Imagine um mundo onde os centros de dados são silenciosos, sem as ruidosas unidades de ar condicionado. Racks de servidores arrefecem-se a si próprios em líquidos especiais. Bem-vindo ao arrefecimento por imersão, uma nova tecnologia que está a ganhar terreno.
O seu objetivo é manter as coisas frescas sem desperdiçar energia ou espaço. Os engenheiros adoram-no pela sua eficiência e silêncio. É um grande negócio para manter os centros de dados a funcionar sem problemas.
Este guia irá explorar em profundidade o arrefecimento por imersão. Iremos analisar os seus tipos, como funciona e as suas vantagens. É um passo fundamental para tornar os centros de dados mais sustentáveis.
Índice
Arrefecimento por imersão
O arrefecimento por imersão é uma solução de arrefecimento avançada para centros de dados. Envolve a submersão de componentes electrónicos, como CPUs, num líquido não condutor. Este método dissipa eficazmente o calor, melhorando o desempenho e a eficiência energética.
Os métodos tradicionais de arrefecimento a ar, como o ar condicionado para salas de computadores (CRAC), são menos eficientes. Isto deve-se ao facto de os líquidos terem uma melhor condutividade térmica do que o ar. Como resultado, o arrefecimento por imersão pode reduzir significativamente o consumo de energia e poupar nos custos.
Existem dois tipos principais de arrefecimento por imersão: monofásico e bifásico. O arrefecimento por imersão monofásico envolve um fluido dielétrico que absorve o calor sem mudar de estado. No arrefecimento por imersão bifásico, o líquido transforma-se em gás quando aquecido e depois volta a líquido num permutador de calor. Ambos os tipos contribuem para reduzir o calor residual e melhorar o impacto ambiental.
Os centros de dados desempenham um papel importante na utilização global de eletricidade, sendo responsáveis por até 1,5% de consumo. Ao utilizar o arrefecimento por imersão, os centros de dados podem alcançar uma maior densidade de CPU e um menor consumo de energia. Isto torna-o uma solução sustentável para os centros de dados modernos. O arrefecimento por imersão não só reduz os custos de energia, como também reduz os custos de manutenção para os operadores.
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Vantagens do arrefecimento por imersão
O arrefecimento por imersão é uma forma excelente de lidar com o calor nos centros de dados. Funciona através da imersão de peças quentes, como processadores e GPUs, em líquidos especiais. Este método supera o arrefecimento a ar tradicional em muitos aspectos.
É melhor para a energia porque arrefece diretamente. Isto é ótimo para sistemas muito compactos. Além disso, é bom para o planeta, reduzindo o CO2 e usando refrigerantes ecológicos. Estes pontos fazem do arrefecimento por imersão uma escolha de vanguarda para centros de dados que pretendem poupar energia e ser ecológicos.
Eficiência energética e poupança
O arrefecimento por imersão torna os centros de dados muito mais eficientes em termos energéticos. Pode reduzir a eficácia da utilização de energia (PUE) para menos de 1,1. Isto é muito melhor do que o habitual PUE de 1,55 com arrefecimento a ar.
Também reduz a necessidade de grandes aparelhos de ar condicionado, que consomem muita energia. Isto conduz a uma redução de 48% na utilização de energia. Além disso, é melhor para o ambiente, reduzindo as emissões de CO2 em até 30%. Todas estas vantagens podem poupar aos centros de dados até 33% em custos, tornando o arrefecimento por imersão uma escolha sensata.
Melhoria da utilização do espaço
O arrefecimento por imersão altera a forma como os centros de dados são concebidos. Elimina a necessidade de corredores especiais e tectos altos. Isto significa que os centros de dados precisam de cerca de um terço do espaço que costumavam ter.
Isto permite que os centros de dados tenham mais espaço, aumentando o desempenho e a potência por área. Também abre novas possibilidades de design, como salas de dados de dois níveis. Em geral, o arrefecimento por imersão poupa muito espaço e aumenta a eficiência.
