Arrefecimento líquido direto no centro de dados: tecnologia, funcionamento e rentabilidade

Compreender o arrefecimento líquido direto

No sistema de arrefecimento líquido direto (DLC), um líquido absorve diretamente o calor de componentes selecionados do servidor. Na versão mais comum, denominada «Direct-to-Chip», encontra-se um Placa de arrefecimento por exemplo, numa CPU ou num acelerador. O fluido de arrefecimento circula através de canais na placa, aquece-se e dissipa a energia através de condutas ligadas.

Num sistema monofásico, o fluido permanece no estado líquido durante o funcionamento previsto. Os processos bifásicos, por outro lado, utilizam uma mudança de fase do fluido de refrigeração; a sua conceção e requisitos de funcionamento não podem ser facilmente deduzidos a partir de um circuito monofásico. A refrigeração por imersão é também um conceito diferente: neste caso, os componentes encontram-se dentro de um fluido de refrigeração adequado, em vez de estarem apenas ligados a ele através de placas de refrigeração.

A refrigeração dissipa o calor, mas não impede a sua geração. Uma CPU continua a necessitar de energia elétrica para o seu trabalho de processamento, a qual é, na sua maioria, libertada sob a forma de calor. O DLC pode influenciar o consumo energético da tecnologia de refrigeração; no entanto, a instalação de placas de refrigeração não implica necessariamente um menor consumo de energia por parte dos equipamentos de TI, nem uma poupança automática para todo o centro de dados.

A tecnologia Direct-to-Chip torna-se particularmente interessante em condições de alta Densidade do rack: Quando vários processadores potentes funcionam num espaço reduzido, é necessário dissipar uma grande quantidade de calor de uma área pequena. O líquido absorve parte desse calor diretamente dos componentes, em vez de o libertar inicialmente na totalidade para o ar ambiente. A viabilidade desta adaptação depende também da refrigeração do edifício, do perfil de carga e do modo de funcionamento.

O artigo sobre o tema oferece uma visão geral de outras abordagens e das suas áreas de aplicação Arrefecimento por líquido de servidores no centro de dados. Além disso, para o planeamento de um sistema DLC específico, é fundamental a forma como o circuito de líquido é ligado ao sistema de dissipação de calor do edifício.

O percurso do calor

O percurso térmico começa na superfície de contacto entre o componente e a placa de arrefecimento. O fluido aquecido flui através de mangueiras e ligações até um distribuidor, que liga vários servidores ou percursos de arrefecimento ao circuito. A partir daí, chega normalmente a uma Unidade de Distribuição de Arrefecimento (CDU), que alimenta e regula o circuito do lado das TI.

Numa CDU líquido-líquido, um Permutador de calor a energia do circuito de TI para um circuito do edifício. Os dois fluidos não têm de se misturar. As bombas, os sensores e o sistema de regulação garantem o caudal previsto e o controlo da temperatura; dependendo da arquitetura, uma CDU pode estar instalada num rack ou abastecer vários racks.

A tarefa não termina no permutador de calor: o edifício tem de continuar a dissipar o calor absorvido. Para tal, dependendo da instalação e das condições de funcionamento, podem ser utilizados, por exemplo, refrigeradores, torres de refrigeração ou máquinas de refrigeração. A combinação mais adequada depende, entre outros fatores, das temperaturas necessárias, do clima exterior e das condições de funcionamento ao longo do ano.

Uma alternativa à dissipação exclusiva para o ambiente é a utilização do calor por um destinatário adequado. Para tal, a oferta e a procura têm de coincidir no tempo; o nível de temperatura e a distância também são fatores relevantes. Se a temperatura disponível não for suficiente, poderá ser necessária uma bomba de calor. A simples existência de uma conduta de líquido não implica, por si só, uma utilização efetiva do calor.

Muitos servidores com refrigeração líquida continuam Sistemas híbridos. As placas de refrigeração não abrangem necessariamente todos os componentes; os componentes restantes continuam a libertar calor para o ar. A NVIDIA descreve esses componentes residuais refrigerados a ar para configurações GB200. Por isso, a circulação do ar na sala e a refrigeração por ar disponível têm de ser adequadas à carga restante, mesmo quando uma grande parte do calor é dissipada por meio de líquido.

