Lo strano mondo del raffreddamento a liquido per i data center

Quando si tratta di PC desktop ad alte prestazioni, in particolare nel mondo dei giochi, il raffreddamento ad acqua è popolare ed efficace. Tuttavia, nel mondo dei data center, i server si affidano il più delle volte al tradizionale raffreddamento ad aria, in combinazione con enormi sistemi AC che mantengono le sale server alla temperatura appropriata.

Tuttavia, anche i data center possono utilizzare il raffreddamento ad acqua! Semplicemente non sempre sembra proprio come ti aspetteresti.

Il raffreddamento è di fondamentale importanza per i data center. Lasciare che l'hardware si surriscaldi aumenta i tassi di guasto e può persino influire sulla disponibilità del servizio. Utilizza inoltre un'enorme quantità di energia, poiché il raffreddamento rappresenta fino al 40% del consumo energetico in un data center medio. Ciò si ripercuote anche sui costi di gestione, poiché l'energia non è economica.

Pertanto, qualsiasi miglioramento in termini di efficienza nel raffreddamento di un data center può comportare numerosi vantaggi. Oltre al semplice miglioramento dell’affidabilità e alla riduzione delle emissioni attraverso un minor consumo di energia, ci sono anche vantaggi in termini di densità. Quanto più efficace è il raffreddamento disponibile, tanto più server e potenza di elaborazione possono essere inseriti in un dato ingombro senza incorrere in problemi di surriscaldamento.

Le tecniche di raffreddamento ad acqua e liquido possono potenzialmente offrire un cambiamento radicale nelle prestazioni rispetto al tradizionale raffreddamento ad aria. Ciò è dovuto al fatto che l'aria non ha una grande capacità termica rispetto all'acqua o ad altri liquidi refrigeranti speciali. È molto più semplice trasferire una grande quantità di calore in un liquido. In alcune giurisdizioni si parla addirittura di utilizzare il calore di scarto dei data center per fornire il teleriscaldamento, il che è molto più semplice con una fonte di liquido caldo che trasporta il calore di scarto rispetto all’aria calda.

Tuttavia, il raffreddamento a liquido presenta anche degli inconvenienti. Le perdite possono danneggiare i componenti elettronici se non gestite correttamente e tali sistemi in genere presentano una complessità aggiuntiva rispetto al funzionamento di semplici ventilatori e sistemi di condizionamento dell'aria. Naturalmente, il miglioramento delle prestazioni di raffreddamento comporta un compromesso, altrimenti sarebbe già la norma.

L'approccio più ovvio al raffreddamento ad acqua per un data center sarebbe quello di sostituire le ventole di raffreddamento nei server con blocchi d'acqua e collegare i rack ai circuiti di raffreddamento ad acqua. Ciò è realizzabile, poiché alcune aziende offrono blocchi di raffreddamento direct-to-chip che possono quindi essere collegati a un circuito di raffreddamento a liquido più ampio in un server rack di supporto. È la stessa teoria del raffreddamento ad acqua di un PC desktop, sostituendo invece ventole e dissipatori di calore con blocchi d'acqua. Questo metodo di raffreddamento diretto ad acqua dei server ha il vantaggio di poter estrarre molto calore, con alcune affermazioni fino a 80 kW per rack.

Tuttavia, questo approccio presenta diversi inconvenienti. Richiede l'apertura e la modifica dei server prima dell'installazione nel rack. Ciò non è auspicabile per molti operatori e qualsiasi errore durante l'installazione può introdurre difetti la cui correzione è costosa in termini di tempo e attrezzature. L'assistenza e la manutenzione sono complicate anche dalla necessità di interrompere i collegamenti di raffreddamento ad acqua durante la rimozione dei server, sebbene ciò sia in qualche modo alleviato da speciali raccordi a connessione rapida "antigoccia".

Un metodo meno invasivo prevede l'utilizzo di normali server raffreddati ad aria che vengono posizionati in appositi rack raffreddati ad acqua. Questo metodo elimina qualsiasi necessità di modificare l'hardware del server. Invece, gli scambiatori di calore aria-acqua montati sul retro del server rack assorbono il calore dallo scarico del server caldo e lo scaricano nel liquido di raffreddamento. L'aria di scarico viene quindi raffreddata e ritorna nell'ambiente, mentre il liquido refrigerante porta via il calore disperso. Le torri di raffreddamento sul tetto, come quelle raffigurate all'inizio di questo articolo, possono quindi essere utilizzate per estrarre il calore dal liquido di raffreddamento prima che venga restituito. Non è efficace quanto catturare direttamente il calore da un waterblock su chip, ma si sostiene che tali sistemi possano estrarre fino a 45 kW di calore per rack.

Oltre a utilizzare hardware non modificato, il sistema riduce significativamente il pericolo di perdite. Eventuali perdite si verificheranno nella parte posteriore del rack del server, anziché direttamente sui circuiti stampati del server. Inoltre, i sistemi in genere funzionano a pressione negativa, quindi l'aria viene aspirata da eventuali fori o tubi danneggiati, anziché consentire la fuoriuscita di liquido.