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Aug 08, 2023

Subiendo el poder

Los TDP de la CPU del servidor se dispararán a medida que la IA y otras aplicaciones exijan más energía. John Bean y Alex McManis de GRC le cuentan a DCD cómo el enfriamiento por inmersión los mantendrá frescos El progreso tecnológico, como tantos

Los TDP de la CPU del servidor se dispararán a medida que la IA y otras aplicaciones exijan más energía. John Bean y Alex McManis de GRC le cuentan a DCD cómo el enfriamiento por inmersión los mantendrá frescos

El progreso tecnológico, como tantas otras cosas, normalmente comienza lentamente, pero luego el impulso rápidamente se vuelve imparable: Internet, PC, teléfonos inteligentes, televisores de pantalla plana, etc. Cuando una tecnología alcanza cierto punto en términos de utilidad y precio, la adopción se dispara positivamente.

El enfriamiento por inmersión está ahora a punto de hacer lo mismo. Ha estado mordisqueando el mercado de los centros de datos durante aproximadamente 15 años. Pero con la Ley de Moore cada vez más desafiada por la realidad física y la necesidad de los centros de datos de más potencia informática bruta para ofrecer aplicaciones de IA que consumen muchos recursos, entre otras demandas apremiantes, el enfriamiento por inmersión es una tecnología con una capacidad única que permitirá a los centros de datos cumplir.

“El enfriamiento por inmersión tiene muchos beneficios que van más allá de la densidad. Claro, la densidad significa que podemos lograr kilovatios por rack mucho más altos. Pero la cuestión más importante es el TCO (costo total de propiedad): es más sencillo construirlo sin la ingeniería de flujo de aire que requieren las infraestructuras de refrigeración por aire”, afirma Alex McManis, vicepresidente de Soluciones de Activos Digitales de Green Revolution Cooling (GRC).

“Luego está el ahorro de energía que reduce los costos operativos. Tiene un menor uso de energía de los servidores porque no está ejecutando ventiladores. Y, por último, está la eficacia de la solución de refrigeración a la hora de eliminar el exceso de calor”, añade.

Además, el enfriamiento por inmersión permite capturar y reutilizar más fácil y directamente el calor generado por los servidores, a una temperatura más alta y, por lo tanto, más viable, dice John Bean, director de tecnología (CTO) y vicepresidente de ingeniería de GRC.

Además, las soluciones de refrigeración por inmersión monofásica ofrecidas por GRC y otros proveedores también son más fáciles de usar que los enfriadores de inmersión de dos fases más complejos que también están disponibles en el mercado, añade.

“Al principio de mi carrera me centré en enfriadores de mainframe. He estado involucrado en Open Compute Project (OCP) y ASHRAE, y he visto cómo la promesa de la inmersión continúa creciendo. Me resultó evidente que el enfriamiento por inmersión monofásico era probablemente un camino más práctico que el enfriamiento por inmersión en dos fases. Si bien no existe una solución perfecta, en términos de la amplitud de implementaciones posibles, la monofásica simplemente parece mejor”, afirma Bean.

Estos roles gemelos de CTO e ingeniería significan que Bean tiene que centrarse tanto en cuestiones de ingeniería prácticas e inmediatas en nombre de la creciente lista de clientes y socios tecnológicos de GRC, como en las tecnologías e innovaciones a largo plazo que darán forma al futuro de la inmersión. enfriamiento.

“Como CTO de tecnología, estoy más centrado en las tecnologías futuras, la innovación y la comprensión del mercado. Como líder de ingeniería, me ocupo más de la implementación y ejecución de esas aspiraciones desde un punto de vista técnico. Por lo tanto, no sólo se trata de establecer el camino tecnológico, sino también de implementarlo”, afirma.

De hecho, Bean es una de las personas clave que ayudan a decidir la dirección que tomarán los esfuerzos de investigación y desarrollo de GRC en los próximos años, lo que significa que tiene una idea considerablemente mejor que la mayoría de lo que depara el futuro para el enfriamiento por inmersión.

Mientras que una CPU de PC típica funciona con alrededor de 65-105 vatios, las CPU de servidor respaldadas hoy por refrigeradores de inmersión están diseñadas para funcionar con hasta 400 vatios, exprimiendo mucho más rendimiento del silicio. La investigación y el desarrollo que lleva a cabo el equipo de Bean en GRC tienen como objetivo brindar soporte para CPU de servidor que funcionen hasta 1000 vatios, mucho más allá de lo que incluso las soluciones refrigeradas por aire más avanzadas serán prácticamente capaces de soportar.

Hay una serie de áreas a las que se dirige la investigación y el desarrollo de GRC.

“Vemos innovaciones en términos de cómo gestionamos el flujo de fluido alrededor del servidor, asegurándonos de que obtengamos un buen movimiento fluido en estas CPU o GPU de mayor flujo de calor. Hay una serie de tecnologías emergentes sobre las que contamos con propiedad intelectual para hacerlo. Esperamos ampliar nuestra cartera para gestionarlo”, afirma Bean.

