Il raffreddamento a liquido è un tema di crescente rilevanza per gli operatori di data center che stanno pianificando l’evoluzione delle loro infrastrutture al fine di rispondere alle esigenze dei carichi di lavoro ad alta densità come quelli AI: ecco le risposte di Schneider Electric alle domande più frequenti sulle nuove frontiere del cooling.
Non tutti sanno che il cuore dello sviluppo delle tecnologie di raffreddamento per il mondo data center offerte da Schneider Electric è italiano: a Conselve (PD), infatti, ha sede l’azienda in cui – oltre ad attività di produzione – sono ospitati i laboratori di Ricerca & Sviluppo sul tema, oggi concentrati sull’affrontare le nuove sfide del raffreddamento di ambienti IT ad elevate densità, con le loro richieste e caratteristiche tecniche specifiche, coniugando le soluzioni proposte con l’esigenza di sostenibilità e contenimento dei consumi energetici nell’era dei data center AI – Ready.
In questo contesto il raffreddamento a liquido assume sempre maggiore importanza. Quasi ogni giorno l’aumento sostanziale di elaborazione dati per addestrare le AI porta ad aumentare la cosiddetta “densità” ovvero la quantità massima di calore che ogni rack dissipa. Maurizio Frizziero, Direttore Cooling Innovation & Strategy di Schneider Electric, pone l’accento su questa sfida e propone alcune risposte alle domande più comuni.
“Le tecnologie di raffreddamento ad aria possono essere migliorate e potenziate ma oltre ad un certo livello di densità non potranno essere più sufficienti e sarà necessario adottare il liquid cooling. Per gli operatori il punto cruciale è individuare la strategia e il momento giusto per evolvere considerando poi che il ciclo di vita dell’infrastruttura che serve di un datacenter è di molti anni” spiega Frizziero.
“Oggi nel liquid cooling si vedono soprattutto opportunità legate all’efficienza energetica, per la riduzione dei consumi: domani sceglierlo diventerà non solo un fattore distintivo nel percorso di crescita sostenibile ma anche una necessità tecnica. Il raffreddamento ad aria resterà sempre comunque un elemento presente nel ‘sistema’ cooling, a supporto e integrazione laddove si scelgano di adottare dei modelli ibridi o si utilizzino sistemi ‘cold plate’”.
Per aiutare gli operatori data center a orientarsi nel nuovo scenario, Schneider Electric ha elaborato una sintetica “guida” con le risposte alle domande più frequenti.
1. Con l’accelerazione dell’adozione dell’AI, quanto è urgente la necessità di server raffreddati a liquido?
Il crescente interesse delle aziende per l’implementazione di applicazioni AI sta accelerando la domanda di server raffreddati a liquido. I liquidi sono in grado di dissipare il calore meglio dell’aria e già oggi molti dei nuovi chip utilizzati per le soluzioni AI non possono essere raffreddati solamente ad aria. Per questo motivo, gli operatori dei data center devono costruire rapidamente le infrastrutture per supportare i server raffreddati a liquido. Sebbene infatti il raffreddamento a liquido sia stato considerato per anni un’opzione, l’intelligenza artificiale sta agendo da catalizzatore tecnologico, imponendolo come una necessità.
2. Quali sono le forme di raffreddamento a liquido utilizzate?
L’architettura più diffusa attualmente prevede il collegamento di una piastra fredda (cold plate) a un componente, come un processore o una memoria. L’acqua trattata, inviata alla piastra, assorbe il calore e lo trasferisce attraverso il circuito del sistema di raffreddamento tecnologico (TCS) e, a sua volta, a un’unità di distribuzione del liquido (CDU, coolant distribution unit) che ha tre funzioni principali: separare il circuito idronico dei server da quello del sistema di dissipazione del calore, preservando i server stessi, controllarne la temperatura e la quantità di fluido distribuito ai server.
Sebbene il fluido più diffuso sia quello a base d’acqua, tipicamente glicole propilenico al 25% (PG25), è anche possibile utilizzare un fluido ingegnerizzato che “bolle” all’interno della piastra fredda e viene poi condensato all’interno della CDU.
Le piastre fredde assorbono la maggior parte del calore del server attraverso un liquido, ma il raffreddamento ad aria è comunque necessario a complemento. La percentuale richiesta dipende dalla tipologia di server ma l’incremento della quantità di calore atteso è così elevato che, anche se copre una percentuale del totale, la “quantità” di raffreddamento ad aria richiesta sarà superiore a quanto utilizzato mediamente oggi dal solo raffreddamento ad aria (A titolo di esempio si può considerare che oggi un valore medio di densità è 20kW/rack. Anche se il raffreddamento ad aria complementare dovesse coprire il solo 30%, considerando che le prossime densità potranno essere superiori a 100kW/rack, la porzione ad aria sarà 30kW, superiore a quella odierna, quindi!).
