A maioria dos operadores de data centers hoje se encontra em um ponto crucial no diagrama de refrigeração: entre o arrefecimento tradicional por ar e a refrigeração líquida completa. Enquanto o condicionamento de ar no nível da sala representa uma abordagem simples e econômica para ambientes de baixa densidade, tipicamente abaixo de 15 quilowatts por rack, sua capacidade de escalonamento é limitada à medida que as densidades dos racks inevitavelmente aumentam. A mistura inerente de ar quente e frio eleva o consumo de energia e os custos, pois os espaços dos data centers são frequentemente super-resfriados para proteger os racks mais quentes. Com o tempo, essa abordagem pode levar a pontos quentes e flutuações de temperatura, colocando equipamentos caros em risco.
Do outro lado do espectro, a refrigeração líquida direta no chip e por imersão fornecem meios altamente eficazes de gerenciar o calor gerado por GPUs e CPUs, removendo o calor eficientemente no nível do rack em ambientes de inteligência artificial e computação de alto desempenho. Suportando densidades de 50 a 250 quilowatts por rack e além, essas tecnologias são projetadas para a próxima geração de computação. No entanto, elas também requerem design cuidadoso, integração e gerenciamento de vazamentos — sem mencionar investimento de capital significativo e complexidade operacional — que muitos operadores simplesmente não estão preparados para assumir de uma só vez.
Quando as densidades dos racks ficam entre 20 e 40 quilowatts, os operadores entram na "zona de transição" — uma faixa crítica que exige uma solução prática e aversa ao risco, capaz de preencher a lacuna entre refrigeração a ar e líquida. O objetivo é maximizar o valor da infraestrutura de refrigeração a ar existente enquanto cria uma base estável para futuras implantações de refrigeração líquida.
A contenção permanece essencial no design moderno de refrigeração
À medida que os operadores navegam pelo espaço transicional entre refrigeração a ar e líquida, a contenção surge como uma tecnologia fundamental em ambos os ambientes. Seja uma instalação que depende inteiramente de refrigeração a ar ou que está começando a implementar refrigeração líquida para cargas de trabalho de alta densidade, o gerenciamento eficaz do fluxo de ar permanece fundamental. Mesmo em data centers onde o calor é cada vez mais removido diretamente das CPUs e GPUs, uma porção significativa da carga térmica ainda depende da refrigeração a ar. Isso torna a contenção uma solução prática de meio-termo.
"A carga de calor rejeitada em um único chip aumentou bastante nos últimos cinco anos, então estamos vendo cargas de calor muito mais altas dentro dos ambientes de gabinete. Por isso, há uma necessidade ainda mais crucial de gerenciamento adequado do fluxo de ar e contenção dessa carga de calor", explica Saman Berookhim, gerente sênior de produtos para gabinetes e contenção da Legrand.
Mantendo o ar de suprimento frio e o ar de exaustão quente separados, a contenção tem enfrentado os desafios dos data centers tradicionais refrigerados a ar por anos. Usando barreiras físicas simples e de baixa perturbação, como portas, painéis e estruturas superiores ou de final de fileira, a contenção cria caminhos previsíveis de fluxo de ar através do salão de dados. O resultado são temperaturas de fluxo de ar mais consistentes, eficiência de refrigeração aprimorada e maior controle sobre o desempenho térmico.
O ar é mais do que capaz de superar os últimos 10 a 15 por cento em alguns desses ambientes de maior densidade. Com orientações de aisles quente e frio, é energia gratuita nesse ponto, afirma Berookhim.
A contenção de aisles frio e quente ajuda a maximizar o desempenho da infraestrutura de refrigeração existente. A contenção de aisle frio, tipicamente envolvendo um teto colocado sobre uma fileira de gabinetes com resfriadores em linha, mantém o ar frio no nível dos equipamentos de TI em vez de permitir que ele escape para a sala mais ampla. A contenção de aisle quente, por sua vez, funciona mais como uma chaminé, esgotando o ar quente verticalmente para o plenum de retorno no teto. Esse plenum está conectado a uma unidade de refrigeração — uma unidade CRAC ou CRAH localizada na lateral da sala — onde o ar é condicionado antes de ser retornado ao salão de dados.
