Com fluxos constantes de dados provenientes da Internet das Coisas, vídeo, inteligência artificial e outros, não é surpresa que se espere que geremos 463 exabytes de dados por dia até 2025.

A forma como acessamos e interagimos com os dados está constantemente mudando e terá um impacto real no processamento e armazenamento desses dados. Em apenas alguns anos, prevê-se que o armazenamento global de dados ultrapassará 200 zettabytes, sendo metade disso armazenado na nuvem. Isso apresenta um desafio único para os data centers em escala hiper e sua infraestrutura de armazenamento.

De acordo com a Seagate, os data centers em nuvem escolhem discos rígidos de alta capacidade (HDDs) para armazenar 90% de seus exabytes. Os HDDs são tecnologia testada e comumente encontrada em um formato de 3,5 polegadas. Eles continuam a oferecer aos operadores do data center um armazenamento econômico em grande escala.

O HDD mais avançado atualmente possui capacidade de 20TB. Até o final da década, espera-se que essa capacidade alcance 120+ TB, tudo dentro do formato existente de 3,5 polegadas.

As implicações práticas disso mostram a necessidade de soluções de resfriamento térmico aprimoradas. Mais armazenamento de dados significa mais rotação dos discos, motores de maior velocidade e mais atuadores, o que se traduz em um maior consumo de energia. À medida que a potência dos discos aumenta, também aumenta a quantidade de calor por eles produzida.

Além disso, com a introdução de hélio nos discos rígidos na última década, o desempenho não apenas melhorou devido à redução do atrito nos discos, mas as unidades agora são seladas.

Também é importante considerar a conformidade com ESG (Ambiental, Social e Governança). Com os data centers consumindo cerca de 1% da demanda global de eletricidade, e a refrigeração sendo responsável por mais de 35% do consumo total de energia de um centro de dados, há pressão sobre os proprietários dos centros de dados para reduzir esse consumo.

Comparação de tecnologias de resfriamento

Tradicionalmente, os ambientes de data centers utilizam a tecnologia de resfriamento por ar. A forma principal de remover o calor com métodos de resfriamento por ar é puxar volumes crescentes de fluxo de ar através dos gabinetes dos equipamentos.

Tipicamente, existe um corredor quente atrás dos racks e uma configuração de corredor frio na frente dos racks, o que dissipa o calor trocando ar quente por ar mais frio. O resfriamento por ar é amplamente usado e bem compreendido. Está também bem estabelecido em quase todos os data centers ao redor do mundo.

No entanto, à medida que o volume de dados evolui, é cada vez mais provável que o resfriamento por ar não seja mais capaz de garantir um ambiente operacional adequado para equipamentos de TI de alta densidade de energia.

Tecnologias como o resfriamento líquido estão provando ser uma maneira muito mais eficiente de remover o calor dos equipamentos de TI. O resfriamento líquido de precisão, por exemplo, circula pequenos volumes de fluido dielétrico na superfície do servidor, removendo quase 100% do calor gerado pelos componentes eletrônicos.

Não há pontos de calor que reduzam o desempenho e não há necessidade de resfriamento de ar de frente para trás, ou restrições de imersão de baixo para cima, como ocorrem nas soluções com tanque.

Embora as aplicações iniciais do resfriamento líquido de precisão tenham sido em gabinetes selados para resfriamento dos componentes do servidor, dado o aumento nas demandas de energia dos discos rígidos (HDD), os dispositivos de armazenamento também são uma aplicação ideal.

Demandas de armazenamento de alta densidade

Com os HDDs de alta densidade, o resfriamento por ar tradicional puxa ar através do sistema de frente para trás. O que geralmente acontece nesse ambiente é que os discos na frente ficam muito mais frios do que os que estão na parte de trás.

Conforme o ar frio viaja pelo dispositivo JBOD, ele se aquece. Isso pode resultar em uma diferença de temperatura de 20°C ou mais entre os discos na frente e na parte de trás do equipamento, dependendo da capacidade do disco rígido.

Para qualquer operador de centro de dados, a consistência é fundamental. Quando os discos variam quase 20°C da frente para trás, há um desgaste inconsistente que pode levar a falhas imprevisíveis nos drives. O mesmo ocorre com a variação ao longo da altura do rack, já que os dispositivos inferiores tendem a consumir o fluxo de ar mais frio que vem das placas do piso.

Resfriamento líquido para armazenamento

Embora sempre haja variações e tolerâncias diferentes dentro de qualquer ambiente de centro de dados, o resfriamento líquido pode mitigar essas variações e melhorar a consistência.

Em 2022, o Meta publicou um estudo mostrando como um sistema de armazenamento de alta densidade resfriado a ar foi redesenhado para utilizar o resfriamento líquido de fase única. O estudo constatou que o resfriamento líquido de precisão era um meio mais eficiente de resfriar os racks de HDD com os seguintes resultados:

• A variação na temperatura de todos os HDDs foi de apenas 3°C, independentemente da localização dentro dos dispositivos JBOD.
• Os sistemas de HDD puderam operar de forma confiável em temperaturas de entrada de água no rack de até 40°C.
• O consumo de energia de resfriamento ao nível do sistema foi inferior a cinco por cento do consumo total de energia.
• Mitigação de problemas de vibração acústica.

Enquanto a consistência é um benefício chave, resfriar todos os discos a uma temperatura mais alta da água também é importante. Isso significa que os operadores de centros de dados não precisam fornecer água refrigerada ao equipamento.

A redução do consumo de recursos - energia elétrica, água, espaço, ruído audível, etc. - leva a uma maior redução no custo total de propriedade (TCO) e melhor conformidade com as diretrizes ambientais, sociais e de governança (ESG). Ambos são benefícios importantes para os operadores de centros de dados atualmente.

Conforme a demanda por armazenamento de dados continua a aumentar, também aumentará a necessidade de soluções eficientes de resfriamento para os provedores de centros de dados em escala hiper. O resfriamento líquido para armazenamento de alta densidade está se mostrando uma alternativa viável, pois resfria os discos a uma temperatura mais consistente e remove a vibração das ventoinhas, além de reduzir o consumo total de energia e melhorar a conformidade com ESG.

Em um momento em que os operadores de centros de dados estão sob crescente pressão para reduzir o consumo de energia e melhorar as métricas de sustentabilidade, essa tecnologia pode ser benéfica não apenas para o planeta, mas também para os negócios.

Possibilitando a inovação nos sistemas de armazenamento

Os HDDs atuais são projetados com o resfriamento por ar em mente, então é razoável esperar que o resfriamento por ar continue desempenhando um papel no curto prazo. Para que os fabricantes de dispositivos de armazenamento adotem novas alternativas, demonstrações de tecnologia de resfriamento líquido, como a conduzida pelo Meta, são essenciais para garantir a adoção.

Olhando para as tendências tecnológicas no futuro, o aumento constante da potência das ventoinhas em um rack não será uma solução sustentável a longo prazo.

As salas de dados não estão ficando maiores, e os custos para resfriar um rack estão aumentando. A necessidade de maior capacidade de armazenamento de dados com maior densidade está crescendo exponencialmente.

Os dispositivos de armazenamento projetados para resfriamento líquido serão menores, usarão menos materiais e componentes preciosos, terão um desempenho mais rápido e apresentarão menos falhas. A capacidade de fornecer uma solução de armazenamento HDD mais econômica no mesmo espaço físico não só traz benefícios ao TCO, mas também contribui para um maior valor ESG.