Calor. El peor enemigo, lo que más limita a un procesador es el calor que genera cuando trabaja a pleno rendimiento. Es lo que provoca que tu ordenador portátil suene como un avión a punto de despegar cuando abres algún juego, y la causa de que uno de los gastos más grandes de un centro de datos sea su refrigeración.
La solución para mitigar este calor ha sido casi siempre la ventilación mediante conductos de aire, con algunos ejemplos más avanzados utilizando conductos de refrigeración líquida. Pero ¿y si pudiéramos ir más allá y directamente sumergir los servidores en recipientes llenos de líquido? Eso es lo que precisamente logra la refrigeración por inmersión, y ya hay varias compañías que lo ofrecen como alternativa.
Sumergir los servidores en líquido ya no es una locura
No, no te lo estás imaginando mal: la refrigeración por inmersión consiste en sumergir servidores enteros en líquido, para que así el calor que generan se transfiera fácilmente a ese líquido y se refrigere con más eficiencia. Microsoft lo ha probado sumergiendo servidores en el mar con resultados positivos, pero en este caso hablamos de hundir los servidores de los centros de datos en tanques llenos de líquido lo suficientemente grandes para que queden completamente sumergidos. He aquí un vídeo de Fujisu mostrando el proceso:
El líquido que se utiliza en estos casos es dieléctrico, lo que significa que es capaz de aislar la corriente eléctrica que necesitan los dispositivos electrónicos (al contrario que el agua, un líquido conductor). Ese líquido puede ser un aceite mineral, agua desionizada o una solución creada específicamente para este uso.
Generalmente podemos clasificar la refrigeración por inmersión en dos grandes tipos: la inmersión por fase simple y la inmersión por fase doble. La inmersión por fase simple utiliza un líquido refrigerante que recibe el calor de los servidores sumergidos y pasa por un circuito hacia otro tanque donde un circuito de agua lo refrigera de nuevo.
Una vez enfriado, el líquido vuelve hacia los servidores para volver a cumplir su función. En este caso el líquido refrigerante no llega nunca a hervir ni a evaporarse, ni tampoco a congelarse. Gracias a ello no hacen falta instalaciones demasiado complejas.
La inmersión de dos fases va más allá: utiliza un líquido dieléctrico con un punto de ebullición bajo frente a los 100ºC del agua) y deja que éste hierva y evapore debido al calor que generan los servidores sumergidos. El vapor que se eleva desde el tanque pasa por unos condensadores, para que ahí vuelva a un estado líquido y "llueva" encima del tanque pudiendo empezar el proceso de nuevo. 3M tiene un vídeo donde podemos ver uno de estos tanques lleno de refrigerante hirviendo:
Este proceso tiene la ventaja de necesitar menos circuitos y válvulas, pero el vapor que se escape de los condensadores provoca pérdidas del líquido. Aún así, compañías como la del vídeo superior anuncian ahorros de costes de energía de hasta un 95%.
Objetivos, ventajas e inconvenientes de la inmersión de servidores
Detalle de una de las soluciones de refrigeración por inmersión de la empresa Submer.
La web de la empresa Submer describe a quién puede ir enfocada este tipo de refrigeración de los servidores: empresas cuyos centros de datos no puedan estar en zonas de clima frío, o personas que necesiten exprimir el rendimiento máximo de sus servidores con actividades como el renderizado de gráficos (ojo a esos servicios de juegos en la nube como GeForce Now o Google Stadia), o bien el minado de criptomonedas que ya vuelve a ser protagonista de un gran consumo de energía.
Esa actividad es precisamente en la que se enfocan otras empresas como SCATE Ventures, quienes ponen encima de la mesa el problema de los chips con cada vez más transistores y más pequeños y que por lo tanto generan cada vez más calor. Promocionan sus métodos de inmersión garantizando de un 25% a un 55% más capacidad de hashing dependiendo de los modelos de servidores que se utilicen gracias a la eficiencia resultante de hundirlos en líquido. Según Fujitsu, la refrigeración por inmersión puede ahorrar incluso un 40% de energía frente a la refrigeración convencional por aire.
La ventaja principal es, pues, evidente: como los servidores se refrigeran mejor, sus chips pueden trabajar a más potencia y ser más eficientes. Además, podemos retirar todos los ventiladores de refrigeración por aire que puedan incluir. Eso a su vez nos da centros de datos silenciosos, y que pueden evitar averías provocadas por polvo, partículas flotantes o vibraciones que provoquen esos ventiladores.
A nivel ambiental, además de la mejor eficiencia en el consumo de energía, también podemos añadir que los líquidos dieléctricos usados pueden ser biodegradables, con una vida útil que puede superar los veinte años y que no contribuyan en absoluto al calentamiento global. Y el mismo hecho de ser un líquido hace que proteja los servidores sumergidos en él de corrosiones que pueden aparecer con el tiempo.
Sin embargo no todo son beneficios. Para empezar, la inversión inicial para tener un centro de datos que refrigere por inmersión es más alta. Y bastante definitiva, porque revertir a refrigeración estándar de nuevo cuesta mucho más por tener que cambiar toda la instalación.
También se requiere más espacio físico en el centro de datos, ya que los servidores pasan de estar colocados horizontalmente en racks a estar sumergidos de forma vertical en tanques (aunque se compensa por no tener que instalar ventilación por aire). Y los tanques llenos de líquido pesarán mucho, de modo que el centro de datos tiene que estar preparado para soportarlo con suelos reforzados si es necesario. Tampoco olvidemos que hay que estar preparados ante cualquier fuga de líquido refrigerante de esos tanques, que puede ser desastrosa.
La compañía de servidores Rittal pone un equilibrio en forma de cifra: cree que la refrigeración por inmersión es rentable sólo en casos de centros de datos que necesiten tener una densidad de servidores tal que consuman 100kW por cada rack. En casos donde las necesidades sean menos estrictas, la refrigeración convencional o la refrigeración líquida son métodos que pueden dar mejores resultados.
Vamos hacia un mundo cada vez más conectado, así que cada vez vamos a necesitar más y más centros de datos que consumirán más energía. Métodos como la refrigeración por inmersión, bien implementados, pueden ser un buen modo de reducir el impacto que comportan todos esos servidores funcionando constantemente.
El artículo se ha editado el 18 de febrero para corregir una confusión: la empresa Submer utiliza líquido de fase simple y no de fase doble.
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