Redução de ruído
O arrefecimento por imersão torna os centros de dados mais silenciosos. Utiliza líquidos em vez de ventoinhas, o que significa que não há ruído das ventoinhas. Isto contribui para um ambiente de trabalho mais silencioso.
Os centros de dados tradicionais podem ser muito barulhentos devido aos seus sistemas de refrigeração baseados em ventoinhas. O arrefecimento por imersão oferece uma alternativa mais silenciosa. Ajuda a criar um espaço mais calmo para os trabalhadores, reduzindo as distracções dos ruidosos sistemas de refrigeração a ar.
Tipos de sistemas de arrefecimento por imersão
O arrefecimento líquido por imersão utiliza fluidos especiais para arrefecer peças electrónicas. Os centros de dados utilizam frequentemente este método para gerir melhor o calor. Neste método, os servidores são totalmente imersos num líquido não condutor. Este líquido absorve e dissipa o calor sem ventoinhas ou dissipadores de calor.
Existem dois tipos principais de arrefecimento por imersão: monofásico e bifásico. Ambos utilizam fluidos dieléctricos que não conduzem eletricidade e têm uma elevada condutividade térmica. Isto torna-os óptimos para gerir o calor.
Arrefecimento por imersão monofásico
O arrefecimento por imersão monofásico é um método de arrefecimento eficiente e simples. Neste sistema, o fluido dielétrico permanece no estado líquido. Flui sobre e à volta dos componentes electrónicos, absorvendo o calor diretamente e transferindo-o para os permutadores de calor. Este método é fiável e económico porque requer menos manutenção e funciona sem a complexidade da ebulição e da condensação. O arrefecimento por imersão monofásico supera o arrefecimento a ar em cerca de dez vezes na capacidade de rejeição de calor. Isto torna-o perfeito para ambientes de computação de elevado desempenho. Com um menor consumo de energia e requisitos de espaço reduzidos, oferece uma maior poupança de energia e um menor impacto ambiental.
Arrefecimento de imersão bifásico
O arrefecimento por imersão em duas fases é mais avançado. Envolve a submersão de servidores num líquido de arrefecimento dielétrico que muda de líquido para vapor. Quando o líquido de arrefecimento absorve o calor de componentes quentes, como CPUs e GPUs, ele ferve, levando o calor embora. O vapor condensa-se de novo em líquido e continua o ciclo. Esse método oferece densidade e eficiência de resfriamento superiores, tornando-o ideal para cargas de trabalho intensas, como IA e computação de alto desempenho. Embora tenha custos iniciais mais elevados, reduz o espaço e o consumo de energia ao longo do tempo, diminuindo os custos gerais de manutenção. Os fluidos de engenharia utilizados fervem a temperaturas mais baixas do que a água, melhorando a eficiência energética e proporcionando aos operadores de centros uma maior potência de arrefecimento num espaço mais pequeno.
Mecanismos operacionais
O arrefecimento líquido por imersão é um método de ponta para gerir o calor nos centros de dados. Envolve a imersão de servidores num líquido não condutor, conhecido como fluido dielétrico. Este líquido tem uma maior capacidade de absorção de calor do que o ar, tornando-o mais eficiente.
O processo de arrefecimento envolve a circulação do fluido dielétrico através de um permutador de calor. Este sistema transfere o calor absorvido para um sistema de arrefecimento secundário, como uma torre de arrefecimento ou um chiller. Concebidos para serem não condutores, estes fluidos protegem as peças electrónicas contra curto-circuitos eléctricos e oxidação.
O arrefecimento por imersão melhora significativamente a condutividade térmica e reduz o consumo de energia em comparação com os sistemas tradicionais de arrefecimento a ar, como os que utilizam unidades de ar condicionado para salas de computadores (CRAC). Ao adotar esta tecnologia, os centros de dados podem suportar densidades de CPU mais elevadas e alinhar-se com os objectivos globais de poupança de energia.
