge el hardware en un baño de fluido dieléctrico no conductor ni inflamable.

Refrigeración liquida

Cualquier tecnología de refrigeración que use líquido para evacuar el calor del aire. Cada vez más, el refrigeración líquido del centro de datos se refiere a soluciones de refrigeración específicamente directo que exponen los componentes del servidor (como los procesadores) al líquido para enfriarlos de manera más eficiente.

¿Cuánto crecerá mercado de la refrigeración de los centros de datos?

Los análisis de mercado más recientes indican un interés activo y continuo en el mercado de refrigeración de los centros de datos. Un estudio de ResearchandMarkets.com sugiere que se alcanzarán más de 7.000 millones de € hasta el 2023. Esta estimación representa una tasa de crecimiento anual combinada del seis por ciento anual.

Además, otros estudios de mercado global van más allá e indican un crecimiento sustancial relacionado con el aspecto tecnológico, pero analiza el probable aumento de valor hasta 2024, no 2023 como lo hizo la investigación anterior. Revela una tasa de crecimiento anual compuesto  (TCAC) del 12 por ciento y un valor total de 18.000.000 millones de €.

Una de las razones citadas para el aumento en el mercado general es la tendencia a construir los centros de datos en países o regiones en desarrollo como Asia, Centroamérica o África. Los analistas creen que a medida que los centros de datos comiencen a operar en esos lugares, habrá un énfasis continuo en administrar las instalaciones de la manera más eficiente posible. Esa realidad naturalmente estimula la probabilidad de que los propietarios y gerentes de centros de datos busquen opciones innovadoras, aumentando así el valor de las nuevas tecnologías innovadoras de refrigeración de centros de datos, como el refrigeración líquido.

Centros de datos y tecnología de refrigeración líquida

Aunque la tecnología de refrigeración de aire ha experimentado muchas mejoras a lo largo de los años, todavía está limitada por una serie de problemas fundamentales. Además de los altos costes de energía, los sistemas de aire acondicionado ocupan mucho espacio valioso, introducen humedad en ambientes sellados y son bastante notorios por fallas mecánicas. Hasta hace poco, sin embargo, los centros de datos no tenían otras opciones para satisfacer sus necesidades de refrigeración. Con los nuevos desarrollos en refrigeración líquida, muchos centros de datos están comenzando a experimentar con nuevos métodos para resolver sus problemas continuos de calor.

¿Qué es la refrigeración líquida?

Si bien las primeros pasos con los sistemas de refrigeración líquida fueron complicados, desordenados y muy caros, la última generación de la tecnología proporciona una solución de refrigeración más eficiente y efectiva. A diferencia del refrigeración por aire, que requiere una gran cantidad de energía e introduce contaminantes y condensación en el centro de datos, el refrigeración por líquido es más limpio y más específico y escalable. Los dos diseños de refrigeración más comunes son el refrigeración por inmersión total y el refrigeración directo al chip.

Los sistemas de inmersión implican sumergir el hardware en un baño de fluido dieléctrico no conductor, no inflamable. Tanto el fluido como el hardware están contenidos dentro de una caja a prueba de fugas. El fluido dieléctrico absorbe el calor de manera mucho más eficiente que el aire, y cuando el agua calentada se convierte en vapor, se condensa y vuelve a caer en el fluido para ayudar al refrigeración. El refrigeración directo al chip utiliza tuberías que suministran líquido refrigerante directamente a una placa fría que se encuentra encima de los procesadores de la placa base para extraer el calor. El calor extraído luego se alimenta a un circuito de agua fría para ser transportado de regreso a la planta de refrigeración de la instalación y expulsado a la atmósfera exterior. Ambos métodos ofrecen soluciones de refrigeración mucho más eficientes para implementaciones de centros de datos que consumen mucha energía.

Demandas de energía de IA

La eficiencia será una preocupación clave para los centros de datos en el futuro. Una nueva generación de procesadores capaces de ejecutar potentes programas de inteligencia artificial y análisis de aprendizaje automático traen consigo enormes demandas de energía y generan enormes cantidades de calor. Desde las unidades de procesamiento de tensor (TPU) personalizadas de Google hasta las CPU de alto rendimiento aceleradas por los aceleradores de la unidad de procesamiento de gráficos (GPU), el músculo de procesamiento que impulsa la inteligencia artificial moderna ya está agotando la potencia y la capacidad de refrigeración de la infraestructura del centro de datos. Con más y más organizaciones implementando el aprendizaje automático e incluso ofreciendo soluciones de inteligencia artificial como servicio, estas demandas seguramente aumentarán.

