Existem inúmeras razões convincentes para considerar o uso de resfriamento líquido – em placa fria e formato de imersão. A principal dessas razões é a eficiência energética potencial que pode oferecer e o potencial de reutilizar o calor que extrai para outra coisa. Usos alternativos podem abranger coisas como aquecimento doméstico e empresarial, por exemplo, para apoiar o cultivo de plantas em uma fazenda.

No entanto, os sistemas atuais não são excessivamente eficientes em obter calor excedente de alta qualidade da instalação para reutilização sofisticada. Há também grandes desafios práticos para introduzir e gerenciar sistemas de resfriamento líquido, incluindo implementá-los ao lado de seus equivalentes tradicionais de resfriamento a ar.

Os proprietários e operadores de Data Centers devem entender que o resfriamento líquido não é uma varinha mágica que porá fim a todos os problemas de resfriamento. Eles precisam ser totalmente versados nos desafios de implementar e executar esse tipo de sistema, suas limitações e como outras ferramentas – incluindo gêmeos digitais de Data Center – podem apoiar sua introdução e gerenciamento. Então, vamos mergulhar.

A barreira psicológica à introdução

O resfriamento líquido tem sido amplamente utilizado para resfriar equipamentos de computação desde a década de 1960. Esse uso histórico apresenta uma barreira psicológica para o uso desses sistemas hoje. O motivo simples? Vazamentos de líquidos não se misturam bem com eletricidade. A repercussão é clara e grave. Historicamente, havia maiores problemas de encanamento associados aos sistemas de refrigeração líquida do que existem hoje. Isso porque tudo costumava ser fisicamente encanado. É preciso levar em consideração que agora existem conectores rápidos sem gotejamento que tornam os sistemas menos arriscados. Assim como os sistemas de pressão negativa, que significam que, mesmo que houvesse um vazamento, o fluido não sairia para o Data Center, pois ele funciona por sucção em vez de ser empurrado por uma bomba. Independentemente do fato de que essas questões foram resolvidas ao longo do tempo e outras preocupações em torno do uso de líquidos eram infundadas para começar, as repercussões são as mesmas – as pessoas estão apreensivas sobre o uso de sistemas líquidos. Isso está começando a mudar, embora não seja a única barreira para a introdução.

Integrando resfriamento líquido em uma instalação refrigerada a ar

Para Data Centers legados, integrar o resfriamento líquido em uma instalação refrigerada a ar não é fácil. Com os dois funcionando, você tem redes de fluxo complexas e sistemas de resfriamento de ar bastante sofisticados que devem trabalhar juntos perfeitamente. Este é um grande desafio, pois há o risco de que, ao introduzir o resfriamento líquido, você possa prejudicar o sistema de resfriamento a ar. Isso ocorre porque você pode acabar com o ar não saindo muito quente, ou sendo resfriado, e se isso voltar para o sistema de resfriamento de ar, ele se tornará altamente ineficiente.

O resfriamento líquido aumenta a complexidade operacional

Mesmo quando não combinado com sistemas de ar, o resfriamento líquido apresenta desafios desconhecidos e mais complexos para a instalação de equipamentos. Em um sistema líquido, os operadores precisarão fazer conexões de fluidos e elétricas, então é necessário mais para mudar as coisas operacionalmente. Se você está falando de um sistema de imersão, você está pegando seu computador e submergindo-o em um banho de óleo mineral e equivalente. Operacionalmente, isso é muito diferente de algo que fica no ar e fica conectado. Há toda uma gama de questões adicionais com as quais você tem que se preocupar, e isso nos leva ao nosso próximo desafio.

A cartilha de resfriamento líquido atualmente é imatura

Em princípio, um sistema de resfriamento por imersão poderia transportar 100% do calor para fora do chip e para a água. Só com base nisso, parece ser a resposta perfeita para as necessidades de resfriamento de um Data Center, mas não é uma solução impecável. Dentro desse modelo, os operadores lidam com incompatibilidade material.

Quando os eletrônicos são submersos em um banho de imersão, tudo fica exposto a esse líquido de resfriamento. Como resultado, com o tempo, alguns dos diferentes materiais sólidos que compõem os equipamentos eletrônicos podem vazar para o líquido. Por exemplo, se você tivesse um fio isolado, poderia haver uma reação química entre os plastificantes no isolamento e o fluido, fazendo com que ele se quebrasse e se tornasse quebradiço. Essa incompatibilidade de material acaba afetando a vida útil do equipamento.