Como funcionam os sistemas monofásicos?
O arrefecimento por imersão monofásico é uma abordagem simples para gerir as temperaturas do servidor. Envolve a imersão de todo o servidor, incluindo CPUs e GPUs, num líquido dielétrico termicamente condutor. Nestes sistemas, o líquido de arrefecimento permanece no estado líquido; não entra em ebulição.
Isto significa que o calor dos componentes do servidor é diretamente absorvido pelo líquido de refrigeração. Uma vez quente, o líquido circula através de um permutador de calor para expulsar o calor de forma eficiente. Os sistemas monofásicos suportam configurações de bastidor de alta densidade, proporcionando um arrefecimento constante sem temperaturas flutuantes.
Conhecidos pela sua simplicidade, estes sistemas são mais económicos e fáceis de manter do que os sistemas bifásicos. Requerem menos manutenção e são ideais para reduzir a complexidade operacional nos centros de dados.
Princípios de funcionamento dos sistemas bifásicos
Arrefecimento por imersão em duas fases oferece uma solução mais dinâmica para a gestão do calor. Envolve a colocação de componentes electrónicos num líquido refrigerante dielétrico que ferve com a absorção de calor. Esta ação de ebulição transforma o líquido em vapor, removendo eficazmente o calor dos componentes.
À medida que o vapor sobe, arrefece e condensa-se novamente na sua forma líquida, completando um ciclo contínuo. Este processo aproveita o calor latente da evaporação, que proporciona uma transferência de calor eficiente. O sistema utiliza serpentinas de condensação, normalmente situadas no topo de um rack selado, para converter o vapor novamente em líquido.
O arrefecimento por imersão de duas fases foi concebido para ambientes de alta densidade. Oferece uma solução energeticamente eficiente para aplicações exigentes, como IA, computação de alto desempenho (HPC) e serviços avançados de nuvem.
Aplicações do arrefecimento por imersão
O arrefecimento por imersão está a mudar a forma como lidamos com o calor nos centros de dados e não só. Funciona através da imersão de componentes num líquido especial. Este líquido retira o calor do equipamento, poupando energia e reduzindo custos.
Este método utiliza líquidos seguros que não danificam os aparelhos electrónicos. É bom para o planeta e poupa dinheiro na manutenção. Além disso, pode até utilizar o calor residual para outras coisas.
Torna os centros de dados mais eficientes e ecológicos. Isto é ótimo para quem pretende ser mais sustentável.
Centros de dados de hiperescala
Os centros de dados em hiperescala estão a recorrer ao arrefecimento por imersão à medida que crescem. Precisam de mais potência para coisas como a IA. Mas o arrefecimento a ar não consegue acompanhar.
O arrefecimento por imersão pode suportar racks com mais de 100 kW de potência. Poupa espaço e energia, tornando estes centros mais amigos do ambiente. Utilizam menos terra e energia, o que é bom para o planeta.
Esta configuração também lhes permite colocar mais servidores numa área mais pequena. Isto suporta as nossas crescentes necessidades digitais.
Soluções de computação periférica
Os sistemas de computação periférica encontram-se frequentemente em espaços apertados nas cidades. O arrefecimento por imersão monofásico é perfeito para estas áreas. Torna o arrefecimento mais eficiente em espaços pequenos.
Esta tecnologia é óptima para tratar mais dados em locais apertados. É escalável, o que é fundamental para o crescimento da computação periférica. É uma escolha inteligente para cidades onde o espaço é dispendioso.
À medida que a computação periférica cresce, o arrefecimento por imersão é uma escolha inteligente e eficiente. Satisfaz as necessidades de computação de alta densidade da tecnologia atual.
