La inteligencia artificial eleva la densidad térmica de los centros de datos y acelera la refrigeración líquida, una tecnología llamada a mejorar la eficiencia, gestionar el calor de los procesadores y transformar el diseño de las nuevas infraestructuras digitales.

Durante décadas, la industria de los centros de datos ha concentrado cada vez más capacidad de cálculo en menos espacio. La llegada de aceleradores especializados para inteligencia artificial y, especialmente, la integración masiva de GPUs (Graphics Processing Units) en clústeres compactos ha llevado esta tendencia a un nuevo nivel, resultando en una densidad de potencia sin precedentes que está convirtiendo la refrigeración líquida en una tecnología cada vez más necesaria para el futuro del sector.

En un servidor tradicional refrigerado por aire, el calor generado por el chip se transmite a un disipador metálico y se evacua mediante ventiladores. A medida que aumenta la potencia térmica, son necesarios disipadores y ventiladores mayores permitiendo más caudal de aire. La refrigeración líquida cambia este planteamiento utilizando un fluido capaz de transportar mucho más calor en un volumen menor.

La solución más extendida actualmente es la refrigeración directa al chip o Direct-to-Chip Liquid Cooling, que consiste en una placa metálica, denominada cold plate, instalada directamente sobre el procesador, provista de canales o microcanales por los que circula el refrigerante. El calor pasa del chip a la placa y de esta al líquido, que lo transporta fuera del servidor. Los diseños más avanzados utilizan microcanales de dimensiones muy reducidas, aumentando la transferencia térmica, pero también exigiendo un control más riguroso de la calidad del fluido y de la filtración. Existen además otras soluciones, como la inmersión del hardware en fluidos dieléctricos o los Rear Door Heat Exchangers (RDHx), que capturan el calor del aire expulsado por los servidores y lo introducen en un sistema de refrigeración líquida.

Otro elemento fundamental es la CDU (Coolant Distribution Unit), que separa hidráulicamente el circuito de la instalación (Facility Water System -FWS) del circuito que refrigera directamente los servidores (Technology Cooling System -TCS). Esta separación permite adaptar presión, caudal, filtración y calidad del fluido a los requisitos del hardware.

La refrigeración líquida tampoco implica necesariamente un mayor consumo de agua, es más, puede implicar lo contrario. La refrigeración líquida del hardware funciona en circuito cerrado que se usa para transportar carga térmica de la fuente de emisión a la de disipación (pasando o no por un circuito de refrigeración, según los requisitos del hardware a refrigerar). La refrigeración líquida puede facilitar la disminución del delta de temperatura, (, para disipar una misma potencia, una mejora de la densidad y la capacidad calorífica, conlleva un menor delta T) llevando a un menor uso de refrigeración por otros medios: p.ej. compresión y evaporativa, en este último caso, propiciando un diseño con menor consumo de agua.

El reto no es únicamente refrigerar más, sino hacerlo con fiabilidad. La degradación de la calidad del fluido, el ensuciamiento de filtros, la pérdida de caudal o los episodios de thermal throttling pueden afectar al rendimiento. Por ello, la monitorización de temperaturas, presiones y calidad química del refrigerante adquiere un papel esencial, al mismo tiempo que la industria avanza en la estandarización de conectores, fluidos, cold plates, CDUs y procedimientos de mantenimiento.

Aunque pueda parecer una tecnología reciente, los cold plates se utilizan desde los años sesenta en aplicaciones aeroespaciales y militares y estuvieron presentes en grandes sistemas informáticos décadas atrás. A medida que aumente la densidad térmica de los racks (propulsada hoy en día por la infraestructura para la IA), la refrigeración líquida pasará previsiblemente de ser una solución especializada a convertirse en un elemento habitual de la infraestructura digital.

ASHRAE continúa ampliando el conocimiento sobre nuevas clases y envolventes térmicas y promoviendo especificaciones y buenas prácticas para facilitar la interoperabilidad y gestionar los riesgos. La capacidad de la refrigeración líquida para soportar mayores densidades, mejorar la eficiencia energética y facilitar estrategias de reutilización del calor la sitúa como una de las tecnologías clave de la próxima generación de centros de datos.

Autores: Alberto García Ramos (Aguilera Ingenieros) y Jaime Comella Gómez-Aller (DayOne), co-chairs del Comité de Data Centers de ASHRAE Spain Chapter.