La domanda globale di tecnologie come l'intelligenza artificiale, il calcolo ad alte prestazioni (HPC) e i servizi cloud è in accelerazione, rendendo sempre più cruciale l'efficienza dei sistemi di raffreddamento utilizzati nei data center che supportano tali tecnologie.1
Oggi i data center rappresentano circa l'1,5% del consumo mondiale di elettricità: secondo l'Agenzia Internazionale dell'Energia, entro il 2030 il fabbisogno energetico globale è destinato a raddoppiare proprio a causa di tecnologie come l'IA.2
Direttore EMEA HPC/AI, Lenovo.
L'approccio tradizionale per il raffreddamento dei data center è quello ad aria, basato sull'impiego di grandi ventole all'interno delle strutture e dei singoli dispositivi. Con l'aumentare del fabbisogno energetico, tuttavia, il raffreddamento ad aria fatica a tenere il passo con le esigenze dei data center odierni e futuri.
Il raffreddamento a liquido, che utilizza acqua calda per raffreddare i componenti, si sta affermando come un'importante alternativa, offrendo vantaggi chiave in termini di efficienza e sostenibilità.
Considerando che i carichi di lavoro legati all'intelligenza artificiale richiedono densità energetiche sempre più elevate e che la sostenibilità è ormai centrale nelle strategie infrastrutturali, è fondamentale che i responsabili dei data center compiano scelte informate sul raffreddamento. Di seguito sono riportati i principali vantaggi e svantaggi dei due approcci, analizzati attraverso molteplici fattori.
Efficienza termica
Uno dei principali vantaggi dei sistemi di raffreddamento a liquido risiede nell'efficienza, ambito in cui l'acqua è in grado di offrire prestazioni molto superiori all'aria. L'acqua è oltre 3.000 volte più efficiente dell'aria nel rimuovere il calore, il che significa che gli operatori dei data center devono utilizzare meno elettricità per mantenere freschi i data center e le apparecchiature.
Le tecniche di raffreddamento a liquido, come il raffreddamento diretto al nodo (direct-to-node), possono rimuovere fino al 98% del calore dai server; l'acqua calda può inoltre essere riutilizzata per riscaldare strutture come edifici e persino piscine. Complessivamente, il raffreddamento a liquido può ridurre il consumo energetico fino al 40%.
Sostenibilità
Il raffreddamento a liquido e quello ad aria presentano vantaggi e svantaggi in termini di sostenibilità, sebbene la tecnologia del raffreddamento a liquido si stia evolvendo rapidamente. Il raffreddamento ad aria è altamente energivoro, ma preserva l'acqua.
Il raffreddamento a liquido è più efficiente dal punto di vista energetico, ma i sistemi più vecchi basati sul raffreddamento evaporativo, in cui l'acqua calda viene spruzzata su pannelli per essere raffreddata, devono essere riforniti da fonti esterne.
I sistemi di raffreddamento ad acqua calda limitano la perdita d'acqua e i sistemi più recenti possono accettare temperature d'ingresso elevate, il che significa che viene sprecata meno energia per refrigerare l'acqua.
Le organizzazioni stanno inoltre passando da sistemi a circuito aperto per la gestione del calore (dove l'acqua viene raffreddata tramite evaporazione) a sistemi a circuito chiuso (che rimuovono il calore attraverso uno scambiatore di calore liquido-aria a circuito chiuso) per rendere il raffreddamento a liquido più efficiente e scalabile.
Densità spaziale
I sistemi raffreddati ad aria richiedono uno spazio fisico maggiore per operare e possono supportare fino a circa 70 kilowatt per rack, ma esiste un limite fisico noto come "capacità termica specifica" oltre il quale non possono funzionare.
Le GPU che alimentano le piattaforme di IA richiedono fino a 10 volte più energia rispetto alle CPU tradizionali, contenendo un numero maggiore di transistor: altre caratteristiche progettuali, come lo stacking del silicio in 3D, consentono ai produttori di GPU di inserire più componenti in spazi ridotti.
Ciò aumenta la densità di potenza dei data center, spingendo il raffreddamento ad aria oltre la soglia di viabilità.1 Con data center sempre più densi dal punto di vista energetico, l'aria limita la scalabilità, il che significa che è possibile inserire meno potenza di calcolo nello stesso spazio.
Il raffreddamento a liquido consente ai componenti di girare più velocemente, permettendo ai data center di gestire carichi di lavoro di IA e HPC più intensi e favorendo una maggiore densità di calcolo.
A prova di futuro
Entro la fine di questo decennio, secondo Goldman Sachs, la domanda energetica di tecnologie come l'IA avrà causato un aumento del 160% nel fabbisogno di potenza dei data center. Ciò significa che la maggiore efficienza del raffreddamento a liquido diventerà sempre più importante.
Misurata in PUE (Power Usage Effectiveness), l'efficienza dei data center è data dal rapporto tra la potenza richiesta per far funzionare l'intero data center e il fabbisogno energetico delle apparecchiature IT.
Alcuni data center ottimizzati per il liquido stanno già raggiungendo un PUE di 1,1 o addirittura 1,04, e i clienti potranno anche utilizzare l'acqua calda per riscaldare gli uffici, operazione che sta diventando ancora più semplice con i sistemi più recenti. Con la crescita della domanda di calcolo in tutto il mondo, tali efficienze diventeranno sempre più fondamentali.
Affidabilità e manutenzione
I sistemi di raffreddamento ad aria presentano svantaggi distinti in termini di affidabilità e manutenzione: l'uso delle ventole può esporre l'hardware alla polvere e le temperature tendono a fluttuare maggiormente nei data center raffreddati ad aria, con conseguenze dirette sulla manutenzione.
In linea generale, i sistemi di raffreddamento a liquido richiedono una maggiore competenza per la manutenzione. Tuttavia, la situazione sta cambiando. I moderni sistemi di raffreddamento a liquido sono sicuri, facili da riparare e altamente pratici in un'ampia varietà di ambienti.
I più recenti sistemi raffreddati ad acqua possono operare in molteplici configurazioni per facilitarne l'adozione, inclusi sistemi ibridi che utilizzano sia aria che acqua.