1. Saiba porque precisamos de soluções sustentáveis para refrigerar data centers.
  • Saiba porque precisamos de soluções sustentáveis para refrigerar data centers.

    abril 29, 2019

    Inside a data center

    • A partir do momento em que acordarmos, muitos de nós sentem necessidade de se conectar.

      Nos Estados Unidos as pessoas passam mais de 5 horas por dia em seus celulares e 80% deles dão uma olhadinha em seus smartphones nos primeiros 15 minutos depois de acordar. Já na Polônia, quase três quartos da população dormem com seus aparelhos ao lado da cama.

      A necessidade de se conectar é diária e constante.

      No Brasil, passamos mais de 4 horas online em nossos celulares. É por isso que dormimos com os celulares ao lado da cama e não desgrudamos durante todo o dia. Isso é uma tendência mundial. Está acontecendo!

      E para isso funcionar? Depende do que?
      Muita, mas muita energia.

      Com a geração cada vez maior de dados, os datas centers tem que se esforçar para acompanhar o ritmo do mundo. "Esse fenômeno de consumo cada vez maior de dados vem acompanhado não só de grandes oportunidades, mas também desafios", diz Laura Nereng, Líder de sustentabilidade do Grupo de Negócios de Transporte e Eletrônicos, da 3M. Os Data Centers armazenam todas as informações que recebemos e enviamos diariamente da internet. Isso significa que o simples ato de checar suas mensagens depende do funcionamento deles, que por sua vez depende de estudos, de avanço de tecnologia, de operação 24 horas por dia, que, necessariamente depende de energia.

    • Demanda energética em data centers
      Fonte: https://www.clarke-energy.com/natural-gas/data-centre-chp-trigeneration/

      Mas afinal, você sabe porque precisamos de soluções sustentáveis para refrigerar os data centers? Assim como a maioria das coisas da vida, a tecnologia tem processos cíclicos, ou seja, um ponto se liga a outro, que depende de outro e fecha um ciclo que precisa ser respeitado e conectado. Essa ideia de interconexão não é diferente para o nosso dia-a-dia, como por exemplo, usar o celular logo quando acordamos está ligado à inúmeros estudos e aplicações em lugares inimagináveis.

      O desafio é a quantidade enorme de energia que os data centers consomem para funcionar, que é também o maior impacto ambiental da existência dessas super máquinas. O laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA estima que os data centers sejam responsáveis por cerca de 2% do uso de eletricidade nos Estados Unidos, representando um grande aumento em relação aos 0,8% nos anos 2000. "Se pensar nisso, 2% parece um número pequeno, mas é mais energia do que a maioria dos estados usa", diz Dale Sartor, cientista do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley.

      Mas porque?

      “Os data centers estão sempre ligados e estão sempre consumindo energia,” diz Lucas Beran, analista de pesquisa sênior da IHS Markit.

      E sabe qual o processo que demanda mais energia? O resfriamento dos equipamentos (rack de servidores).

      Alguns estudos indicam que em 2020 os data centers consumirão cerca de 73 bilhões de quilowatts/hora por ano – isso é mais ou menos a quantidade de energia usada por 7 milhões de domicílios.

      Essa é uma preocupação mundial. “O consumo de energia dos data centers na Europa era aproximadamente o equivalente ao consumo de Portugal inteiro”, afirma Zahl Limbuwala, fundador da Romonet, uma empresa que presta serviços de software de análise preditiva para data centers.

      Esse consumo de energia aumenta conforme a quantidade de data center e consequentemente a sua densidade energética, ou watts por rack de servidores. “Essa densidade de energia resulta em calor”, explica Bruce Taylor, vice-presidente executivo da Data Center Dynamics, na América do Norte. “Se você voltar 10 anos, os data centers empresariais de médio porte tinham um bom desempenho, rodando a cinco quilowatts por rack de servidores”, diz ele. “Os equipamentos de hoje frequentemente têm 15 quilowatts por rack ou mais. Espera-se aumentar ainda mais e chegar a 100 quilowatts por rack”.

      O futuro está batendo na porta com muita energia para gastar. É por isso que chegamos à um ponto que é extremamente necessário uma solução para o consumo energético dos data centers.

    • Resfriamento de data centers

      O mundo todo está com essa pergunta na cabeça e tem trabalhado ideias para aumentar a potência de uso diminuindo o consumo energético, sobretudo, o uso excessivo de recursos naturais. Ao mesmo tempo que a tecnologia avança e usamos cada vez mais nossos nossos smartphones, os recursos preciosos são utilizados e a solução precisa aparecer.

      O resfriamento de equipamentos eletrônicos na operação dos data centers representa a maior parte dos custos de operação. “Cerca de 38% da energia necessária para a operação é aplicada ao resfriamento de equipamentos”, diz Laura. “É isso que queremos abordar. Essa é a ineficiência do sistema nesse caso.”

