Kyle Chien , Senior Director de Market Insights en el Innovation Acceleration Group, Digital Realty

A medida que la tecnología, el tráfico de internet y las cargas de trabajo requieren más recursos informáticos para almacenar, procesar, gestionar y transferir la información, aumenta la demanda de centros de datos. Un informe reciente de S&P Global Ratings pronostica que la capacidad de los centros de datos aumentará a una tasa compuesta de crecimiento anual (CAGR) de entre el 25% y el 30%, hasta alcanzar cerca de 650 mil millones de dólares en 2028, frente a menos de 200 mil millones de dólares en 2023.

Surge así el reto de equilibrar las cargas de trabajo de alta densidad con los objetivos de sostenibilidad. Mejorar la eficiencia energética, sin embargo, trae consigo oportunidades para los centros de datos en materia de innovación en la refrigeración, especialmente para aquellos partners con experiencia en diseño de centros de datos.

En el centro de este desafío se encuentran dos realidades:

No existe un enfoque universal para la refrigeración, especialmente para cargas de trabajo de alta densidad, como la inteligencia artificial (IA) y la computación de alto rendimiento (HPC), que pueden requerir soluciones especializadas para su refrigeración.
Implementar soluciones de refrigeración eficientes y sostenibles es la verdadera innovación. Los centros de datos producen calor, y esto es algo inevitable. Un partner de centro de datos especializado para alojar la infraestructura IT de tu empresa no solo sabrá gestiona el calor con eficiencia, sino que también aplicará estrategias innovadoras y sostenibles para alinearlas con los objetivos de negocio.

Trataremos aquí los siguientes temas:

Tecnologías de refrigeración que se emplean actualmente en el sector.
Casos de uso para cada método, presentando sus ventajas.
Soluciones de refrigeración innovadoras para centros de datos que impulsan la sostenibilidad y satisfacen las demandas de la HPC.

¿Por qué son importantes los métodos de refrigeración para centros de datos?

Para mantener temperaturas de funcionamiento óptimas para HPC y configuraciones de servidores densos, es crucial garantizar la fiabilidad y el rendimiento de la infraestructura del centro de datos. Esto incluye implementar la técnica de refrigeración adecuada según el caso y el hardware asociado. Los métodos más comunes incluyen sistemas de refrigeración por aire, soluciones de refrigeración líquida y enfoques híbridos que combinan ambas técnicas para lograr la máxima eficiencia.

Métodos y sistemas de refrigeración para centros de datos

El fenómeno de la fuerza de atracción de los datos se basa en la idea de que los datos tienen masa y, a medida que su tamaño y valor aumentan, se vuelve cada vez más difícil moverlos o replicarlos. Esto significa que los centros de datos modernos alojan e interconectan cada vez más una amplia gama de datos, lo que facilitar realizar desde transacciones financieras hasta interacciones en redes sociales.

A medida que aumenta esta demanda, los centros de datos crecen en escala y complejidad. Y en paralelo la necesidad de soluciones de refrigeración eficientes, especialmente para cargas de trabajo de alta densidad como la IA y la HPC. Analizaremos a continuación algunas soluciones de refrigeración y sus ventajas mediante casos de uso.

Refrigeración por aire

La refrigeración por aire utiliza aire acondicionado, ventiladores y rejillas de ventilación para hacer circular el aire ambiente y expulsar el aire caliente producido por los equipos informáticos. Es el método de refrigeración más tradicional.

Para implementaciones con menor consumo energético, como la inferencia de IA, la refrigeración tradicional por aire puede ser la opción adecuada, ya que el aprendizaje automático (ML) requiere menos recursos de refrigeración. La refrigeración por aire es una solución muy extendida, ya que se puede implementar en centros de datos con independencia de su dimensión.

A pesar de estar tan extendida, la refrigeración por aire suele usarse solo en instalaciones con menos de 20 kilovatios (kW) por rack en diseños convencionales, aunque en casos excepcionales puede llegar hasta los 35 kW. Cualquier potencia superior suele requerir refrigeración líquida (directa o por inmersión) y un enfoque combinado (híbrido). La solución de colocation de alta densidad de Digital Realty admite hasta 150 kW por rack.

Refrigeración líquida

Los sistemas de refrigeración líquida utilizan refrigerantes que circulan por una red de tuberías, absorbiendo el calor de los equipos informáticos. Esto resulta especialmente eficaz para refrigerar servidores de alta densidad con cargas de trabajo de IA y HPC.