Uma das concepções mais persistentes na indústria é que a refrigeração líquida resolverá todos os desafios de gerenciamento de calor. Na realidade, mesmo quando a refrigeração direta no chip é implantada, uma porção significativa da carga térmica depende de gerenciamento eficaz do fluxo de ar e refrigeração a ar.
"Por exemplo, se você tiver refrigeração direta no chip em um chip específico, o restante dos componentes — como a RAM, outras CPUs e alguns outros núcleos — ainda aquecerão. O ar é mais do que capaz de superar os últimos 10 a 15 por cento nesses ambientes de maior densidade sem muito custo adicional ou requisitos de infraestrutura. Com orientações de aisles quente e frio, é energia gratuita nesse ponto", explica Berookhim.
A refrigeração líquida é um fator importante nesses ambientes de maior densidade, mas não é o único fator. Não se trata de mudar de um para outro — é sobre como essas duas capacidades distintas de refrigeração podem ser implementadas para alcançar estratégias de refrigeração quase perfeitas para data centers.
Otimizando o que já está em prática
Antes de os operadores pularem diretamente para o líquido, vale a pena considerar se eles otimizaram completamente a infraestrutura de refrigeração já existente.
"É realmente a base de como você vai alcançar a melhor estratégia de refrigeração para seu data center. Gosto de usar a analogia de resfriar sua casa no verão deixando as janelas abertas. Você fecharia essas janelas antes de ligar o ar-condicionado no nível mais alto para alcançar o ambiente mais fresco possível. É isso que a contenção tradicional de fluxo de ar alcança em um data center", diz Berookhim.
Os benefícios não se limitam ao desempenho térmico. Há também uma vantagem significativa de eficiência energética attached à otimização do fluxo de ar e contenção — e uma financeira também.
A contenção há muito tempo oferece um retorno sobre o investimento convincente através do menor consumo de energia de refrigeração, e essa proposta de valor fica ainda mais forte à medida que as cargas de calor da era da IA aumentam, como Berookhim enfatiza:
"Com as densidades crescentes de racks e cargas de trabalho de IA que estamos vendo em todos os lugares — de operadores hyperscale a ambientes empresariais — os data centers naturalmente se moverão ao longo de uma curva de maturidade de refrigeração, de nenhuma contenção, para contenção de aisles, para trocadores de calor de porta traseira, e eventualmente para refrigeração líquida."
Nesse sentido, a contenção não é simplesmente um precursor para refrigeração mais avançada; é um investimento financeiramente justificável por si só.
Para ilustrar o impacto, Berookhim aponta para um provedor de colocation enfrentando restrições de energia elétrica e custos crescentes de refrigeração. Após implementar contenção de aisle frio com a Legrand, o operador reduziu o consumo de energia a tal ponto que seu proveedor de energia emitiu um crédito — demonstrando como a otimização do fluxo de ar pode se traduzir diretamente em ganhos financeiros e de capacidade mensuráveis.
O modelo foi subsequentemente replicado em outras instalações enfrentando desafios semelhantes, reduzindo os custos operacionais de refrigeração enquanto libera capacidade de energia para equipamentos de TI que geram receita e melhorando o PUE geral.
"Se eles tivessem pensado na contenção como uma opção de integração enquanto pods e gaiolas estavam sendo construídos, teria sido muito mais simples em sua jornada para a eficiência de refrigeração do que quando sua energia estava essencialmente acabando. Não teria levado a esse bloqueio", afirma ele.
A lição aprendida aqui não é pular os fundamentos. A refrigeração líquida desempenhará um papel cada vez mais importante em ambientes de alta densidade, mas não deve vir às custas do gerenciamento fundamental do fluxo de ar.