Computação de alto desempenho (HPC)
A computação de alto desempenho (HPC) recebe um grande impulso com o arrefecimento por imersão monofásico. Permite configurações de bastidor densas. O líquido absorve mais calor do que o ar, o que o torna perfeito para HPC.
Os líquidos utilizados são seguros e não conduzem eletricidade. Isto evita danos e assegura uma maior durabilidade do equipamento. O arrefecimento por imersão prepara o HPC para os futuros avanços tecnológicos.
Empresas como a Shell, Intel e Asperitas estão a trabalhar para tornar a HPC mais eficiente em termos energéticos. O arrefecimento por imersão torna os sistemas HPC mais fortes e prontos para os desafios do futuro.
Sustentabilidade e arrefecimento por imersão
O arrefecimento por imersão está a mudar a forma como arrefecemos os centros de dados. Utiliza líquidos especiais em vez de ar para arrefecer melhor. Este método poupa energia e é melhor para o ambiente.
Estes líquidos são seguros e podem decompor-se naturalmente. Isto é importante para um futuro ecológico. Reduz muito o CO2 e a utilização de água.
Também protege o equipamento do pó e da humidade. Isto significa menos necessidade de reparações e substituições. O arrefecimento por imersão é um passo em direção a um centro de dados mais limpo e mais inteligente no futuro.
Reduzir a pegada de carbono
Mudar para o arrefecimento por imersão é um grande passo para reduzir as emissões de carbono. Pode reduzir as emissões até 39% em comparação com os métodos de arrefecimento antigos. Consome menos energia, até 48% menos.
Sem ventoinhas e sistemas de ar, consome ainda menos energia. As empresas que têm como objetivo a sustentabilidade podem ver uma queda de 30% nas emissões de CO2. Também poupa água indiretamente, o que o torna melhor para o planeta.
Melhorar o retorno do investimento (ROI)
O arrefecimento por imersão é bom para o planeta e para a sua carteira. Pode tornar o seu centro de dados mais eficiente em termos energéticos. Isto significa que poupa muito nos custos de energia.
Também lhe permite colocar mais servidores num espaço mais pequeno. Isto torna o seu centro de dados mais eficiente e aumenta o seu ROI. Além disso, é fiável e necessita de menos manutenção, poupando-lhe dinheiro a longo prazo.
O arrefecimento por imersão pode mesmo transformar o calor residual em energia. Isto cria uma nova forma de ganhar dinheiro. Também torna o seu centro de dados preparado para o futuro, para que não seja necessário atualizar os sistemas de refrigeração com tanta frequência. Isto mantém o seu investimento inteligente e valioso à medida que a tecnologia avança.
Comparação com outros métodos de arrefecimento
À medida que a tecnologia melhora, precisamos de melhores sistemas de refrigeração. O arrefecimento por imersão é uma das melhores opções porque é eficiente e poupa energia. Funciona através da imersão de componentes electrónicos num líquido especial que gere bem o calor.
É melhor do que os métodos de arrefecimento antigos porque poupa energia e é mais fácil de instalar. Também permite colocar mais servidores num espaço pequeno. Isto é ótimo para centros de dados que querem poupar dinheiro e ser ecológicos.
O arrefecimento por imersão também é bom para manter o seu equipamento a funcionar sem problemas. Ajuda o seu centro de dados a ser mais sustentável e poupa nos custos de manutenção. Isto torna-o uma escolha inteligente para as necessidades tecnológicas actuais.
Arrefecimento por imersão vs. Arrefecimento por ar
O arrefecimento por imersão bate o arrefecimento a ar em termos de utilização de energia e espaço. O arrefecimento a ar não consegue suportar tantos servidores como o arrefecimento por imersão. Isto deve-se ao facto de o arrefecimento por imersão manter todo o calor, e não apenas parte dele.
