En los últimos 16 años, la potencia de diseño térmico (TDP) de las GPU se ha cuadruplicado. Con la creciente demanda de IA, computación en la nube y minería de criptomonedas, IDTechEx espera que el consumo de energía de las placas de servidores y centros de datos siga aumentando. Con la vida empezando a volver a la normalidad tras el fin de la pandemia de Covid, IDTechEx ha observado una expansión significativa en la industria de los centros de datos. Por ejemplo, el estado financiero del cuarto trimestre de 2022 de AMD indica un aumento interanual del 42% en los ingresos procedentes de su segmento de centros de datos, lo que indica un rápido crecimiento del mercado. A medida que la industria de los centros de datos prospere, también se espera que el campo de la gestión térmica de los centros de datos experimente un crecimiento significativo. IDTechEx prevé que para 2033, los ingresos anuales globales por hardware de refrigeración líquida para centros de datos superarán los 900 millones de dólares, lo que representa una oportunidad sustancial para las empresas.

La gestión térmica de los centros de datos puede clasificarse a grandes rasgos en dos tipos en función del medio de refrigeración: refrigeración líquida y refrigeración por aire. Aunque la refrigeración líquida ha ganado popularidad en los últimos años, la refrigeración por aire sigue siendo tradicional y el método más utilizado, ya que ofrece varias ventajas:

- Facilidad de uso: Las soluciones de refrigeración por aire son relativamente sencillas de instalar y utilizar. Suelen implicar el uso de ventiladores o disipadores para disipar el calor de los componentes, lo que facilita su acceso y uso. La familiaridad y sencillez de los sistemas de refrigeración por aire los hacen cómodos para los operadores de centros de datos.

- Éxito consolidado: La refrigeración por aire tiene un largo historial de éxitos en la gestión térmica de centros de datos. Muchos usuarios finales de centros de datos han invertido importantes recursos en construir y optimizar infraestructuras refrigeradas por aire.

- Funcionamiento sin líquidos: A diferencia de las soluciones que dependen de refrigerantes y circulación de líquidos, la refrigeración por aire elimina la necesidad de componentes e infraestructura relacionados con líquidos. Esto elimina riesgos como las fugas, los fallos de las bombas o la evaporación del refrigerante. La ausencia de líquido en los sistemas de refrigeración por aire simplifica el mantenimiento y reduce las posibilidades de mal funcionamiento o interrupciones operativas.

Sin embargo, a pesar de las ventajas de la refrigeración por aire, su baja capacidad calorífica específica limita su eficacia a la hora de satisfacer la creciente demanda de refrigeración de los centros de datos modernos. Para hacer frente a este reto, la refrigeración líquida ha surgido como una solución viable. La refrigeración líquida aprovecha la mayor capacidad calorífica específica de los líquidos, lo que los hace más eficaces a la hora de disipar el calor. Hay dos tipos comunes de métodos de refrigeración líquida: refrigeración directa al chip (placa fría) y refrigeración por inmersión.

La refrigeración por placa fría consiste en montar una placa fría directamente sobre las fuentes de calor, como CPU y GPU, con una capa de material de interfaz térmica (TIM) entre ambas. El refrigerante dentro de la cámara de la placa fría absorbe y transfiere el calor fuera de los componentes.

Por otro lado, la refrigeración por inmersión sumerge las fuentes de calor en un refrigerante, lo que permite un contacto directo y una disipación eficaz del calor.

La colaboración entre proveedores de servidores y fabricantes de placas frías ha acelerado la adopción de la refrigeración por placas frías. Se están ofreciendo soluciones integradas (servidores con placas frías instaladas) directamente a los usuarios finales. Aunque la refrigeración directa al chip ha demostrado un gran rendimiento, la escasa experiencia de los usuarios finales en la integración de placas frías en sus servidores de serie ha sido un factor que ha limitado la adopción. Un ejemplo de este tipo de colaboración es la asociación de CoolIT Systems con Intel para desarrollar soluciones de refrigeración direct-to-chip específicamente adaptadas a las CPU Intel Xeon Scalable. Al aprovechar las colaboraciones y las soluciones integradas, los usuarios finales se benefician de la refrigeración por placa fría, incluida la mejora de la eficiencia y la reducción de la efectividad parcial del uso de la energía (pPUE), sin complejidades de integración.

Otra tecnología emergente de refrigeración líquida es la refrigeración por inmersión, que ofrece un excelente rendimiento de disipación térmica con pPUEs tan bajos como 1,01 demostrado. Sin embargo, hay varios problemas que han limitado la adopción generalizada de la refrigeración por inmersión:
Complejidad: La refrigeración por inmersión requiere modificaciones significativas en las placas de servidores existentes. Como los servidores se sumergen directamente en el líquido refrigerante, hay que tener en cuenta factores como la compatibilidad de materiales entre los servidores y los fluidos refrigerantes, lo que añade complejidad y costes adicionales al proceso de implantación.

Falta de experiencia: La refrigeración por inmersión está aún en sus primeras fases, y el mercado carece de suficientes conocimientos y experiencia en la implantación y gestión de esta tecnología.
Costes iniciales y de mantenimiento elevados: Adaptar los centros de datos existentes refrigerados por aire para dar cabida a la refrigeración por inmersión puede resultar caro. La refrigeración por inmersión también tiene el mayor gasto de capital inicial (CAPEX) en términos de coste por vatio. Además, el mantenimiento continuo y los costes operativos también pueden ser más elevados en comparación con otros métodos de refrigeración. Sin embargo, debido a la eficaz disipación del calor, el ahorro de energía a largo plazo hace que la refrigeración por inmersión resulte rentable para los usuarios de centros de datos.
Demanda limitada: Aunque las necesidades energéticas de los centros de datos han ido en aumento, IDTechEx cree que una combinación de refrigeración por aire y refrigeración directa al chip puede satisfacer adecuadamente las demandas de refrigeración a corto y medio plazo para las principales aplicaciones. La necesidad urgente de refrigeración por inmersión no prevalece actualmente en el mercado.

Eficacia parcial del uso de la energía (pPUE) para enfoques de refrigeración de centros de datos. Fuente: IDTechEx

En conclusión, la demanda de mayor capacidad de refrigeración está impulsando el rápido crecimiento de la refrigeración líquida, sobre todo en forma de refrigeración directa al chip/placa fría. Este crecimiento presenta numerosas oportunidades para fabricantes de servidores, operadores de centros de datos, proveedores de fluidos refrigerantes y proveedores de unidades de distribución de refrigerante (CDU)/bombas. Por otro lado, se espera que la refrigeración por inmersión sea adoptada inicialmente por grandes actores como Microsoft y Meta. Sin embargo, la adopción generalizada puede llevar tiempo debido a factores como los elevados costes, los limitados conocimientos técnicos y los requisitos de mantenimiento. La colaboración entre las empresas de la cadena de suministro de la refrigeración por inmersión para centros de datos será crucial para su implantación más generalizada. No obstante, la refrigeración por inmersión ofrece importantes oportunidades a varias empresas, como los proveedores de refrigerantes. Para obtener información más detallada, consulte el último informe de IDTechEx sobre "Gestión térmica para centros de datos 2023-2033".

Autor: Yulin Wang, analista tecnológico de IDTechEx