A IA é uma das cargas de trabalho de computação mais intensivas da atualidade. Não é surpresa que o consumo de energia e o custo associado aos sistemas de IA aumentem. No início deste ano, a Agência Internacional de Energia (AIE) relatou que os Data Centers, globalmente, utilizaram 2% de toda a eletricidade em 2022, e prevê que esse número possa mais que dobrar até 2026.
Embora a eficiência tenha melhorado nas placas de aceleração de última geração, o consumo de energia só se intensificará com a adoção da IA. Os Data Centers precisarão executar cargas de trabalho de IA com mais eficiência e as instalações atuais não estão equipadas para suportar as demandas de resfriamento do crescente poder do processamento. É aí que entra a refrigeração líquida.
Em comparação com o resfriamento a ar tradicional que utiliza ventiladores, com a refrigeração líquida – e, especificamente, com a refrigeração líquida direta – o líquido refrigerante é bombeado diretamente em um servidor para absorver o calor emitido pelos processadores e transferi-lo para um sistema de troca de calor fora do Data Center, incluindo sistemas de grande escala que executam cargas de trabalho de computação de alto desempenho (HPC).
A futura infraestrutura de IA que utilizará os mais recentes aceleradores exigirá a mesma inovação de refrigeração líquida para lidar com questões de eficiência energética, sustentabilidade e até mesmo resiliência do sistema, que é fundamental para manter as cargas de trabalho de IA em funcionamento. Portanto, a refrigeração líquida é a solução ideal para Data Centers de IA.
Alguns chips simplesmente não aguentam o calor e os novos chips são projetados para oferecer mais desempenho em um espaço físico pequeno, mas isso também significa que será difícil resfriar todos esses componentes críticos internamente.
Se não conseguirmos resfriar os chips com rapidez suficiente, os Data Centers poderão enfrentar problemas de superaquecimento. A refrigeração líquida pode resfriar esses chips com mais rapidez e eficiência, pois a água contém três vezes mais capacidade térmica do que o ar, permitindo que absorva mais calor emitido por aceleradores e outros componentes, como CPUs, memória e switches de rede.
A refrigeração líquida tem vantagens significativas de sustentabilidade e custo para placas de aceleração de última geração. Vejamos um Data Center de HPC com 10 mil servidores como exemplo. Se todos os 10 mil servidores forem refrigerados a ar, o data center emitirá mais de 8.700 toneladas de CO2, enquanto servidores refrigerados a líquido emitem cerca de 1.200 toneladas de CO2 por ano, de acordo com dados internos da HPE. Isso representa uma redução de energia de 87% e evita que quase 8.165 toneladas métricas de CO2 sejam liberadas anualmente na atmosfera.
Com um Data Center de 10 mil servidores refrigerados a líquido, o Data Center pagará apenas US$ 45,99 por servidor anualmente, em comparação com o custo anual de US$ 254,70 por servidor refrigerado a ar. Isso economiza quase US$ 2,1 milhões anualmente em custos operacionais.
Para reaproveitar a energia de sistemas de IA, depois de capturar o calor, os sistemas de refrigeração líquida o transferem para um sistema de troca fora do Data Center, onde a água aquecida pode ser reutilizada como fonte de energia para alimentar outros edifícios ou instalações.
O Laboratório Nacional de Energias Renováveis (NREL) do Departamento de Energia dos Estados Unidos vem fazendo isso com sucesso há anos. O laboratório, que é um dos principais centros em energia renovável do mundo, reutilizou 90% da água aquecida capturada de seu sistema Peregrine, um supercomputador HPE Cray refrigerado a líquido, como fonte de calor primária para seus escritórios e laboratórios do Energy Systems Integration Facility (ESIF).
A QScale, em Quebec, no Canadá, também planeja fazer isso, mas para ajudar no cultivo de produtos e enfrentar a escassez de alimentos. Usando refrigeração líquida, a empresa espera alimentar estufas locais quase do tamanho de 100 campos de futebol para produzir o equivalente a 80 mil toneladas de tomates por ano.
Da mesma forma, na Noruega, a Green Mountain planeja fornecer sua água aquecida para auxiliar na criação de peixes na Hima, a maior fazenda de trutas em terra do mundo, baseada em Sistemas de Recirculação de Aquicultura (RAS), uma tecnologia que recircula água montanhosa pura e limpa. A Hima tem como objetivo produzir cerca de 8 mil toneladas de truta Hima premium, o equivalente a 22 milhões de refeições por ano.
Mesmo com a IA proporcionando um desempenho superior, os sistemas são menores. À medida que os Data Centers planejam e se preparam para adotar futuras infraestruturas de IA, a densidade será um fator crucial para abrir espaço para soluções avançadas de IA. Como ventiladores e todos os equipamentos necessários para suportá-los em soluções refrigeradas a ar não são necessários para refrigeração líquida, os Data Centers podem posicionar racks de servidores menores e mais compactados para maximizar o espaço ou expandi-lo conforme o necessário.
Usando o exemplo do Data Centers de 10 mil servidores, com servidores refrigerados a líquido, a instalação reduz 77,5% do espaço necessário. Além disso, ao longo de cinco anos, as soluções refrigeradas a líquido usam 14,9% menos energia no chassi, oferecendo 20,7% mais desempenho por kW do que as soluções refrigeradas a ar.