      Como resolver o problema, se precisamos que os data centers funcionem ininterruptamente?

      “Os chips nos supercomputadores geram uma quantidade enorme de calor e sem um resfriamento eficiente, as temperaturas dentro desses dispositivos sobem e eles se tornam menos eficientes”, afirma Phil Tuma, especialista em desenvolvimento de aplicação avançada que trabalha com fluidos de transferência de calor para data centers na 3M. “Em algum ponto, eles simplesmente não vão poder operar sem refrigeração”.

    • “We’re coming to a crossroads where we’re going to need something new and different to help maintain and reduce that energy footprint.” - Lucas Beran, senior research analyst, IHS Markit

      Inovações em resfriamento

      É por isso que empresas do mundo todo estão pensando em como encontrar soluções inovadoras para refrigeração de Data Centers. “Proprietários e operadores de data centers estão cada vez mais preocupados com os custos de energia e com o que pode ser feito para economizar”, diz Dale do Laboratório Berkeley.

      “Tudo o que estamos fazendo para reduzir o consumo energético dos data centers é ótimo, e continuamos a fazer avanços, mas estamos chegando a uma encruzilhada onde precisaremos de algo novo e diferente para ajudar a manter e reduzir esse consumo”, acrescenta Lucas da IHS Markit.

      Inovadores em todo o mundo estão usando de criatividade a fim de encontrar soluções para resfriamento de Data Centers, tais como instalá-los em subsolos ou em regiões naturalmente geladas como o Círculo Polar Ártico.

      “É interessante observar o que faríamos para tentar refrigerar os data centers de maneira eficiente”, diz Laura da 3M. “Essas ideias são a prova viva de que é necessária uma mudança de tecnologia de resfriamento.”

      Apesar de algumas dessas soluções serem muito originais, Laura diz que elas não atenderão completamente às necessidades do futuro. “Sabendo onde os dados precisam estar localizados para atender aplicações de baixa latência e em tempo real, os data centers não podem ficar no subsolo em algum lugar no meio do nada”, diz ela. “À medida que os aplicativos se desenvolvem cada vez mais, haverá uma maior necessidade de que os data centers estejam localizados em grandes centros urbanos”. Futuramente, alguém ficaria confortável em saber que seu carro autônomo é controlado por um centro de processamento de dados distante ou debaixo da terra? A informação que permite que o veículo funcione precisa ser recebida rapidamente e de uma fonte próxima.

      Ainda assim, o resfriamento por ar é a tecnologia mais utilizada atualmente. É ideal para data centers menores e supercomputadores. É confiável, mas também ineficiente. Já que funciona basicamente com troca de ar, como um ar-condicionado. Se ele gasta muita energia na sua casa, imagina em uma instalação com um milhão de metros quadrados.

    • An IT specialist reaches into the floor of a data center, where fans are stored

      Resfriamento a ar

      Uma das soluções apresentadas é o resfriamento a ar, usada pela maioria dos líderes do setor. “O resfriamento a ar é o método predominante de resfriamento em data centers”, diz Phil. “O ar flui através dos servidores. Ele esquenta e geralmente é re-circulado e resfriado por um gás ou líquido refrigerante”.

      “A maioria dos data centers usa o que chamamos de “unidades CRAC”, sigla em Inglês para “ar condicionado em salas de computadores”. Esses são equipamentos são como um ar condicionado, que usam uma substância refrigerante e um compressor para extrair o calor do ambiente e bombear o ar frio para o piso falso. Então, esse ar frio é distribuído para os equipamentos de TI”, acrescenta Dale do Laboratório Berkeley.

      Esse tipo de resfriamento pode ser interessante para Data Centers menores e supercomputadores, mas não é eficiente para uma instalação de mais de um milhão de metros quadrados, por exemplo.

      "Sem dúvida há um limite para o que você pode fazer com a refrigeração a ar", diz Bruce. “Embora haja muita confiança neste tipo de tecnologia, por natureza, ela ainda é ineficiente,”.

    • Inside a data center

      Resfriamento a água

      Temos então o elemento que dá vida a tudo: a água.
      O sistema de resfriamento a água segue o princípio que se usava nos anos 70 com os computadores mainframe. Simples e direto: o sistema troca a água quente por água fria em um ciclo constante, afirma Bruce.

      “A água esquenta e é bombeada para fora do servidor, resfriada e recirculada”, explica Phil da 3M.

      Mas como nem tudo são flores, essa solução carrega dois riscos pelo cano.

      Assim como a refrigeração a ar, o resfriamento a água tem suas desvantagens. “Existem limitações à densidade energética que pode ser obtida com o resfriamento a água”, afirma Phil. “Pode haver risco de vazamento e de entrada de água nos equipamentos, causando possíveis curto-circuitos”.

