A revolução da tecnologia de refrigeração líquida em data centers
Com o desenvolvimento inovador de tecnologias como a IA, a computação em nuvem e os grandes volumes de dados, os centros de dados e os equipamentos de comunicação, bem como a infraestrutura de informação, estão a realizar uma quantidade cada vez maior de computação. Com o rápido aumento do poder de computação nos data centers, a densidade de potência dos gabinetes individuais aumentou, o que impõe maiores demandas à eficiência da dissipação de calor. Por outro lado, no âmbito da política de “duplo carbono”, os data centers, como “grandes consumidores de energia”, são obrigados a reduzir continuamente os seus indicadores PUE, a fim de reduzir o consumo de eletricidade do sistema de refrigeração. No entanto, o resfriamento a ar tradicional não consegue mais atender aos requisitos de dissipação de calor acima e surgiu a tecnologia de resfriamento a líquido.
A GPU top de linha para data center disponível no mercado há 10 anos era a NVIDIA K40, com potência de design térmico (TDP) de 235W. Quando a NVIDIA lançou o A100 em 2020, o TDP estava próximo de 400W e, com o chip H100 mais recente, o TDP disparou para 700W. O consumo de energia do projeto térmico de um único chip AI de alto desempenho atingiu 1000W. Entende-se que a Intel está desenvolvendo um chip que poderá chegar a 1,5kW. A competição em inteligência artificial, em última análise, resume-se à competição em poder de computação, e um grande gargalo para chips de computação de alta qualidade é sua capacidade de dissipação de calor. Quando o TDP do chip ultrapassa 1000W, a tecnologia de refrigeração líquida deve ser adotada.
A tecnologia de resfriamento líquido pode resolver efetivamente os problemas de implantação de alta densidade e superaquecimento local em salas de computadores, entre os quais o resfriamento líquido por imersão tem vantagens notáveis na dissipação de calor e economia de energia. O resfriamento líquido por imersão é um método típico de resfriamento líquido por contato direto, no qual os dispositivos eletrônicos são imersos em um líquido refrigerante e o calor gerado é transferido diretamente para o líquido refrigerante e conduzido através da circulação do líquido. O resfriamento por líquido de imersão pode ser classificado em dois tipos: resfriamento por líquido de imersão monofásico e resfriamento por líquido por imersão com mudança de fase, dependendo se o líquido de resfriamento utilizado sofrerá uma mudança de estado durante o resfriamento de dispositivos eletrônicos. A vantagem do monofásico é que o custo de implantação e o custo do meio de resfriamento são mais baixos e não há risco de transbordamento do líquido refrigerante; A vantagem da mudança de fase reside na sua maior capacidade e limite de dissipação de calor, mas ainda fica atrás da monofásica em termos de custo e maturidade tecnológica.
O resfriamento por imersão monofásico oferece uma solução atraente para data centers que buscam gerenciamento térmico eficiente e confiável. Neste método, os componentes de TI são completamente imersos em um líquido isolante especialmente formulado. Este líquido absorve diretamente o calor do servidor, semelhante ao resfriamento por imersão em duas fases. Ao contrário dos sistemas bifásicos, o refrigerante monofásico não entra em ebulição nem sofre transições de fase. Permanece líquido durante todo o processo de resfriamento. O líquido isolante aquecido circula pelo trocador de calor dentro da unidade de distribuição de resfriamento (CDU). Este trocador de calor transfere energia térmica para um meio de resfriamento independente, normalmente um sistema de água em circuito fechado. O líquido isolante resfriado é então bombeado de volta para o tanque de imersão para completar o ciclo de resfriamento.
Em um sistema de resfriamento por imersão bifásico, os componentes eletrônicos são imersos em um banho líquido condutor de calor isolado, que possui condutividade térmica muito melhor que o ar, a água ou o óleo. A diferença entre o resfriamento líquido de imersão bifásico é que o refrigerante sofre uma transição de fase. O caminho de transferência de calor do resfriamento por líquido de imersão bifásico é basicamente o mesmo do resfriamento por líquido de imersão monofásico, com a principal diferença sendo que o refrigerante lateral secundário apenas circula na área interna da câmara de imersão, com a parte superior da sendo a câmara de imersão a zona gasosa e o fundo sendo a zona líquida; O equipamento de TI está completamente imerso em um líquido refrigerante de baixo ponto de ebulição, que absorve o calor do equipamento e ferve. O refrigerante gasoso de alta temperatura produzido pela vaporização, devido à sua baixa densidade, acumula-se gradativamente no topo da câmara de imersão e troca calor com o condensador instalado na parte superior, condensando-se em um refrigerante líquido de baixa temperatura. Em seguida, ele flui de volta para o fundo da câmara sob a ação da gravidade, proporcionando dissipação de calor para o equipamento de TI.
No processo de desenvolvimento inovador da tecnologia de dissipação de calor, sejam chips ou dispositivos eletrônicos, o volume, o custo do projeto, a confiabilidade e outros aspectos dos produtos são limites que as empresas não podem evitar. Estes também são problemas que a tecnologia de dissipação de calor deve equilibrar e resolver. Diferentes tecnologias combinadas podem ser usadas para desenvolver produtos para diversos materiais, tecnologias e cenários de aplicação de dissipação de calor, a fim de encontrar a solução ideal para o padrão atual.