Classificar corretamente as temperaturas e as interfaces

Para a ligação de um servidor, a indicação „arrefecimento líquido“ não é suficiente. Os projetistas necessitam dos dados operacionais aprovados para a configuração específica e têm de os coordenar com a CDU, a distribuição e o sistema do edifício. Só se consegue uma ligação adequada quando todos os componentes envolvidos se adaptam às condições de carga e de funcionamento previstas.

O Temperatura de saída refere-se à temperatura do fluido no percurso até ao equipamento a arrefecer. Deve situar-se dentro dos limites de homologação do equipamento; ao mesmo tempo, influencia as condições em que o sistema do edifício pode dissipar calor. Uma temperatura mais elevada pode favorecer determinados conceitos de arrefecimento, mas não deve ultrapassar o limite admissível do servidor em questão.

O caudal necessário indica a quantidade de fluido de refrigeração que deve passar pelo circuito de refrigeração num determinado período de tempo. O Perda de pressão surge, entre outros locais, nas placas de arrefecimento, nas mangueiras e nas ligações. O dimensionamento das bombas e das condutas deve permitir o caudal necessário, tendo em conta estas resistências e, ao mesmo tempo, respeitar os limites de pressão admissíveis dos componentes.

A qualidade do líquido de arrefecimento e a compatibilidade dos materiais são igualmente importantes. Os requisitos do fabricante podem dizer respeito, por exemplo, à composição do fluido e ao tratamento de impurezas. As mangueiras, acoplamentos e juntas homologados têm de ser compatíveis com o fluido e com a respetiva ligação; uma peça mecanicamente adequada não é automaticamente homologada para o funcionamento previsto.

A ASHRAE distingue as classes W para o abastecimento de água no edifício. Essas classes ajudam a classificar o abastecimento, mas não substituem a homologação dos equipamentos nem definem automaticamente as condições no circuito de TI separado. Por conseguinte, os valores fornecidos por um fabricante ou por um dos lados do circuito não devem ser aplicados a outros equipamentos, ligações ou meios sem terem sido verificados.

Comparação entre quatro métodos de refrigeração

Na escolha do sistema de refrigeração, não basta apenas ter em conta se é utilizado um líquido. O que é decisivo é, onde o calor é absorvido e que infraestrutura é necessária para tal no servidor e no edifício. As quatro abordagens diferem também no facto de o ar continuar a circular através dos equipamentos de TI.

No caso de uma carga moderada e distribuída espacialmente, um sistema de refrigeração por ar já existente pode ser suficiente, desde que a circulação de ar e as reservas de temperatura sejam adequadas ao funcionamento efetivo. Por outro lado, um permutador de calor de porta traseira é instalado diretamente no rack, sem alterar fundamentalmente a dissipação de calor do servidor para placas de refrigeração. No entanto, é necessário planear o abastecimento de líquido e o acesso à parte traseira do rack.

Em caso de elevada densidade térmica, a tecnologia Direct-to-Chip pode facilitar a dissipação diretamente nos processadores e aceleradores. A imersão transfere a absorção de calor para um banho de líquido, mas altera mais significativamente a integração e a manutenção. A solução mais adequada para cada local depende, portanto, não só da densidade do rack, mas também da compatibilidade do hardware, do esforço de adaptação e da capacidade de dissipação de calor disponível.

Planear a integração de racks de alta densidade no parque de equipamentos

Um exemplo concreto de elevada densidade de rack é o GB200 NVL72 da NVIDIA: o fabricante indica, para este design de rack, uma capacidade de refrigeração necessária de 120 kW por rack. Este valor descreve os requisitos da configuração referida, não um limite geral de potência para Arrefecimento direto por líquido e não há garantias para outros sistemas.

Também neste sistema, a refrigeração não se limita ao líquido: a NVIDIA documenta componentes restantes refrigerados a ar. Para o planeamento da instalação, é, portanto, necessário ter em conta tanto o abastecimento de líquido como a carga de ar restante do sistema concretamente fornecido. São vinculativos os dados de ligação específicos do projeto, e não um valor genérico retirado do exemplo.

No parque de equipamentos, o planeamento começa com a distribuição de carga real e prevista: quais são os racks que continuam a ser arrefecidos a ar, quais recebem placas de arrefecimento e onde estão localizados? A partir daí, é possível Zonas de refrigeração e deduzir os respetivos requisitos de refrigeração por ar e por líquido. Uma única carga elevada num rack não deve ser confundida com uma carga uniforme em toda a sala.