En el caso de estas cargas, como las implementaciones de entrenamiento e IA generativa que requieren un uso intensivo de energía, necesitarán un entorno más amplio para alojarse debido a su tamaño y complejidad. Al aprovechar las propiedades conductoras de los líquidos, el centro de datos puede disipar rápidamente el calor de estos servidores.

Ejemplo de refrigeración líquida directa

En 2023, Digital Realty inauguró un nuevo centro de datos especializado en París, priorizando la eficiencia energética. Para abordar , las preocupaciones sobre el efecto de fuerza de atracción que ejercen los datos, el centro de La Courneuve incorpora técnicas de refrigeración líquida directa, centrándose en el rendimiento y minimizando las emisiones de alcance 1 y 2. Esta innovadora solución de refrigeración líquida maximiza el uso óptimo de la energía para cumplir con nuestros objetivos de sostenibilidad y ofrece ventajas económicas a clientes y partners.

Refrigeración por inmersión

La refrigeración por inmersión sumerge directamente los componentes de la infraestructura IT en fluidos dieléctricos que se enfrían absorbiendo el calor. Los servidores, que se mantienen en fluidos absorbentes no conductores, proporcionan una gestión térmica eficaz.

Una de las mayores ventajas de la refrigeración por inmersión es que permite la implementación de equipos de ultra alta densidad en instalaciones que, de otro modo, serían de baja o media densidad. Esto facilita la modernización del centro de datos para futuras aplicaciones. Las implementaciones de alta densidad, como la IA y el Internet de las Cosas (IdC), son casos de uso comunes para la refrigeración por inmersión.

Refrigeración por evaporación

La refrigeración por evaporación utiliza ventiladores para absorber el aire exterior y enfriarlo antes de su uso para refrigerar los equipos informáticos. Mediante la evaporación del agua, este método extrae el calor del aire de forma eficiente.

Dependiendo de las características específicas de la implementación, el caso de uso y la ubicación, la refrigeración por evaporación puede ser la técnica de refrigeración adecuada. Por ejemplo, como alternativa a la refrigeración por aire tradicional, y en función de otras características, la refrigeración por evaporación puede ser una buena alternativa para despliegues de inferencia.

Free cooling

La refrigeración de centros de datos mediante el aire exterior evita los mecanismos de refrigeración tradicionales cuando las condiciones climáticas lo permiten. El free cooling aprovecha las condiciones externas, principalmente el aire exterior más frío o el agua, y suele emplear diversos mecanismos, como economizadores, aire libre indirecto, ruedas térmicas e intercambiadores de calor de placas.

Si bien es necesario evaluar el microclima de un emplazamiento para determinar inicialmente la viabilidad de contar con free cooling, una vez comprobada dicha viabilidad puede ser una solución energéticamente eficiente y sin riesgos para las empresas que buscan minimizar la huella de carbono de sus centros de datos. Esto es especialmente relevante para los casos de uso de IA y HPC.

Estrategia de refrigeración híbrida

Un enfoque de refrigeración híbrida integra múltiples tecnologías de refrigeración para optimizar la gestión térmica según las demandas específicas de los equipos IT.

Como ejemplo, una instalación podría combinar la refrigeración por aire tradicional con intercambiadores de calor de puerta trasera, en los que estos se montan directamente en los bastidores para absorber el calor que desprenden por la parte trasera. En esta configuración, la refrigeración por aire gestiona el entorno general del rack, mientras que el intercambiador de calor gestiona las cargas de trabajo de alta densidad de potencia eléctrica, transfiriendo el exceso de calor (vía líquido) lejos de los componentes críticos.

Esta estrategia combinada no solo mejora la eficiencia energética y la refrigeración específica, sino que también proporciona flexibilidad operativa. En condiciones ambientales favorables, métodos adicionales como la refrigeración evaporativa o la refrigeración libre pueden complementar el sistema, reduciendo la dependencia de las enfriadoras o chillers. Al aprovechar múltiples soluciones de refrigeración, incluida la precisión de los intercambiadores de calor de puerta trasera, una implementación híbrida satisface los desafíos de refrigeración actuales y se adapta a las necesidades futuras de rendimiento.

Diseño y optimización de la refrigeración de centros de datos

La refrigeración de centros de datos no se limita a la instalación de ventiladores y enfriadoras. Se trata de equilibrar el diseño y la optimización, así como de implementar con eficiencia y eficacia. El diseño estratégico, combinado con la optimización, es crucial para garantizar que la infraestructura del centro de datos y los equipos IT funcionan en forma óptima. Este enfoque no solo evita el sobrecalentamiento de los equipos, sino que también maximiza el uso eficiente de los recursos del centro de datos, como son los sistemas de energía y refrigeración. Al optimizar estos elementos, los centros de datos pueden reducir significativamente su impacto ambiental, lo que se traduce en operaciones más sostenibles y rentables.

