O estranho mundo do resfriamento líquido para datacenters

Quando se trata de PCs desktop de alto desempenho, especialmente no mundo dos jogos, o resfriamento a água é popular e eficaz. No entanto, no mundo dos datacenters, os servidores contam com refrigeração a ar tradicional com mais frequência, em combinação com enormes sistemas de CA que mantêm as salas de servidores na temperatura adequada.

No entanto, os datacenters também podem usar o resfriamento a água! Nem sempre parece exatamente como você esperaria.

O resfriamento é de importância crucial para datacenters. Deixar o hardware esquentar demais aumenta as taxas de falha e pode até afetar a disponibilidade do serviço. Ele também usa uma grande quantidade de energia, sendo que o resfriamento representa até 40% do consumo de energia em um datacenter médio. Isso também flui para os custos de funcionamento, já que a energia não sai barata.

Portanto, qualquer ganho de eficiência na refrigeração de um datacenter pode trazer uma infinidade de benefícios. Além de apenas melhorar a confiabilidade e reduzir as emissões por meio do menor uso de energia, também há benefícios na densidade. Quanto mais eficiente for o resfriamento disponível, mais servidores e capacidade de processamento podem ser colocados em um determinado espaço sem problemas de superaquecimento.

As técnicas de resfriamento a água e líquido podem potencialmente oferecer uma mudança radical no desempenho em relação ao resfriamento a ar tradicional. Isso se deve ao fato de que o ar não possui uma grande capacidade térmica em comparação com a água ou outros líquidos refrigerantes especiais. É muito mais fácil transferir uma grande quantidade de calor para um líquido. Em algumas jurisdições, fala-se até mesmo em usar o calor residual dos datacenters para fornecer aquecimento distrital, o que é muito mais fácil com uma fonte de líquido quente transportando calor residual em vez de ar quente.

No entanto, o resfriamento líquido também apresenta desvantagens. Os vazamentos podem danificar os componentes eletrônicos se não forem gerenciados adequadamente, e esses sistemas geralmente vêm com complexidade adicional em comparação com ventiladores simples e sistemas de ar condicionado. Naturalmente, esse desempenho aprimorado de resfriamento é uma compensação, caso contrário, já seria a norma.

A abordagem de resfriamento a água mais óbvia para um datacenter seria trocar coolers de ventiladores em servidores por blocos de água e conectar racks a circuitos de resfriamento a água. Isso é possível, com algumas empresas oferecendo blocos de resfriamento direto ao chip que podem ser conectados a um loop de resfriamento líquido mais amplo em um rack de servidor de suporte. É a mesma teoria do resfriamento a água de um PC de mesa, substituindo ventiladores e dissipadores de calor por blocos de água. Este método de resfriamento direto de servidores tem a vantagem de poder extrair muito calor, com algumas reivindicações de até 80 kW por rack.

No entanto, esta abordagem vem com várias desvantagens. Requer abertura e modificação de servidores antes da instalação no rack. Isso é indesejável para muitos operadores, e qualquer erro durante a instalação pode introduzir defeitos que são dispendiosos para corrigir em tempo e equipamento. O serviço e a manutenção também são complicados pela necessidade de interromper as conexões de resfriamento de água ao remover os servidores, embora isso seja um pouco amenizado por acessórios especiais de conexão rápida "sem gotejamento".

Um método menos invasivo envolve o uso de servidores regulares refrigerados a ar que são colocados em racks especiais refrigerados a água. Este método elimina qualquer necessidade de modificar o hardware do servidor. Em vez disso, os trocadores de calor ar-água montados na parte traseira do rack do servidor captam o calor da exaustão quente do servidor e o despejam no líquido refrigerante. O ar de exaustão é assim resfriado e retorna para a sala, enquanto o refrigerante leva embora o calor residual. Torres de resfriamento de telhado, como as mostradas no início deste artigo, podem ser usadas para extrair o calor do refrigerante antes que ele seja devolvido. Não é tão eficaz quanto capturar diretamente o calor de um waterblock no chip, mas as alegações são de que esses sistemas podem extrair até 45 kW de calor por rack.

Além de usar hardware não modificado, o sistema reduz significativamente o perigo de vazamentos. Quaisquer vazamentos que ocorrerem estarão na parte de trás do rack do servidor, e não diretamente nas placas de circuito do servidor. Além disso, os sistemas normalmente funcionam com pressão negativa, de modo que o ar é sugado de todos os orifícios ou tubos danificados, em vez de permitir que o líquido vaze.