Tecnología Direct Liquid Cooling: Así consigue reducir hasta un 50% el consumo de energía en los servidores de Exoscale

La Evolución de los Sistemas de Refrigeración para Centros de Datos

Exoscale es una empresa que forma parte del grupo A1 Digital, dedicada a ofrecer servidores para servicios en la nube, con distintos centros de datos distribuidos en países como Alemania, Austria o Suiza.

La compañía nos ha enseñado el revolucionario sistema de refrigeración que están implementando en sus servidores, con el que están consiguiendo aumentar considerablemente la eficiencia energética y reducir las emisiones de CO2. Este sistema, desarrollado por la compañía Diggers, se llama "Direct Liquid Cooling", en castellano: Refrigeración Líquida Directa, y pretende revolucionar la manera en la que se refrigeran los grandes servidores de los centros de datos.

En la actualidad, la llegada de la IA y nuevos servicios ha hecho que la demanda de este tipo de centros de datos se ha disparado, con componentes cada vez más potentes y con mayor consumo que aumentan considerablemente las demandas de energía.

Gran parte del consumo energético de un centro de datos está localizado en los sistemas de refrigeración con los que se mantienen bajo control la temperatura de procesadores, GPUS, aceleradoras y, en general, todo el hardware necesario para hacerlos funcionar.

Los sistemas tradicionales suelen implementar equipos de aire acondicionado para refrigerar las estancias de los propios servidores. Este sistema ha ido evolucionando para mejorar la eficiencia, pero sigue requiriendo de un gran consumo energético, con pérdidas en el propio uso del aire como elemento de intercambio de calor.

Características y Evolución de los Sistemas de Refrigeración de Centros de Datos

La evolución de estos sistemas de refrigeración en los últimos tiempos queda representada en la siguiente imagen.

• En ella, podemos ver la evolución desde un sistema de "habitación fría" o "cold room", que básicamente constaba de una sala refrigerada en su totalidad mediante distintos sistemas de aire acondicionado. Esta disposición no distingue entre zonas calientes o zonas frías, por lo que dedica todos los recursos a enfriar la totalidad de la estancia, haciendo que sea muy ineficiente, con mucho mayor consumo y un desperdicio del aire frío, ya que no se enfoca en las zonas calientes que se necesitan refrigerar.
• De este sistema se pasó al denominado como "Cold Aisle", o "Pasillo Frío". En este caso, se forman unas zonas frías y calientes creando "pasillos" entre los distintos armarios rack, de esta manera, se canaliza el aire frío a través de los "pasillos fríos", y el aire caliente se canaliza a través de los "pasillos calientes", generalmente elevando la zona de racks para que el aire frío salga desde abajo. Este método es más eficiente que el sistema de "habitación fría", porque no refrigera toda la habitación, pero sigue necesitando dedicar gran cantidad de energía para refrigerar el aire de grandes zonas.
• "Cold Box" o "Caja Fría", es el sistema que implementan ahora en Exoscale con la tecnología de Direct Liquid Cooling de Diggers. En este sistema, cada módulo de servidores se refrigera en su propia caja aislada mediante un sistema de refrigeración líquida que se integra directamente en los componentes. Es el sistema que mayor eficiencia energética consigue, evitando la necesidad de grandes circuitos de aire acondicionado, al mismo tiempo que permite un control preciso de las temperaturas de los racks. Además, es completamente escalable y adaptable.

Hemos podido comprobar "in situ" los entresijos de esta tecnología para conocer al detalle su funcionamiento y ventajas.

 

 

Así funciona el Sistema Direct Liquid Cooling con reaprovechamiento de calor

Ya hemos visto las principales ventajas de sistema de "Cold Box" de nueva generación que están implementado en los servidores de Exoescale, y ahora vamos a entrar más en detalle para ver cómo funciona la tecnología Direct Liquid Cooling (DLC) de Diggers con el que lo quieren llevar a cabo.

A grandes rasgos, se trata de un sistema de cajas aisladas para racks de servidores formado por un circuito cerrado de refrigeración líquida de alta presión que además de refrigerar los componentes como CPUs, aceleradoras, almacenamiento en una distribución Cold Box con sus propias ventajas, también permite reaprovechar el calor generado, utilizándolo para calentar otros elementos o servicios del propio centro de dato.

Hablamos de que se consigue aprovechar un impresionante 98% del calor que, en otros sistemas, sería directamente desechado.

El sistema DLC se basa en un conjunto de bloques de aluminio mecanizados por CNC, material que utilizan en todos los componentes claves en lugar del cobre, con racores y otros elementos de acero inoxidable. Esto evita problemas de corrosión y también reduce los costes de reciclado, resistencia y de futuro escalados a más sistemas a refrigerar.