A continuación, se presentan algunos factores críticos para optimizar el rendimiento del centro de datos:

Configuración de pasillos fríos/calientes: Al configurar los racks de servidores en filas alternas, con las entradas de aire frío orientadas hacia un lado y la salida de aire caliente hacia el otro, los centros de datos crean "pasillos fríos/calientes". Esto maximiza la eficiencia al garantizar que el aire refrigerado esté donde más se necesita, evitando que se mezclen.
Optimización de la gestión del flujo de aire: optimizando el flujo de aire a través de rejillas de ventilación y barreras, los centros de datos pueden minimizar las áreas de aire estático. Una gestión adecuada del flujo de aire reduce los costos de refrigeración al reducir la necesidad de compensar los puntos calientes. También ayuda a garantizar que la refrigeración sea constante en toda la instalación.
Trabajando dentro de límites seguros: al adherirse a las directrices de ASHRAE, los centros de datos pueden identificar e implementar estándares de temperatura en condiciones de funcionamiento seguras para los equipos. En algunos casos, y cuando sea seguro, mantener una temperatura ligeramente superior puede ahorrar energía y costes.
Prevención de incidencias: con la gestión basada en dispositivos IoT, aprendizaje automático y sistemas automatizados, los centros de datos pueden detectar problemas antes de que ocurran. Los sistemas de monitoreo y la instalación de parches y actualizaciones oportunas garantizan que las instalaciones eviten paradas y mejoren la eficiencia.
Gestión del control de la humedad: con la monitorización de valores de humedad, los centros de datos pueden evitar daños en el hardware y daños por electricidad estática.

Implementación de refrigeración líquida: instalaciones nuevas vs. modernización de centros de datos existentes

Al evaluar las opciones de un centro de datos, es fundamental comprender la implementación de la refrigeración líquida y su impacto en el rendimiento y la fiabilidad. En instalaciones diseñadas desde cero para refrigeración líquida, la construcción inicial integra conductos de refrigeración dedicados, bastidores especializados y robustos sistemas de seguridad. Este enfoque de diseño proactivo garantiza que la infraestructura esté optimizada para un alto rendimiento térmico y eficiencia energética desde el primer día, ofreciendo un entorno integrado y preparado para el futuro de los equipos IT.

Por el contrario, los centros de datos que modernizan sus instalaciones existentes para incorporar refrigeración líquida se enfrentan a un reto más complejo. Estos edificios, que fueron construidos con sistemas de refrigeración por aire, deben someterse a modificaciones significativas para que la refrigeración líquida sea eficaz, tales como la reconfiguración de las plantas, el ajuste de la disposición de los racks y la instalación de nuevas unidades de distribución de frío y sistemas de detección de fugas. Estas actualizaciones pueden requerir un proceso de integración más complejo, lo que podría afectar la consistencia durante la transición.

En definitiva, al evaluar un centro de datos, es fundamental considerar la infraestructura de refrigeración y la trayectoria del operador. Las instalaciones construidas específicamente para refrigeración líquida desde el principio suelen ofrecer mayor rendimiento y eficiencia, pero con un coste considerable. Por otro lado, las instalaciones modernizadas pueden seguir siendo una excelente opción si las gestiona un proveedor con amplia experiencia.Al elegir un gestor consolidado y con un historial de modernización de instalaciones existentes, las empresas pueden mantener altos niveles de fiabilidad y rendimiento, incluso en entornos diseñados inicialmente para refrigeración por aire.

Tendencias de refrigeración en centros de datos en el futuro

En cuanto al futuro, se observan tendencias prometedoras para ayudar a reducir aún más el impacto ambiental del sector. El uso de tecnologías modernas y un diseño, estratégico de centros de datos resultará vital.

Refrigeración adaptativa: el uso de IA en sistemas de refrigeración promete mayor flexibilidad. Estas soluciones aprenden y se ajustan continuamente a las necesidades específicas de refrigeración de los centros de datos en tiempo real, lo que reduce el sobre-enfriamiento y el desperdicio de energía.
Centros de datos edge: Podríamos ver aún más centros de datos en ubicaciones perimetrales estratégicas. Estos centros edge garantizan la entrega de datos y cargas de trabajo de IA de baja latencia e introducen nuevas posibilidades de refrigeración en sus configuraciones.
Energía sostenible: Si bien es importante ser más eficiente en la gestión energética, también es posible utilizar energía de fuentes renovables. Los centros de datos con energía solar o eólica son ya una realidad. La combinación de fuentes de energía renovables y soluciones de almacenamiento, como celdas de combustible y baterías avanzadas junto a estrategias de refrigeración eficientes presenta un enfoque holístico para el progreso de la sostenibilidad. Este enfoque integrado garantiza que los centros de datos puedan operar de forma fiable y eficiente, a la vez que minimizan su impacto ambiental. Al aprovechar estas tecnologías, los centros de datos pueden lograr mayor independencia energética y reducir su huella de carbono.

