El enfoque único de HoMEDUCS para mantener frescos los centros de datos modulares

Joe Milán | 25 de julio de 2023

Con el avance de la IA y el 5G, las preocupaciones por la privacidad y la continua expansión del Internet de las cosas, existe una demanda cada vez mayor de informática de punta. Los centros de datos modulares han ido ganando popularidad para satisfacer esa demanda, ya que pueden implementarse rápidamente en áreas remotas y complementar los centros de datos tradicionales.

Sin embargo, un problema importante para todos los centros de datos es su consumo de energía y agua (particularmente para refrigeración, que representa hasta el 40% del uso de energía del centro de datos), lo que los ha convertido en tema de primera plana.

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En febrero de 2023, se reveló que un centro de datos de Google utiliza una cuarta parte del agua de una ciudad de Oregón y, según un estudio de 2021 de Virginia Tech, "una quinta parte de la huella hídrica directa de los servidores del centro de datos proviene de agua de moderada a alta". cuencas hidrográficas estresadas." Gran parte de esta agua se utiliza para el enfriamiento por evaporación, lo que se convierte en un problema en las históricas condiciones de sequía que se experimentan en el suroeste de Estados Unidos.

Para los centros de datos modulares, la refrigeración es una cuestión particularmente importante debido a sus espacios reducidos y su capacidad de implementarse en lugares remotos que requieren refrigeración por inmersión a base de líquido mediante enfriadores que consumen mucha energía o refrigeración por evaporación extraída del suministro de agua.

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En mayo, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada - Energía (ARPA-E) del Departamento de Energía de EE. UU. anunció su programa Operaciones de enfriamiento optimizadas para saltos en energía, confiabilidad e hipereficiencia de carbono para sistemas de procesamiento de información (COOLERCHIPS), que financia proyectos para reducir el impacto ambiental. impacto de los centros de datos mediante el desarrollo de "tecnologías de refrigeración altamente eficientes y confiables".

El objetivo fundamental del proyecto, según el Dr. Peter de Bock, director del programa de COOLERCHIPS, es encontrar "un camino transformador hacia centros de datos y computación más eficientes energéticamente" como parte de la esperanza más amplia de reducir las emisiones de carbono para, como dijo la Secretaria de Energía de Estados Unidos, Jennifer M. Granholm, "vencer el cambio climático y alcanzar nuestro futuro de energía limpia".

Un proyecto financiado que se muestra particularmente prometedor para la refrigeración de centros de datos modulares es el proyecto Holistic Modular Energy-ficient Directed Cooling Solutions (HoMEDUCS) de la Universidad de California en Davis.

En lugar de intentar lograr una mejor refrigeración a través de un solo elemento o una simple actualización de los métodos de refrigeración anteriores, el proyecto HoMEDUCS implementa una serie de mejoras significativas en todo el sistema de refrigeración modular del centro de datos, empezando por el principio básico de lo que realmente necesita ser refrigerado. .

Centro de datos HoMEDUCS en modo operativo (cortesía del equipo HoMEDUCS de UC Davis)

A diferencia de las oficinas con temperaturas confortables entre 68 y 76 grados Fahrenheit (20-24,4 grados Celsius), según lo recomendado por OSHA, los chips de computadora toleran temperaturas mucho más altas (158-176 grados Fahrenheit/70-80 grados Celsius). (Este es un hecho que todos aprendemos de las computadoras portátiles calientes, que a veces causan quemaduras graves). Los chips de computadora pueden soportar temperaturas que, incluso en los días más calurosos, el suroeste de Estados Unidos no alcanza.

Al centrarse en esta idea, el Dr. Vinod Narayanan, líder del proyecto HoMEDUCS, dice: "Si tienes un chip de computadora a 80 grados Celsius, incluso si tienes un ambiente exterior a 40 grados Celsius (104 grados Fahrenheit)... eso [ diferencia de temperatura] se puede utilizar para alejar el calor del chip". El proyecto de refrigeración de HoMEDUCS se centra en extraer y disipar el calor del chip al aire ambiente, empezando por la refrigeración líquida directa del chip.

HoMEDUCS utiliza un diseño de placa fría que se diferencia de otros diseños de placa fría por su exclusivo diseño de canal de fluido que se centra en escalas más pequeñas y una geometría diferente que mejora la transferencia de calor al tiempo que reduce la caída de presión, reduciendo así la potencia de bombeo necesaria para el fluido de la placa fría (propilenglicol). ).