Em seguida, devem ser verificados os percursos das condutas, o espaço disponível para os distribuidores e a CDU, bem como a acessibilidade para a manutenção. O sistema de refrigeração existente no edifício deve ser capaz de dissipar o calor adicional, mesmo nas condições de funcionamento previstas. O facto de ser possível instalar uma CDU na sala, por si só, não diz nada sobre a capacidade de refrigeração disponível.

Para terminar, não pode faltar um conceito de redundância: Os operadores devem determinar qual a carga que deve continuar a ser alimentada em caso de falha de um circuito de refrigeração e qual o impacto da manutenção na capacidade restante. Só com estes requisitos e os dados do fabricante é que é possível dimensionar de forma fiável a remodelação, a ampliação e o funcionamento.

Balanço térmico e possíveis utilizações

A potência térmica dissipada descreve a rapidez com que o calor é transportado. A energia térmica transportada durante um determinado período de tempo resulta, mantendo-se a potência constante, do produto da potência pelo tempo. Esta distinção é importante quando se dimensiona um sistema de refrigeração ou quando se analisa um possível fornecimento de calor ao longo de um determinado período de tempo.

Um exemplo ilustrativo de cálculo: se se partir do princípio de que são dissipados 40 kW de calor de forma constante durante uma hora, a multiplicação de 40 kW por uma hora resulta em 40 kWh de energia térmica transportada. Isto não é uma medição. Do resultado não decorre nem uma poupança de eletricidade, nem que a quantidade total de calor esteja disponível ou seja utilizável por um consumidor.

Para uma verdadeira Utilização de calor residual A temperatura deve corresponder às necessidades do utilizador. Se for demasiado baixa, uma bomba de calor pode aumentar a temperatura; o consumo de eletricidade desta deve então ser incluído no balanço global. Temperaturas mais elevadas do fluido podem facilitar a integração, mas não substituem a análise da instalação específica.

Para o planeamento, os operadores devem comparar a oferta de calor com as necessidades ao longo do tempo de um potencial consumidor. Nesse contexto, é também necessário verificar se uma solução de armazenamento é viável para o projeto em questão. Uma quantidade teórica de calor anual, por si só, não garante uma utilização ao longo de todo o ano.

Para tomar uma decisão de investimento, os operadores devem ainda analisar, em função de cada local, a ligação ao consumidor e os custos associados à tecnologia adicional. O calor transportado não pode ser considerado, de imediato, na totalidade como rendimento aproveitado. Uma avaliação fiável requer dados concretos sobre a utilização prevista.

Garantir o bom funcionamento e a manutenção

Um sistema de refrigeração líquida que possa ser submetido a manutenção requer mais do que servidores acessíveis. Para cada ligação, deve estar definido qual Acoplamentos rápidos O fabricante deve indicar onde é possível isolar o troço em questão e como desligar um equipamento do circuito de forma segura. Estes passos devem fazer parte de um procedimento de manutenção específico para cada local, que inclua também o reinício do funcionamento e a verificação das ligações.

Antes de qualquer substituição, é necessário esclarecer as responsabilidades e as repercussões nos restantes racks. Uma distribuição comum pode fazer com que um corte de energia afete mais do que um servidor. Por isso, devem estar disponíveis no local de instalação esquemas de cablagem, ligações identificadas e as especificações do fabricante do equipamento; as peças de substituição necessárias têm de ser compatíveis com o modelo instalado.

A qualidade do líquido de arrefecimento também é da responsabilidade da empresa. Os materiais, o líquido e o tratamento devem ser compatíveis, para que, por exemplo, a corrosão ou os depósitos não prejudiquem o funcionamento. Os testes, valores-limite e intervalos de substituição aplicáveis resultam dos requisitos dos componentes e do respetivo circuito, e não de uma recomendação genérica relativa à água.

Para Monitorização de fugas Isso inclui sensores devidamente posicionados, um sistema fiável de transmissão de alarmes e uma resposta documentada. A equipa deve saber quem recebe o alarme, avalia a área afetada e intervém de acordo com os procedimentos da unidade. Pode estar prevista uma desativação automática específica para cada projeto, mas esta não está presente em todos os sistemas nem constitui a única resposta possível.

