05/09/2023 - 7:34
A temperatura global está aumentando e, apesar dos esforços das empresas de tecnologia, o consumo de energia de componentes eletrônicos também. Além disso, a explosão das aplicações de IA, notadamente as de IA generativa, demanda capacidades de processamento cada vez maiores. Novas gerações de CPUs e GPUs consomem mais energia, e racks de servidores são projetados para abrigar mais componentes em menos espaço a fim de atender demandas maiores de processamento. Ou seja, mais chips, maior emissão de calor.
Esses são os grandes desafios dos gestores de datacenters quando o assunto é refrigeração de suas instalações. Por décadas, sistemas de ar refrigerado e ventilação natural têm sido a principal forma de contrabalançar a quantidade de calor gerada por processadores, HDs e outros componentes usados em grandes instalações. Porém, à medida que a demanda de energia de um rack padrão de servidores aumenta, a capacidade de refrigeração dessas soluções está chegando ao seu limite. E é aí que entra o liquid cooling.
“O liquid cooling pode ajudar a manter as temperaturas de operação ideais para servidores e sistemas de computação de alto desempenho. Ao manter os componentes refrigerados, essa tecnologia permite que as empresas operem em frequências mais altas e tenham um desempenho mais eficiente”, diz Victor Arnaud, diretor para o Brasil da Equinix – empresa que mantém instalações de mais de 240 data centers e pontos de conexão de rede em vários países do mundo.
Como o nome indica, as soluções de liquid cooling usam soluções líquidas para controlar a temperatura de funcionamento dos componentes de forma mais eficiente do que sistemas de ar condicionado. Este tipo de solução é cada vez mais usada à medida que a potência dos racks de servidores aumenta.
“Atualmente, um rack padrão de servidores trabalha com potências entre 7 kW e 15kW, podendo chegar até a faixa dos 20kW. E nesse patamar as soluções de refrigeração a ar funcionam bem. Mas, principalmente por conta das novas aplicações de Inteligência Artificial, um rack de servidores pode chegar a um patamar de 40 kW. E é nessas situações que começamos a pensar em resfriamento usando líquidos”, explica Fabio Gordon, gerente de Soluções de Datacenter da Dell.
Os sistemas de liquid cooling podem ser divididos em duas categorias: Direct Liquid Cooling (DLC), também conhecido como cold plate, ou placa fria – em que uma placa com o líquido de refrigeração é encaixada nas placas dos servidores – e imersão, sistema no qual a placa com os componentes eletrônicos é ‘afundada’ no líquido de transferência térmica. “A tecnologia DLC é mais fácil de ser implementada, pois os componentes necessários já estão disponíveis de forma pronta para uso. Já a imersão é mais complexa de implementar e normalmente é fornecida sob medida”, explica Gordon.
No caso do DLC, além das placas com líquido já encaixadas nos servidores, é necessário um módulo externo de resfriamento, instalado à parte. “Normalmente, um rack que seria usado para servidores passa a abrigar os módulos de resfriamento. Esses módulos recebem água da rede externa, esfriam essa água e a usam para resfriar o líquido que chega quente dos servidores. O líquido então volta frio para os racks”, detalha Gordon. O executivo detalha que, por questões de sustentabilidade, é necessário contar com sistemas de filtragem e outros mecanismos para devolver à rede uma água em bom estado.
Gordon conta ainda que uma das discussões que envolvem a implementação do liquid cooling está na segurança. “Uma questão com esse método é que há líquido circulando em data centers, mangueiras e outras peças. Por isso é necessário lidar com riscos de vazamentos. Assim, nesses projetos normalmente é discutido se há a necessidade de separar os servidores refrigerados a líquido do resto do ambiente, ou se ficam todos juntos. É algo que é discutido caso a caso”, observa.
Em fevereiro deste ano, a NVidia e a Vertiv – fornecedora de equipamentos industriais de controle térmico – realizaram um estudo comparativo entre soluções de liquid cooling e sistemas tradicionais de ar condicionado. O estudo foi realizado em um data center com 50 racks de servidores e com quatro diferentes combinações de sistemas de refrigeração. O resultado foi que a configuração com 75% dos servidores resfriados com liquid cooling + 25% de ar refrigerado obteve 18% de redução no consumo de energia em relação à configuração de 100% de ar refrigerado. Os autores do estudo apontam que os ganhos podem ser ainda maiores, dependendo da estrutura do data center e da configuração dos sistemas de liquid cooling.
Mercado em alta
De acordo com um estudo da consultoria Omdia, o mercado de sistemas de liquid cooling para data centers deve movimentar US$ 3 bilhões em 2026, um crescimento de 50% em relação a 2021. O relatório aponta, no entanto, que essa tecnologia não resolve todos os problemas. “Sistemas de liquid cooling podem ou não ser a melhor solução para um data center. Essa decisão envolve vários fatores, como local das instalações, clima, carga de processamento do data center e espaço físico para a instalação dos sistemas de refrigeração”, diz o relatório.
Outro estudo recente, do Dell´Oro Group, traz números um pouco diferentes, mas aponta na mesma direção. Segundo este levantamento, o mercado de sistemas de liquid cooling para data centers deve crescer 60% até 2027, quando deve chegar a movimentar US$ 2 bilhões. “O impacto da IA generativa no mercado de liquid cooling deve ser limitado a curto prazo. Ainda será possível manter sistemas atuais em funcionamento usando refrigeração baseada em ar. Porém, isso vem com desvantagens na eficiência do hardware”, aponta o relatório.
O estudo mostra ainda que muitos operadores de data centers vêm fazendo uma espécie de “retrofit” em suas instalações, usando um método de liquid cooling de implementação mais simples, conhecido como Rear Door Heat Exchanger (RDHx). Essa solução consiste basicamente em instalar equipamentos com líquido para refrigeração na parte de trás dos racks de servidores. “Essa solução permite que os operadores de DCs tenham algumas vantagens do liquid cooling de forma mais rápida e sem ter que reformar completamente seus ambientes. Entretanto, para obter maior eficiência em hardware dedicado a aplicações de IA, será necessário construir instalações já preparadas para soluções mais sofisticadas de liquid cooling“, diz o relatório, referindo-se às já mencionadas tecnologias DLC e de imersão.
No Brasil, o mercado de liquid cooling ainda é pequeno, mas tende a crescer. “Nós já oferecemos servidores com suporte para DLC, mas não temos nenhum desses produtos em funcionamento por enquanto. Mesmo os grandes supercomputadores em operação no Brasil ainda usam a refrigeração a ar. Mas estamos conversando com várias instituições privadas e públicas que têm projetos que usam liquid cooling para os próximos três anos”, conta Gordon, da Dell.