“También habrá cambios continuos en los fluidos. Pero esas no serán necesariamente las palancas más importantes. Creo que lo más importante será simplemente que fluya mejor a través de las superficies de transferencia de calor (o a través de ellas).

Otros medios incluyen desarrollos en materiales de interfaz térmica, diseño mejorado de disipadores de calor, etcétera; La investigación para mejorar los materiales de interfaz térmica que se comportan bien térmicamente también debe equilibrarse con una buena compatibilidad de los materiales”, afirma Bean.

Por lo tanto, GRC también está reexaminando la tecnología de disipadores de calor, donde Bean cree que nuevos diseños que cuestionen antiguas suposiciones podrían impulsar mejoras radicales. Cita una investigación publicada recientemente que indica que los disipadores de calor con cámara de vapor superan a los disipadores de calor convencionales con tubos de calor (para transportar el calor de manera uniforme) integrados en ellos.

Los fluidos, por supuesto, son uno de los elementos clave de los sistemas de refrigeración por inmersión. Los fluidos de enfriamiento por inmersión monofásicos son, naturalmente, más estables que los fluidos utilizados en sistemas bifásicos, porque en dos fases es el efecto de ebullición el que se utiliza para afectar la transferencia de calor. Esto también hace que estos sistemas de refrigeración (y los servidores que enfrían) sean más difíciles de ejecutar y mantener.

Pero incluso entre los sistemas de enfriamiento por inmersión monofásicos, existe una amplia variedad de líquidos que se pueden usar y se están realizando investigaciones para crear fluidos aún más adecuados para la transferencia de calor.

"En este momento, normalmente utilizamos un hidrocarburo sintético de polialfaolefina (PAO), aunque tenemos algunos socios que utilizan GTL (transformación de gas a líquido)," dice Bean.

“Estos fluidos se formulan y refinan según diferentes metodologías, ya sea centrándose en su conductividad térmica o en sus coeficientes de expansión. Pero hay una serie de características que se pueden modificar un poco, de una forma u otra, que pueden hacer que ese fluido se adapte mejor, por ejemplo, a la transferencia de calor”, dice Bean.

Desarrollar fluidos para la tecnología de enfriamiento por inmersión, en algunos aspectos, es tanto un arte como una ciencia: algunos ajustes pueden mejorar la transferencia de calor a expensas de la viscosidad, por ejemplo, lo que luego puede afectar el flujo del líquido. Es el conocimiento del equipo de GRC lo que puede unir todo eso para impulsar mejoras generales en el rendimiento.

“Hemos estado usando un socio fluido desde hace algunos años y hemos pasado de usar su PA-06 a PA-05 y luego a PA-04; eso es básicamente viscosidades cada vez más bajas. Según nuestras propias pruebas, al pasar de PA-06 a PA-04, vimos una mejora del seis al siete por ciento en el coeficiente de transferencia de calor. Eso no es trivial”, afirma Bean.

Se trata de este tipo de mejoras incrementales en todos los elementos del enfriamiento por inmersión: materiales de interfaz térmica y diseño del disipador de calor; dinámica de fluidos, química y viscosidad, que GRC planea impulsar en los próximos años y que, en conjunto, impulsarán un cambio revolucionario en el enfriamiento por inmersión.

El papel del servidor también será un factor crítico en la efectividad de la inmersión, posiblemente el más importante. Los servidores actuales están diseñados para funcionar con aire y modificados para sumergirse en sistemas GRC. Sabemos que los servidores diseñados específicamente para la inmersión permitirán enormes mejoras incrementales en el impacto de la inmersión. ¡Y sabemos que el servidor en sí costará menos y contribuirá a los beneficios del TCO al pasar del aire y otras tecnologías a la inmersión!

Además, agrega Bean, si bien es innegable que las empresas de enfriamiento por aire tienen una ventaja de más de 20 años, los fundamentos científicos tanto del enfriamiento por aire como del enfriamiento por inmersión son similares: Bean, que se unió a GRC en 2021, busca aplicar esas décadas de lecciones aprendidas. a la tecnología de enfriamiento por inmersión, pero en los próximos años, no décadas.

"Aún queda una larga pista delante de nosotros", dice Bean. "Y en realidad sólo estamos al comienzo del viaje".

En otras palabras, sería prudente estar atento a algunas de las investigaciones y el desarrollo que surgirán de GRC y otras empresas involucradas en el enfriamiento por inmersión, ya que la transición del enfriamiento por aire a la inmersión ahora está comenzando a calentarse.

Para obtener más información sobre el futuro del enfriamiento por inmersión, consulte el último documento técnico de GRC, El futuro del enfriamiento por inmersión: el camino hacia la refrigeración de chips de 1000 W y más allá.

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