A ascensão das estratégias híbridas de refrigeração
Para a maioria dos operadores, a modernização da refrigeração é uma jornada incremental, exigindo uma abordagem em fases equilibrando requisitos de risco operacional e investimentos em infraestrutura existente. Beroookhim oferece uma palavra de conselho:
"Dê um passo atrás e entenda como essas cargas de calor realmente parecem no ambiente antes de implementar refrigeração líquida para começar. Mesmo quando a refrigeração líquida é totalmente implementada, ela não oferece 100 por cento de eficiência de refrigeração porque outros componentes geram calor e não recebem o mesmo efeito de refrigeração."
Essa realidade está impulsionando maior interesse em arquiteturas de refrigeração híbridas, particularmente dentro da zona de transição, onde os operadores devem equilibrar desempenho, risco e infraestrutura existente. Uma opção cada vez mais popular é o trocador de calor de porta traseira.
Montado diretamente na parte trás de um rack de servidor, o RDHx captura calor do ar de exaustão ao sair dos servidores e o remove através de um trocador de calor baseado em líquido antes de entrar na sala.
Ao extrair calor no nível do rack, os sistemas RDHx reduzem significativamente a carga sobre a infraestrutura de refrigeração no nível da sala, enquanto mitigam muitos dos desafios de fluxo de ar associados a implantações de maior densidade. Como podem ser retrofitados em instalações existentes ou implantados em novas construções, eles oferecem um caminho escalável para computação de alta densidade sem exigir reformulações de infraestrutura disruptivas.
"Um RDHx é um bom preenchimento de densidade de média faixa — você pode confortavelmente chegar a cerca de 100 quilowatts, dependendo das temperaturas de entrada e saída de água. Eles são uma boa estratégia de transição, pois nem todos os data centers estarão operando na potência mais alta que estamos vendo no mercado hoje, mas também podem suportar as maiores densidades que estão ocorrendo", afirma Berookhim.
Para operadores na zona de transição, o RDHx oferece uma ponte estratégica para expandir a capacidade de refrigeração do white space existente, permitindo densidades mais altas de racks e permitindo que as instalações suportem cargas de trabalho crescentes de IA e HPX sem se comprometer imediatamente com uma implantação totalmente refrigerada a líquido.
Nesses ambientes, tecnologias como contenção, controles de otimização de fluxo de ar e RDHx estão sendo cada vez mais implantadas junto com a refrigeração líquida — não substituídas por ela.
Preparando instalações para futura adoção de refrigeração líquida
À medida que as cargas de trabalho de IA impulsionam as densidades dos racks para cima, o papel da contenção se torna ainda mais importante como base de uma estratégia de refrigeração em fases que pode evoluir de refrigeração a ar para arquiteturas híbridas e, finalmente, refrigeração líquida. A contenção é seu trampolim para tecnologias líquidas. Integre isso em sua jornada para capacidades de carga de calor mais altas.
Para operadores planejando essa jornada, a preparação importa. Trabalhar com parceiros experientes e soluções de infraestrutura agnósticas de refrigeração pode ajudar a garantir que os investimentos de hoje suportem os requisitos de amanhã, permitindo que as instalações escalem à medida que as demandas térmicas aumentam.
"A contenção é seu trampolim para tecnologias líquidas, pois ainda há o risco de que outras fontes de calor possam afetar seu ambiente sem a contenção em mente. Integre isso em sua jornada para capacidades de carga de calor mais altas", sugere Berookhim.
À medida que os operadores viajam ao longo da curva de maturidade de refrigeração, as estratégias mais eficazes não substituirão ar por líquido; elas integrarão ambas. A contenção permanece a tecnologia fundamental comprovada que oferece ganhos de eficiência imediatos enquanto cria um caminho claro para a próxima geração de infraestrutura de alta densidade.
Fonte: DCD