Além disso, em um sistema de imersão, o calor é retirado do chip através do fluxo impulsionado por flutuabilidade, não por convecção forçada. Isso significa que é provável que você esteja limitado a densidades de energia mais baixas. À medida que os chips ficam cada vez mais densos, podemos chegar a um ponto em que o resfriamento por imersão não pode tirar esse calor efetivamente em um cenário impulsionado por flutuabilidade.

A alternativa ao resfriamento por imersão é a tecnologia de placas frias, mas ela também é imperfeita. Por exemplo, há desafios associados ao fato do líquido de resfriamento deteriorar o desempenho da placa fria ao longo do tempo. Se a qualidade do líquido de resfriamento usado não for alta o suficiente, causará depósitos e corrosão dentro da placa fria. Isso reduzirá a transferência de calor e tornará o sistema de resfriamento ineficaz. Além disso, à medida que a resistência entre o calor no chip e o calor que entra no fluido aumenta, a temperatura do chip aumenta, resultando em problemas térmicos e diminuição do desempenho do chip.

Além disso, não é possível extrair nada perto de 100% do calor com a tecnologia de placa fria porque os canais que removem o calor não podem ser usados em todos os componentes. Digamos que você pode tirar de 80 a 90%, isso não é de forma alguma uma quantidade insignificante, mas se você tiver um rack de 50kW, ainda há cinco a 10kW de calor indo para o ar. Isso limita os recursos dos racks e significa que você acaba tendo uma capacidade semelhante à que tinha nos Data Centers tradicionais refrigerados a ar. Isso também coloca a questão do que acontecerá com o excesso de calor do equipamento refrigerado a líquido em um cenário de falha, e não há resposta fácil para isso.

Como nem a placa fria e a tecnologia de imersão têm seu uso generalizado, não é nada fácil aos proprietários e operadores de Data Centers equilibrar os desafios presentes e decidir qual sistema deve ser adotado e qual fluido deverá ser utilizado dentro dele. No curto prazo, é provável que a tecnologia de placas frias seja adotada mais rapidamente, pois é mais fácil de implementar e não requer imersão eletrônica. No entanto, não podemos dizer com certeza que essa é a tecnologia que vai vencer. No momento, a cartilha de resfriamento líquido não está madura o suficiente para dizer.

Como os gêmeos digitais podem ajudar

Independentemente da forma de resfriamento líquido (e mesmo qualquer tipo de resfriamento) adotada por cada instalação, um gêmeo digital de Data Center – uma réplica virtual 3D de uma instalação física – pode facilitar sua implementação e gerenciamento. A tecnologia oferece visibilidade sobre o que você não pode ver e medir, incluindo refrigeração.

Por exemplo, eles podem capacitar os operadores a testar os benefícios e desvantagens de diferentes sistemas e cenários de resfriamento antes que eles sejam implementados no mundo real, incluindo a análise de quanto resfriamento líquido usar e onde. Além disso, se esses sistemas já estiverem em vigor, eles permitem que o operador estabeleça como torná-los mais eficientes. Além disso, eles podem ser usados para entender como implantações potenciais podem afetar o sistema de resfriamento. Isso evita que ele se torne prejudicado, a resiliência seja arriscada, a TI diminua e a capacidade seja perdida como resultado.

Promissor, mas não mágico

O aumento do resfriamento líquido não significa que nunca mais teremos problemas de resfriamento. Há desafios com placas frias e sistemas de imersão e a ASHRAE já introduziu classes de água de temperatura mais baixa por causa das densidades de potência em alguns dos chips modernos. Os proprietários e operadores de Data Centers precisam reconhecer que a tecnologia está avançando e, mesmo em um cenário de resfriamento líquido, há limites para quanta energia você pode tirar por centímetro quadrado de chip. No entanto, os sistemas são promissores, e os gêmeos digitais podem desempenhar um papel fundamental para ajudar a avaliar qual cenário melhor se adapta às necessidades de cada Data Center, bem como como implementá-los e gerenciá-los.