Un altro metodo è il raffreddamento a immersione diretta che consiste nel collocare il server in uno chassis o in un “serbatoio” riempito di liquido dielettrico per raffreddare l’intero server. Il liquido dielettrico, solitamente un olio sintetico, rimuove tutto il calore. Sebbene questo metodo non sia attualmente così popolare come la piastra fredda – principalmente in quanto non integrabile in sistemi ibridi e richieda un completo ridisegno della sala server – presenta alcuni vantaggi come l’assenza di flusso d’aria e l’elevata stabilità termica dell’intero server che lo rendono sicuramente una tecnologia interessante.
3. Come si può supportare l’implementazione nel data center esistente di raffreddamento a liquido per i server AI ad alta densità?
Il “cuore” del sistema è la Coolant Distribution Unit e il punto da considerare è l’esistenza o meno di un circuito idronico a servizio dell’infrastruttura. Sebbene sia preferibile collegare la CDU ad un sistema di raffreddamento dedicato, così da ottimizzare le temperature in gioco, gli spazi e i costi rendono talvolta preferibile collegare una CDU a un circuito idronico esistente, in modo da consentire al calore del circuito di entrare direttamente nel sistema di raffreddamento della struttura.
Esiste però anche una soluzione quando non sia disponibile o installabile un collegamento al sistema idronico o quando vi siano pochi rack raffreddati a liquido. L’operatore può utilizzare una CDU, definita Liquid to air, che riemette il calore del liquido nell’aria. Nella costruzione di un nuovo data center, gli operatori dovranno progettare i loro sistemi idronici al fine di supportare in modo ottimale il raffreddamento a liquido.
4. Che cos’è una CDU e qual è la sua funzione?
La CDU, o unità di distribuzione del fluido di raffreddamento, controlla la temperatura, le caratteristiche chimiche e il flusso del liquido al server da raffreddare. Le CDU svolgono una funzione simile a quella di un trasformatore che regola la tensione. In questo caso, la CDU utilizza uno scambiatore di calore e delle pompe per regolare il flusso e la temperatura del liquido fornito all’apparecchiatura per il raffreddamento. Inoltre, le CDU isolano il circuito TCS (Technology Cooling System) dai sistemi dell’impianto grazie allo scambiatore di calore integrato.
5. Come pianificare il raffreddamento ad aria o liquido in un nuovo data center?
È importante considerare che i data center non saranno raffreddati al 100% a liquido, anche se il raffreddamento a liquido sta diventando un must per gli ambienti ad alta densità. La sfida per i progettisti consiste nel creare flessibilità nei loro impianti di raffreddamento. Presto questo tipo di approccio diventerà più facile grazie all’introduzione di apparecchiature di raffreddamento che consentono di passare dal raffreddamento ad aria a quello a liquido. La possibilità di passare da un sistema all’altro non solo garantirà la necessaria flessibilità, ma anche l’efficienza adeguata per sostenere le strategie di sostenibilità dei data center.
6. È possibile avere server raffreddati a liquido al 100% in free cooling?
Sì, questo è possibile, ma dipende dai requisiti del server e dal clima del luogo dove si trova il data center. Il free cooling utilizza l’aria esterna per abbassare la temperatura del fluido utilizzato per il raffreddamento a liquido. L’uso dell’aria esterna è un metodo di raffreddamento più economico e adatto a luoghi con temperature più basse. Tuttavia, l’acqua utilizzata per il raffreddamento dei chip non deve essere necessariamente fredda. A seconda del processore in uso sono accettabili temperature superiori a 38° gradi. Ciò significa che è possibile utilizzare il free cooling anche con temperature “calde”, fatto importante che aiuta a controllare i costi di raffreddamento dei data center e a migliorare la sostenibilità complessiva.
Maggiore è la capacità di calcolo del server e la relativa densità, minore sarà la temperatura dell’acqua richiesta. Le temperature variano dagli attuali 20-22°C con il raffreddamento ad aria, fino a 40°C con il liquido, a bassa densità, per poi tornare a temperature più simili alle attuali con i nuovi server e GPU. Questa è la ragione principale per cui non si parla più di decarbonizzazione, ma di crescita sostenibile, grazie al liquid cooling.
L’adattamento alle crescenti esigenze generate dall’intelligenza artificiale continuerà a essere una sfida per gli operatori di Data Center. Per supportare queste sfide, Schneider propone soluzioni e strumenti dedicati per aiutare la transizione verso data center pronti per l’IA.