Destacamos nuestras iniciativas de torres de refrigeración.

Los centros de datos de Digital Realty están a la vanguardia del sector en la mejora de la eficiencia de refrigeración. En nuestras instalaciones SIN10 en Singapur, por ejemplo, empleamos electrólisis DCI para la conservación del agua, ahorrando 1,24 millones de litros al mes. Este proceso elimina el uso de productos químicos, lo que permite triplicar el tiempo de aprovechamiento del agua antes de convertirse en aguas residuales, reduciendo así el consumo de agua y electricidad en Singapur.

Impulsando la innovación sostenible en la refrigeración de los centros de datos del futuro

Los centros de datos modernos cuentan con diversos sistemas de refrigeración, cada uno con ventajas únicas para casos de uso específicos. Desde la refrigeración por aire tradicional hasta la refrigeración líquida y las tecnologías híbridas, cada una contribuye al ecosistema global de centros de datos para reducir su consumo de energía y agua cuando se aplica estratégicamente a cada situación.

Sabemos que no existe un enfoque universal para la refrigeración y estamos comprometidos con los directivos IT para transformar sus empresas mediante la implementación de una estrategia que impulse la innovación y equilibre la sostenibilidad con los objetivos de negocio. Logramos esto mediante la implementación de tecnologías innovadoras en nuestros centros de datos, diseñadas para afrontar los retos de la refrigeración de cargas de trabajo con mayor densidad energética, que no se limitan a implementaciones a gran escala, sino que son específicas de cada cliente.

Ya sea IA, IoT o HPC, nuestras instalaciones están listas para satisfacer las necesidades de refrigeración de nuestros clientes, ofreciendo soluciones sostenibles en el ecosistema global de centros de datos con el objetivo de generar una menor huella de carbono, aumentando la eficiencia energética y el ahorro de agua.

Conoce más sobre cómo implementar una infraestructura IT preparada para el futuro y satisfacer las necesidades de refrigeración avanzada, equilibrando la sostenibilidad con tus objetivos de negocio. Lee nuestro informe IA para líderes de IT.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se refrigera un centro de datos?

La refrigeración se realiza mediante diversos métodos:

Refrigeración por aire
Refrigeración líquida
Enfriamiento por inmersión
Enfriamiento evaporativo
Free cooling
Refrigeración híbrida

Los responsables IT deben elegir un centro de datos que adapte las técnicas de refrigeración a diversos factores, como la densidad de la carga de trabajo, el hardware y los requisitos de infraestructura para una implementación sostenible.

¿Cuál es el mejor sistema de refrigeración para un centro de datos?

No existe un enfoque único para la refrigeración en los centros de datos. Influyen diversos factores como el tamaño, la ubicación y las demandas de la carga de trabajo. Las soluciones sostenibles y eficientes, como la refrigeración por inmersión, son cada vez más populares debido a su mayor eficiencia y menor huella de carbono.

¿Cuáles son los componentes de la refrigeración en un centro de datos?

Los componentes clave de refrigeración de un centro de datos pueden incluir los siguientes elementos:

Enfriadoras
Torres de refrigeración
Aires acondicionados (CRAC/CRAH)
Tuberías de refrigeración líquida
Unidades de distribución de refrigeración (CDU)
Sistemas de bombeo
Ventiladores y rejillas de ventilación

Los sistemas avanzados de monitorización de temperatura y humedad con IA también son cada vez más comunes a medida que los centros de datos se vuelven más sostenibles.

¿Cómo se refrigeraría un servidor en un centro de datos?

Las tecnologías de refrigeración avanzadas, como los sistemas basados en aire que utilizan la circulación de aire frío para eliminar el calor, o las soluciones de refrigeración líquida que transfieren el calor mediante refrigerante, son métodos eficientes para refrigerar servidores. Otros métodos incluyen la optimización del flujo de aire mediante técnicas como la contención de pasillos fríos y calientes para evitar la recirculación del calor. Para servidores de alta densidad, la refrigeración líquida directa al chip o la refrigeración por inmersión son ideales para lograr la máxima eficiencia térmica y cumplir con objetivos de sostenibilidad.

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