A Refrigeração Líquida em um ambiente de Inteligência Artificial: é hora de se preparar

Você provavelmente já ouviu falar do alvoroço que existe com o assunto quente do mercado: a Inteligência Artificial (IA) generativa e o impacto em nossa indústria de Data Centers.

Talvez você tenha lido algum artigo sobre o assunto, ou até mesmo leu o artigo sobre as demandas de infraestrutura da IA traçadas na edição de 17 de abril de 2023 da revista da DCD. A onda de demanda que a IA provavelmente provocará levará as densidades computacionais para muito além do que havia sido projetado.

Com a quantidade expressiva de potência computacional que a IA requer, o consumo de energia da próxima geração de hardwares criará quantidades consideráveis de calor. Esse calor gera problemas de performance e pode levar à falha do dispositivo de hardware de TI se o dispositivo não for refrigerado dentro dos limites para operação.

Para as equipes de operação de facilities implementando soluções de alta densidade para qualquer tecnologia emergente, seja IA, baixa latência ou jogos, é fundamental enfrentar o desafio do gerenciamento térmico.

Ao olharmos para a infraestrutura necessária para a implementação de computação de alta performance que a IA generativa demanda, descobrimos que os sistemas de refrigeração líquida oferecem argumentos convincentes para que sejam a melhor solução para lidar com o problema de grande calor que a refrigeração a ar não pode gerenciar de forma eficiente.

De acordo com o Grupo Dell’Oro, as receitas do mercado de refrigeração líquida se aproximarão de 2 bilhões de dólares em 2027, com uma taxa de crescimento anual comporta (CAGR) de 60% no período de 2020 a 2027, conforme as organizações passem a adotar mais serviços de nuvem e usar inteligência artificial (IA) para potencializar análises avançadas e tomada de decisões automatizadas e habilitar as aplicações de Blockchain e criptomoedas.

Com a IA sendo agora um trending topic entre os consumidores médios, as empresas que buscam incluir tecnologias emergentes em suas operações terão benefícios ao revisar as opções de refrigeração líquida disponíveis hoje e que possam ser ampliadas no futuro.

A implementação de refrigeração líquida para dispositivos de computação para IA demanda a adoção de sistemas de rack inovadores, feitos especialmente para acomodar e gerenciar com eficiência a infraestrutura da refrigeração líquida. Estes sistemas de rack normalmente têm soluções com um trocador de calor na porta traseira (RDHx).

Ocupando literalmente zero espaço útil no Data Center, o RDHx é uma ótima opção para introduzir a arquitetura de refrigeração líquida no Data Center sem reformar completamente toda a área de produção (white space).

Esses trocadores de calor são oferecidos com configurações usando diferentes meios para refrigeração: a base de refrigerantes, água gelada e glicol. Cada um desses meios terá uma performance própria com diferenças em relação aos outros.

Refrigeração a base de refrigerantes tem uma excelente condutividade térmica, permitindo que eles transfiram o calor para longe dos componentes de forma eficaz, resultando em uma eficiência de refrigeração melhor. Eles também têm uma grande capacidade de calor, ou seja, eles podem absorver grandes quantidades de calor antes de atingir a saturação, garantindo uma performance consistente mesmo com grandes cargas de trabalho.

Os sistemas a água gelada oferecem também escalabilidade, já que podem ser projetados para lidar com cargas de calor variáveis e acomodar expansões futuras. Além disso, sistemas a base de água gelada podem aproveitar a infraestrutura existente, como torres de refrigeração ou trocadores de calor, resultando em economia nos custos e melhor eficiência energética.

Por sua vez, o Glicol têm excelentes propriedades de transferência de calor, permitindo que ele absorva e dissipe calor dos componentes com os quais entra em contato de forma eficiente. Além disso, o Glicol tem um ponto de ebulição mais alto em comparação com a água, reduzindo o risco de evaporação do refrigerante e o sobreaquecimento do sistema.

Adicionalmente, a configuração para um RDHx usará ventiladores de resfriamento ativos ou passivos para retirar o ar através da serpentina do trocador de calor.

Introduzir essa tecnologia no data center oferece também uma ‘solução de refrigeração neutra em relação à sala’, ou seja, a temperatura do ar saindo do RDHx é próxima à temperatura ambiente, colocando menos pressão em suas unidades de refrigeração perimetrais.

Um RDHx é uma ótima solução para acrescentar racks de alta densidade em Data Centers buscando escalar para refrigeração líquida. Começar hoje com uma porta traseira passiva o ajudará a escalar no futuro, quando suas densidades aumentarem.

As soluções de RDHx também oferecem uma entrada para a refrigeração líquida, mas muitas organizações estão buscando uma solução mais focada para seus clusters. Ao examinar as opções de configuração para uma implementação de refrigeração líquida que não seja um retrofit, o foco recai em duas abordagens principais: refrigeração por imersão e refrigeração direta ao chip.

Refrigeração líquida direta ao chip envolve um design focado na conexão de uma placa fria com os componentes de grande calor, CPU, GPU e, em alguns casos, módulos de memória e fontes de alimentação.

Placas frias diretas ao chip ficam assentadas em cima dos componentes geradores de calor da placa para retirar o calor através de placas frias monofásicas ou fluidos bifásicos. Essas tecnologias podem remover ao redor 70 a 75% do calor gerado pelo total de equipamentos no rack, deixando 25 a 30% que podem ser prontamente removidos através de sistemas refrigerados a ar.

A refrigeração por imersão é outra versão da tecnologia de refrigeração líquida que pode remover 100% do calor para o líquido. Há complexidades ao lidar com fluidos dielétricos e as equipes operacionais precisam gerenciar uma abordagem de refrigeração radicalmente diferente do que o método tradicional de refrigeração a ar.

Refrigeração Líquida Versus Refrigeração a Ar: como os Sistemas de Gerenciamento Térmico estão evoluindo
Logicamente existem alguns desafios associados à refrigeração líquida. A principal preocupação é o risco de vazamentos ou outras falhas que poderiam causar avarias ao hardware crítico. Entretanto, com um design cuidadoso e uma implementação bem pensada, esses riscos podem ser minimizados e os benefícios da refrigeração líquida podem ser efetivamente explorados.

Gráfico, Linha do tempo, Gráfico de barras

Operadores de Data Centers precisam estar preparados para usar refrigeração líquida para serem competitivos na era da IA generativa. Os benefícios da refrigeração líquida, tal como a viabilização de maior eficiência, de maior densidade do rack e de melhor performance da refrigeração, a tornam um método essencial para as organizações que estejam querendo incorporar tecnologias de ponta e atender às necessidades de refrigeração das cargas de trabalho de alta densidade que delas resultam.

Por Benny Bray, gerente de Produto da Vertiv.