Os procedimentos de manutenção e de resposta a avarias devem estar em sintonia: se um sensor for coberto durante trabalhos de manutenção ou se um aviso de alarme for temporariamente desativado, o seu restabelecimento também deve estar regulamentado. Os registos relativos a intervenções e anomalias ajudam a identificar problemas recorrentes e a preparar de forma específica as próximas janelas de manutenção.

Identificar sistematicamente as avarias

Se a temperatura de um componente aumentar, a placa de arrefecimento não é necessariamente a causa. Verifica primeiro o Carga de TI e compare a evolução da temperatura com os valores-limite autorizados para o hardware em questão. Um aumento da carga pode alterar a dissipação de calor; o que é determinante é saber se o sistema continua a funcionar dentro das suas especificações nas condições de funcionamento previstas.

A partir daí, é possível acompanhar passo a passo o percurso de refrigeração: a temperatura de saída no ponto de medição previsto está dentro do intervalo admissível? O caudal atinge o valor exigido para o equipamento? Ambos os parâmetros têm de corresponder à configuração efetivamente utilizada. Um valor aceitável no sistema de abastecimento do edifício, por si só, ainda não confirma que o servidor também esteja a ser abastecido corretamente.

Uma alteração Perda de pressão pode indicar uma alteração no percurso do fluxo, mas, sem uma análise mais aprofundada, não explica a sua causa. Compare os dados disponíveis relativos à pressão e ao caudal com os valores especificados e com o estado de funcionamento anterior. Em seguida, devem ser verificadas a CDU, as suas mensagens de aviso e a transferência de calor para o lado do edifício; as intervenções devem ser realizadas exclusivamente por pessoal qualificado, de acordo com os procedimentos do fabricante e do local de instalação.

Num sistema híbrido, o arrefecimento do ar residual também faz parte do diagnóstico. Se as vias de ventilação estiverem obstruídas ou se o fornecimento de ar previsto não funcionar como planeado, os componentes que não são arrefecidos a líquido podem ser afetados. Por conseguinte, um circuito de líquido que não apresente anomalias não exclui a existência de um problema térmico no mesmo rack.

Um alarme de fuga é tratado separadamente do diagnóstico de temperatura, de acordo com o plano local de emergência. Se um circuito de refrigeração falhar, o plano de contingência documentado determina qual a carga a ser redirecionada ou qual a instalação a ser desativada de forma controlada. O sistema de alarme e a escalação devem funcionar mesmo que a causa ainda não tenha sido determinada; trabalhos improvisados em condutas sob pressão não substituem o diagnóstico.

Avaliar a rentabilidade e o alojamento ecológico

Para uma comparação ambiental, a PUE a relação entre o consumo total anual de energia no centro de dados e o consumo anual de energia das TI. O WUE compara o consumo anual de água nas instalações com o consumo anual de energia das TI. Só é possível comparar estes dois valores de forma significativa se o período e os limites de medição forem divulgados.

Um valor baixo do PUE não significa automaticamente baixas emissões absolutas ou um baixo consumo de água. Para Alojamento ecológico Por isso, são também relevantes o consumo total de energia, o balanço de emissões ou o mix energético e o consumo absoluto de água. Um aumento da carga de TI pode elevar o consumo da instalação, mesmo que a relação entre a energia total e a energia consumida pela TI se torne mais favorável.

Mesmo um circuito informático fechado não torna necessariamente todo o sistema isento de água: numa outra fase da dissipação de calor, a água pode evaporar-se. No que diz respeito ao calor residual, por sua vez, não é apenas a oferta teórica que conta, mas sim a calor efetivamente utilizado. Para tal, a temperatura e as necessidades temporais do utilizador têm de corresponder; uma bomba de calor pode necessitar de energia adicional.

A rentabilidade depende da localização. Compare o perfil de carga previsto e a densidade de racks planeada com os investimentos necessários em TI compatível, distribuição, CDU e adaptação do edifício. A isto acrescentam-se a manutenção, a energia, a água (se for o caso), bem como os custos com redundância e prevenção de falhas. Compare estas rubricas ao longo do mesmo período de exploração com uma alternativa concebida de forma realista para a localização em questão.

Para os clientes de alojamento web, faz sentido questionar os fornecedores sobre o período de medição, os dados relativos à localização e a dimensão real da utilização do calor residual, em vez de deduzir o impacto ambiental apenas com base na tecnologia de refrigeração. O artigo aborda outros desenvolvimentos em matéria de infraestruturas e sustentabilidade no âmbito dos Tendências de alojamento web em 2026 em.