Explicación del enfriamiento directo al chip, en fase simple y en fase dual.
Metiéndose en problemas.
En el ámbito de los datacenters, la gestión del calor se presenta como uno de los mayores retos y al mismo tiempo, una de las oportunidades más significativas. Cuando los componentes de los servidores funcionan, convierten toda la energía eléctrica que consumen en calor, que es necesario eliminar. Históricamente, las organizaciones han dependido del enfriamiento por aire, utilizando ventiladores para gestionar este calor. Según diversas estimaciones, un 80% de los datacenters todavía se basa principalmente en este método.
Sin embargo, el enfriamiento por aire es considerado ineficiente y consume una gran cantidad de energía. Un estudio reciente de McKinsey indica que este sistema puede representar hasta el 40% del consumo energético total de un datacenter. Esto ha llevado a un 40% de los operadores de estos centros a investigar métodos de enfriamiento alternativos que sean ecológicos y rentables, buscando así un funcionamiento sostenible.
Desde una perspectiva fundamental, esta transición tiene lógica, ya que, a diferencia del aire, que puede ser difícil de dirigir, los fluidos son mucho más fáciles de controlar. Las técnicas de enfriamiento por líquido están evolucionando, especialmente con la aparición de cargas de servidores que tienden a ser más intensivas en energía y, por ende, generan más calor.
Una de las formas más comunes de enfriamiento por líquido es el enfriamiento directo al chip (DTC). Este método ha sido utilizado tanto por datacenters como por gamers durante décadas. Consiste en un panel metálico colocado sobre los procesadores, con un material conductor entre ambos. Este panel utiliza líquido a través de tuberías para sacar el calor del chip y dispersarlo mediante un mecanismo de disipación. Este mecanismo puede ser tan simple como un ventilador único o, en entornos industriales, enfriadores secos equipados con mecanismos de enfriamiento evaporativo que trabajan en conjunto.
En climas cálidos o en determinados lugares, se complementa el enfriamiento evaporativo con los enfriadores secos, donde el aire caliente pasa por almohadillas húmedas, evaporando el agua y enfriándolo. Las técnicas de DTC son más específicas que el enfriamiento por aire, pues el líquido en las tuberías se puede dirigir con mayor precisión a los componentes que necesitan enfriamiento. Además, los líquidos suelen tener una mayor conductividad térmica que los gases, lo que las hace más eficientes.
No obstante, aún con DTC, generalmente es necesario usar algo de aire para afrontar los retos que plantea adaptar múltiples diseños de placas frías para todos los equipos que generan calor. Aunque los GPUs y CPUs son los principales generadores de calor, la RAM y los discos duros también contribuyen, lo que convierte en común una mezcla de enfriamiento de aire y agua en una proporción de aproximadamente 30%/70%.
En un movimiento hacia métodos más avanzados, se introduce el enfriamiento por inmersión, donde se sumerge todo el servidor en un líquido. Este método tiene varias ventajas: todos los componentes son enfriados simultáneamente y puede manejar cargas térmicas más altas. Además, la inmersión impide la entrada de polvo al sistema, lo que alarga la vida útil del hardware. Sin embargo, el enfriamiento por inmersión es más complejo que DTC y su mantenimiento exige más atención.
Hay dos tipos de enfriamiento por inmersión: de una fase y de dos fases. En el enfriamiento por inmersión de una fase, el líquido permanece en estado líquido durante todo el proceso, mientras que en el de dos fases, el líquido hierve y se convierte en vapor, que luego es enfriado y vuelto a condensar.
Adicionalmente, se debe considerar la gestión del calor residual. Aunque se pueden emplear enfriadores secos y métodos evaporativos para disipar este calor, la reutilización efectiva sigue siendo un gran desafío, especialmente para datacenters más antiguos que se encuentran en parques industriales, alejados de las áreas donde se podría reaprovechar este calor. Aunque algunos datacenters, como los de Alemania, han comenzado a utilizar el calor residual para calentar oficinas, como industria, es vital seguir mejorando estas innovaciones.
A lo largo de las últimas dos décadas, la tecnología de enfriamiento por líquido ha avanzado considerablemente, capaz de gestionar cargas térmicas y de energía cada vez más altas. La inmersión aún se encuentra en sus primeras etapas de evolución, pero tiene un gran potencial para abordar el enfriamiento de componentes que operan a temperaturas elevadas. Sin embargo, es poco probable que se adopte un modelo único, y se espera que continuemos viendo una combinación de DTC, enfriamiento por inmersión y un poco de aire a lo largo de los datacenters durante los próximos años.