Con cada uno de estos bloques de aluminio, el sistema DLC consigue ofrecer capacidades de refrigeración de hasta 1KW, la misma cantidad que otros sistemas competidores consiguen utilizando cobre.

Hablamos de que el reciclado del aluminio permite salvar un 95% de la energía necesaria para la producción de nuevos bloques, mientras que el cobre solo lo hace en un 80%. 

Estos bloques van interconectados a un sistema rígido de bandejas por el que circula el líquido directamente.

Por otro lado, otra de las ventajas del sistema de líquido a alta presión de la tecnología Direct Liquid Cooling (DSC)  es que integra en un circuito de tubos con presión negativa. Este hecho hace que se eviten grandes fugas de líquido ante alguna rotura de algún tubo, sello o elemento por el que pasa el líquido. Este líquido utiliza una mezcla de agua y agente anticorrosión.

Además, los propios ventiladores que se encargan de refrigerar el líquido a través de los radiadores, crean un flujo de aire en el propio rack para refrigerar los componentes que no se incluyen en el propio bloque de refrigeración

DLC no necesita ningún sistema de aire acondicionado externo, ahorrando una gran cantidad de energía al poder prescindir de ello. De hecho, ofrece el mismo o mejor rendimiento de enfriamiento que los sistemas tradicionales de refrigeración "en fila" o de inmersión en líquido.

Cada "Caja" independiente se aísla de las demás, de hecho cumple con el estándar de resistencia IP67, y cuenta con espacio para armarios rack estándar.

Además, este sistema, al contrario que los sistemas tradicionales de "pasillos fríos" no necesita elevar el suelo para crear un flujo de aire, por lo que es un sistema más sencillo de implementar sin necesidad de modificar la estructura de las habitaciones.

Las 5 Ventajas Más Importantes del sistema DLC

Ya hemos visto cómo funciona este sistema y cuáles son sus puntos fuertes. A modo de resumen, vamos a dar un repaso con las cinco ventajas principales del sistema Direct Liquid Cooling respecto de los sistemas tradicionales de refrigeración para Centros de Datos:

1. No necesita aire acondicionado

Como hemos explicado, el uso de sistemas de aire acondicionado para servidores es uno de los elementos que más consumo energético supone. En el caso de los sistemas de "habitación fría", se derrocha mucha energía en enfriar una habitación al completo; mientras que  los sistemas de "pasillo frío" requieren realizar instalaciones para elevar el suelo de la habitación y el intercambio de aire frío/caliente sigue siendo mucho más ineficiente. 

DLC es un sistema que funciona de manera independiente en pequeñas cajas donde se integran los servidores y sin necesidad de sistemas de refrigeración de aire para toda la habitación. La temperatura y el circuito permiten una monitorización detallada en todo momento, aprovechando mejor la energía y centrándola en refrigerar directamente los componentes.

2. Menos materiales y reciclaje más eficiente

El uso de bloques de refrigeración creados en aluminio al 100% mediante CNC permite aumentar la resistencia a la corrosión, al mismo tiempo que facilita la creación de nuevos bloques según se van necesitando. Por otro lado, el reciclado del aluminio para crear nuevos bloques consigue aprovechar considerablemente más la energía que con el cobre.

3. El uso de un circuito de líquido de presión negativa reduce el riesgo de fugas

La presión negativa del circuito de refrigeración líquida evita que se viertan grandes cantidades de líquido ante una fuga por rotura o defecto de algún componente, evitando también grandes daños en los componentes que pudieran verse afectados al mojarse.

4. No se necesita elevar el techo

Las cajas independientes para los armarios racks en las que se basa el sistema DSC no necesitan un flujo de aire por debajo del suelo, por lo que no es necesario realizar obras para elevarlo en las habitaciones donde se coloquen los servidores. Además, al ser pequeñas cajas independientes, el espacio se puede distribuir de manera más eficiente, manteniendo soporte para el formato rack estandarizado.

5. Reutilización del calor generado

Al contrario que con otros sistemas, la tecnología Direct Liquid Cooling que Exoscale está implementando en sus servidores permite aprovechar el calor generado por los servidores para otros usos. La temperatura del líquido una vez capta el calor de los bloques puede alcanzar hasta 50ºC, pudiéndose utilizar para calentar otras zonas, por ejemplo dar calefacción o agua caliente a las instalaciones del edificio, etc. Hablamos de una utilización del 98% del calor residual, asegurando también una reducción del consumo energético de hasta un 50%.

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