Google descubrió esto de la manera más difícil cuando la compañía presentó sus procesadores TPU 3.0 . Si bien la tecnología de refrigeración por aire fue suficiente para enfriar las dos primeras generaciones, la última iteración generó demasiado calor para enfriarse de manera eficiente con cualquier cosa que no sea un refrigeración líquido directo al chip. Afortunadamente, el gigante tecnológico había estado investigando soluciones viables de refrigeración líquida durante varios años y pudo integrar el nuevo sistema con relativa rapidez.

Demandas de servidor de alta densidad

Incluso para las infraestructuras de centros de datos que no facilitan el aprendizaje automático controlado por IA, las densidades de rack de servidores y las densidades de almacenamiento están aumentando rápidamente. A medida que las cargas de trabajo continúen creciendo y los proveedores busquen reemplazar sus sistemas de refrigeración de centros de datos más antiguos y menos eficientes, tendrán más incentivos para considerar soluciones de refrigeración líquido porque no significará mantener dos sistemas separados. Los centros de datos actualmente participan en una carrera armamentista para aumentar la densidad de estanterías y proporcionar servicios más robustos e integrales a sus clientes. Desde instalaciones modulares más pequeñas hasta la hiperescala masiva. Los gigantes tecnológicos, la eficiencia y el rendimiento van de la mano, ya que cada generación de servidores les permite hacer más con menos. Si las demandas de energía de estos despliegues continúan creciendo en los próximos años, la tecnología ineficiente de refrigeración de aire ya no será una solución viable.

Durante muchos años, la refrigeración líquida no se pudo utilizar para unidades de almacenamiento porque las unidades de disco duro (HDD) más antiguas utilizaban partes internas móviles que no podían exponerse a líquidos y no podían sellarse. Con la rápida proliferación de unidades de estado sólido (SSD), el desarrollo de discos duros sellados llenos de helio y la nueva tecnología de almacenamiento innovadora como los cristales de memoria 5d , las soluciones de refrigeración basadas en inmersión se han vuelto mucho más prácticas y confiables.

Implementaciones de Edge Computing

Los sistemas de refrigeración líquida pueden ofrecer un rendimiento de refrigeración comparable a los sistemas basados en aire con una huella mucho más pequeña. Potencialmente, esto podría convertirlos en una solución ideal para centros de datos periféricos , que generalmente son más pequeños y probablemente albergarán más hardware de alta densidad en el futuro. Diseñar estas instalaciones desde cero con soluciones de refrigeración líquida les permitirá acumular más potencia informática en un espacio más pequeño, lo que les brindará la versatilidad que las empresas esperan de los centros de datos periféricos.

Si bien la refrigeración líquida probablemente no reemplazará los sistemas de aire acondicionado en todos los centros de datos en el corto plazo, se está convirtiendo en una solución cada vez más atractiva para muchas instalaciones. Para los centros de datos con implementaciones de densidad extremadamente alta o que brinden servicios de aprendizaje automático potentes , la refrigeración líquida podría permitirles continuar expandiendo sus servicios gracias a su capacidad de ofrecer una refrigeración más efectiva y eficiente.

6 grandes errores que se cometen en la refrigeración de los centros de datos

Dado que la eficiencia es tan crítica para controlar los costes de refrigeración del centro de datos y brindar un servicio de tiempo de actividad constante, aquí hay seis grandes errores que los gerentes de los centros de datos deben evitar.

1. Mal diseño del proyecto

Un buen diseño debe incluir el diseño de refrigeración del centro de datos de pasillo caliente y pasillo frío con los controladores de aire de la sala de computadoras al final de cada fila. Usar una configuración de isla sin una orientación bien diseñada es muy ineficiente.

2. Armarios vacíos

Los armarios vacíos pueden distorsionar el flujo de aire permitiendo que el aire de escape caliente vuelva a su pasillo frío. Si tiene gabinetes vacíos, asegúrese de contener el aire frío.

3. Espacios vacíos entre equipos

¿Cuántas veces has visto armarios con espacios vacíos y descubiertos entre el hardware? Estos espacios vacíos pueden arruinar su gestión del flujo de aire. Si los espacios en el armario no están sellados, el aire caliente puede filtrarse hacia su pasillo frío.

4. Fugas en la instalación elevado

Las fugas en la instalación elevado ocurren cuando el aire frío se filtra debajo de su piso elevado y hacía columnas de soporte o espacios adyacentes. Estas fugas pueden causar una pérdida de presión, lo que puede permitir que el polvo, la humedad y el aire caliente ingresen a su ambiente de pasillo frío. Para resolver las fugas fantasmas, alguien tendrá que hacer una inspección completa de las columnas de soporte y el perímetro y sellar las fugas que encuentren.