Una vez que el fluido sale de las placas frías, viaja a una pared de intercambiadores de calor ultraeficientes, que utilizan el innovador diseño de intercambiador de calor de contraflujo "puro" del equipo HoMEDUCS y están hechos de polímero (para reducir costos). A continuación, el calor se disipa al aire ambiente con la ayuda de ventiladores; no se utilizan compresores ni enfriadores, a diferencia de los diseños de refrigeración de centros de datos modulares existentes. Usar sólo bombas simples y no compresores o enfriadores aumenta drásticamente el ahorro de energía, de la misma manera que un simple ventilador de techo consume menos electricidad que una unidad de aire acondicionado. El fluido enfriado regresa a la placa fría del chip y repite el proceso.

Si las temperaturas exteriores superan los 40 grados Celsius (104 grados Fahrenheit), el diseño de HoMEDUCS incorpora paneles de enfriamiento radiativo de Skycool en el techo del módulo, que pueden enfriar líquidos por debajo de la temperatura ambiente sin electricidad, incluso en un día soleado. El líquido enfriado se almacenará debajo del módulo y se utilizará en épocas de calor extremo.

Actualmente, la refrigeración de los centros de datos que utilizan refrigeración por evaporación o por enfriadores suele consumir entre el 25 % y el 40 % de su energía, sin incluir las increíbles cantidades de agua que se consumen, lo que ha provocado la ira de las comunidades afectadas por la sequía. Se prevé que los tres elementos de diseño de HoMEDUCS (placas frías, intercambiadores de calor ultraeficientes y paneles de enfriamiento radiativo) y otros, que aún no se han revelado, utilicen menos del 5 % del consumo de energía de un centro de datos para refrigeración y no utilicen agua. .

"Lo que nos hace únicos", dice Narayanan, "es la combinación de tecnologías que estamos presentando y que lo hacen más eficiente y compacto", exactamente lo que se necesita para centros de datos modulares fácilmente implementables que podrían operar en cualquier lugar de Estados Unidos donde haya energía disponible. .

Además del proyecto HoMEDUCS de UC Davis, hay otros 14 proyectos COOLERCHIPS cuyo objetivo es la eficiencia energética, que van desde el proyecto de Nvidia de aplicar "refrigerantes ecológicos" directamente a la placa fría del chip con colectores de rack con bombas integradas y separadores de vapor líquido hasta "Software multiobjetivo" de la Universidad de Maryland que tiene como objetivo brindar apoyo en la toma de decisiones a los diseñadores de centros de datos para desarrollar la próxima generación de centros de datos.

Luis Colón, evangelista tecnológico senior de fauna.com, que tiene una larga trayectoria trabajando con centros de datos privados y alquilados, dice que el impacto del programa COOLERCHIPS se sentirá significativamente en los centros de datos de "hiperescala". Podrán disminuir la carga en la red energética de su localidad, especialmente durante las fluctuaciones extremas de temperatura en inviernos y veranos, cuando las redes locales están más estresadas, lo que les permitirá ser "mejores vecinos".

De Bock cree que el programa COOLERCHIPS es más que un simple camino hacia centros de datos energéticamente eficientes. Las tecnologías desarrolladas "generalmente se aplicarán a muchos sistemas electrónicos limitados por la eficiencia de sus sistemas de enfriamiento y también podrían beneficiar a los sistemas de conversión de energía para sistemas solares [y] turbinas eólicas".

De Bock añade que los centros de datos modulares probablemente serán los mayores benefactores de cualquier tecnología desarrollada por el programa COOLERCHIPS. "Los centros de datos modulares o centros de datos perimetrales incluyen su propia estructura de construcción y, por lo tanto, pueden adaptarse y utilizar más rápidamente las tecnologías COOLERCHIPS desarrolladas", afirma. "También ofrecen casos de uso únicos en los que la informática puede realizarse cerca del cliente para lograr una baja latencia, una comunicación rápida entre el centro de datos y el sitio del usuario, y el potencial de reutilización del calor residual para invernaderos, calefacción, secado u otras aplicaciones".

Quizás el mayor beneficio potencial de proyectos como HoMEDUCS es un futuro en el que los centros de datos puedan ser, como dice Colón, "mejores vecinos" al utilizar menos energía y agua, y aumentar la informática de punta para los usuarios dondequiera que vivan.

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