Estudos mostram que o arrefecimento por imersão pode reduzir o consumo de energia em 61% em comparação com o arrefecimento a ar. Isto significa grandes poupanças para os centros de dados. Também mantém os servidores mais frescos, o que é fundamental para o seu desempenho. Além disso, permite-lhe colocar mais servidores num espaço mais pequeno, poupando nos custos de infraestrutura.
À medida que é necessária mais energia para os servidores, o arrefecimento por imersão está a tornar-se mais popular. É uma escolha de topo para centros de dados em todo o mundo.
Arrefecimento por imersão vs. Arrefecimento direto ao chip
O arrefecimento por imersão tem grandes vantagens sobre o arrefecimento direto ao chip. Ele pode tornar seu centro de dados muito mais eficiente em termos de energia. Isso ocorre porque ele usa um líquido para resfriar tudo, não apenas partes específicas.
No entanto, começar a utilizar o arrefecimento por imersão pode ser complicado. É necessária formação especial e poderá ter de alterar a forma como mantém o seu equipamento. Ainda assim, é ótimo para lidar com muito calor e pode até reutilizar esse calor para obter energia.
Isto torna-o uma escolha de topo para o arrefecimento de computadores modernos. Como a tecnologia continua a melhorar, a refrigeração por imersão continuará a ser uma óptima opção.
Desafios e considerações
Começar com o arrefecimento por imersão no seu centro de dados tem os seus desafios. Primeiro, terá de preparar o seu equipamento para o líquido. Isso pode ser um grande trabalho.
Também precisará de formação especial para manter tudo a funcionar corretamente. Encontrar as peças certas também pode ser difícil. Terá de trabalhar com muitos fornecedores para tudo o que precisa.
Mudar para o arrefecimento por imersão significa que terá de repensar a disposição do seu centro de dados. Isso pode ser uma grande mudança. Além disso, começar com o arrefecimento por imersão bifásico custa mais do que o monofásico. No entanto, é mais eficiente e pode poupar-lhe dinheiro a longo prazo.
Manutenção e ciclo de vida dos fluidos
A manutenção do fluido nos sistemas de arrefecimento por imersão é fundamental para um bom desempenho. O fluido utilizado não se evapora, pelo que não é necessário adicioná-lo com mais frequência. Isto significa que é necessária menos manutenção.
No entanto, é importante testar o fluido regularmente. Estes testes verificam se o fluido ainda está a funcionar bem. A segurança é também um aspeto importante, uma vez que o fluido é muito seguro e não se incendeia facilmente.
O fluido também é seguro para o ambiente. Não é tóxico, decompõe-se naturalmente e pode ser reciclado. Existem fluidos de limpeza especiais disponíveis para facilitar a manutenção.
Custos de conceção e implementação
O arrefecimento por imersão pode poupar muito dinheiro nos centros de dados. Consome menos energia, pelo que não são necessários grandes sistemas de arrefecimento a ar. O arrefecimento bifásico pode custar mais no início, mas poupa dinheiro a longo prazo.
A configuração do arrefecimento por imersão pode necessitar de ajuda personalizada. Empresas como a Trumonytechs podem ajudar no projeto e na engenharia. Mudar para o resfriamento por imersão pode exigir uma grande mudança no layout do seu data center.
Mas esta mudança pode poupar muito espaço. A refrigeração por imersão utiliza muito menos espaço do que os sistemas de refrigeração tradicionais. Embora os sistemas monofásicos sejam mais baratos à partida, a refrigeração bifásica pode ser mais eficiente ao longo do tempo.
Conclusão
O arrefecimento líquido por imersão é uma solução de vanguarda para centros de dados modernos. Este método de arrefecimento avançado reduz o ruído, eliminando a necessidade de ventoinhas e fluxo de ar. Ao utilizar fluidos dieléctricos, o arrefecimento por imersão capta e remove diretamente o calor dos componentes quentes. Isso permite que os centros sejam mais eficientes em termos de energia e mais adequados para tarefas de computação de alto desempenho.