5. Fugas alrededor de las aberturas de cable

Hay muchas aberturas en pisos y gabinetes para la gestión de cables. Mientras están debajo del piso elevado inspeccionando fugas, también deben buscar aberturas de cable sin sellar, agujeros debajo de paneles de energía remotos y unidades de distribución de energía. Si se dejan abiertos, estos agujeros pueden dejar escapar el aire frío.

6. Múltiples controladores de aire que luchan para controlar la humedad

¿Qué sucede cuando un controlador de aire trata de deshumidificar el aire mientras otra unidad trata de humedecer el mismo aire? El resultado puede ser una gran cantidad de energía desperdiciada mientras las dos unidades luchan por el control. Si planifica minuciosamente sus puntos de control de humedad, puede reducir el riesgo de que esto ocurra.

4 claves para un sistema óptimo de refrigeración de los centros de datos

Para la mayoría de las empresas, el primer paso para optimizar su sistema de refrigeración del centro de datos es comprender cómo funciona el refrigeración del centro de datos o, lo que es más importante, cómo debe funcionar el refrigeración del centro de datos para sus requisitos técnicos y comerciales específicos.

Aquí hay cuatro mejores prácticas para garantizar una refrigeración óptima del centro de datos:

1. Utilización del diseño en pasillo caliente / pasillo frío

Este diseño de refrigeración del centro de datos alinea los racks del servidor en filas alternas para crear «pasillos calientes» (que consisten en el escape de aire caliente en la parte posterior de los racks) y «pasillos fríos» (que consisten en entradas de aire frío en el frente de los racks). La idea es que el pasillo caliente expulse el aire caliente hacia las entradas del aire acondicionado donde se enfría y se empuja a través de la ventilación del aire acondicionado para recircularlo hacia el pasillo frío.

2. Implementar medidas de contención

Dado que el aire tiene una tendencia obstinada a moverse donde quiera, los centros de datos modernos implementan medidas de contención adicionales mediante la instalación de paredes y puertas para dirigir el flujo de aire, manteniendo el aire frío en los pasillos fríos y el aire caliente en los pasillos calientes. La contención eficiente permite a los centros de datos ejecutar densidades de rack más altas al tiempo que reduce el consumo de energía.

3. Inspección y sellado de fugas en perímetros, columnas de soporte y aberturas para cables

El daño por agua presenta un gran problema para los centros de datos y es la segunda causa principal de pérdida de datos y tiempo de inactividad detrás de incendios eléctricos. Dado que el daño causado por el agua a menudo no está cubierto por las pólizas de seguros comerciales (e incluso cuando lo está, no hay forma de reemplazar los datos perdidos), los centros de datos no pueden permitirse ignorar la amenaza. Afortunadamente, la mayoría de las fugas se pueden detectar y prevenir fácilmente con un poco de previsión y precaución. Las herramientas como cables de detección de fluidos y químicos, controladores de zona y sensores de humedad pueden detectar fugas antes de que se conviertan en un problema grave.

4. Sincronizar puntos de control de humedad

Muchos centros de datos utilizan sistemas economizadores del lado del aire o «refrigeración libre del lado del aire». Estos sistemas introducen aire exterior en el centro de datos para mejorar la eficiencia energética; desafortunadamente, también pueden permitir la entrada de humedad. Demasiada humedad en el aire puede conducir a la condensación, que eventualmente corroerá y cortocircuitará los sistemas eléctricos. Ajustar los controles climáticos para reducir la humedad puede parecer una solución, pero eso también puede generar problemas. Si el aire se vuelve demasiado seco, la electricidad estática puede acumularse, lo que también puede causar daños en el equipo. Por lo tanto, es imperativo que los controles de humedad de un centro de datos tengan en cuenta la humedad que entra con el aire exterior para mantener un entorno ideal para las salas de servidores.

Aprovechar al máximo la refrigeración del centro de datos

A medida que las demandas de energía continúen aumentando , se necesitarán nuevas tecnologías de refrigeración del centro de datos de refrigeración para mantener las instalaciones operando a su máxima capacidad. Evaluar las capacidades de energía y refrigeración de un centro de datos es fundamental para los clientes de colocación. 

Al identificar las instalaciones con una sólida infraestructura de centro de datos que puede impulsar la eficiencia y mejorar el rendimiento, los clientes de colocación pueden tomar mejores decisiones a largo plazo sobre su propia infraestructura. Dadas las dificultades asociadas con la migración de activos y datos , encontrar un socio de centro de datos con capacidad de potencia y refrigeración para satisfacer las necesidades presentes y futuras puede proporcionar una ventaja estratégica para una organización en crecimiento.

Artículo original: Vxchnge.