      Além disso, muitas vezes a água evapora para fornecer resfriamento. “A água é muito eficiente para o resfriamento de data centers, mas existe uma preocupação com a quantidade de água que os data centers estão usando”, diz Lucas.

      Estudos mostram que nos EUA se gasta 165 milhões de galões de água para essa prática. O que daria para encher 8 milhões de piscinas médias. Assustador, não?

    • Immersion cooling

      Resfriamento por imersão

      Vamos então para outra possibilidade: o resfriamento por imersão.

      Esta é a razão pela qual o setor de data centers está explorando outras soluções de resfriamento, como o resfriamento por imersão com outros fluidos que não sejam a base de água.

      “Quando aperfeiçoado, o fluido, em teoria, deve ser muito mais resiliente que o ar", diz Bruce, da Data Center Dynamics. “Tem menos peças mecânicas e menos componentes eletrônicos. Nesse processo, tudo está em uma escala diferente.”

      Sabemos o que você está pensando: fluidos e servidores não devem se misturar, mas os cientistas da 3M utilizam o resfriamento por imersão em fluidos não condutivos. Esses fluidos são compatíveis com os equipamentos de TI e os refrigera através de contato direto.

      Funciona assim: o líquido é bombeado através de um circuito fechado, e à medida que ele esquenta, ele é refrigerado neste circuito e volta novamente para o servidor. Sim, acredite se quiser, mas ele não evapora com o calor das máquinas! Incrível!

      Os benefícios? “É a tecnologia ideal para as densidades de energia de hoje”, afirma Phil. “Se você for adaptar um hardware projetado para refrigeração a ar, geralmente é preciso muito líquido para submergi-lo. A imersão monofásica é muito eficiente para refrigerar esse tipo de hardware”.

      Phil diz que a cada dia que o setor busca densidades energéticas maiores, o resfriamento por imersão bifásica se torna atraente. “Existe uma densidade na qual a imersão monofásica não é mais viável, porque a engenharia e a energia da bomba necessárias para garantir que o líquido flua para onde precisa ir se tornam muito grandes”, diz Phil. “Portanto, a imersão Através do método de convexão do fluidose torna muito mais atraente nessa densidade”.

      Em sistemas de refrigeração por imersão bifásicos há uma mudança de fase do fluido. Os equipamentos eletrônicos trabalham submersos no fluido 3M. Este fluido capta o calor gerado pelos equipamentos e alcança seu ponto de ebulição. Este vapor gerado é condensado por um trocador de calor e volta ao seu estado líquido natural. Este método de troca de fases é mais eficiente energeticamente do que o método monofásico.

      “Um sistema resfriado por imersão usando os fluidos 3M é projetado para se utilizar 100% dos equipamentos de um Data Center e colocá-los em apenas 10% de espaço, comparado com projetos de resfriamento convencionais. Em vez de espalhar os componentes eletrônicos para poder refrigerá-los do ar, os equipamentos eletrônicos são compactados num espaço menor, pois são refrigerados através do fluido 3M “É uma solução prática que pode ser usada em qualquer geografia”, explica Laura.

      Resumindo: Esta tecnologia 3M oferece melhor densidade energética, maior poder de processamento por metro quadrado e design totalmente simplificado.

    • O futuro do resfriamento por imersão em líquido

      Phil acredita que o resfriamento por imersão em fluido está caindo no gosto dos profissionais do setor porque oferece benefícios que outras tecnologias não são capazes de oferecer.

      “Temos a melhor densidade de energia somado à melhor eficiência energética dos equipamentos em um design bem simplificado”, diz Phil. “Essas coisas são um bom sinal para a tecnologia no futuro”.

      Aonde isso vai nos levar? Você pode ver o resfriamento por imersão deixar sua marca na computação de alto desempenho.

      “Já estamos trabalhando com parceiros que têm o know-how de construir unidades de Processamento Gráfico de altíssima densidade”, diz Phil. Considerando que hoje unidades de Processamento podem ser altamente compactas, esses equipamentos oferecem um vislumbre de futuras implementações em Machine Learning, inteligência artificial, blockchain e veículos autônomos. “O resfriamento por imersão possibilitará que esses tipos de tecnologia sejam implantados em ambientes de alta densidade, onde os custos com energia e imóveis são altos”, diz Phil. “Essas são as aplicações onde acreditamos que o resfriamento por imersão fará sua próxima estreia”.

      Gostou? Tem mais: você pode assistir o vídeo abaixo e ver na prática como o resfriamento por imersão funciona.

    webLoaded = "false" Loadclientside=No
    View Video

    webLoaded = "false" Loadclientside=No

    Nota: As opiniões e os pontos de vista expressos não indicam nem refletem necessariamente os do governo dos Estados Unidos, do Departamento de Energia, dos membros do conselho da Universidade da Califórnia ou do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, e não devem ser usados para fins de propaganda ou aprovação de produtos.