Enfriamiento líquido de dos fases — El futuro de las GPU de alta gama. Según el más reciente informe de IDTechEx, el enfriamiento líquido de dos fases se perfila como la solución inevitable para las GPU de alta potencia, marcando el inicio de una nueva era térmica en los centros de datos. (Traducción y adaptación de IT/USERS basada en el comunicado oficial de IDTechEx.)

Cambridge, Reino Unido, 14 de octubre de 2025.— Hasta lo que de este año 2025, el enfriamiento directo al chip (D2C) en una sola fase sigue siendo la solución dominante para la gestión térmica de GPU de alta gama. Sin embargo, con el aumento continuo del thermal design power (TDP), la industria se aproxima a los límites de lo que el enfriamiento en una sola fase puede soportar. Se espera que el enfriamiento D2C de dos fases entre en despliegue a gran escala hacia 2027.

IDTechEx ha realizado extensas entrevistas a lo largo de la cadena de valor de centros de datos, incluyendo fabricantes de chips, proveedores de placas frías e integradores de sistemas. Aunque las opiniones difieren respecto al cronograma exacto, hay un consenso amplio de que el D2C en una fase empieza a tener dificultades alrededor de los 1500 W de TDP, y se considera que unos 2000 W son su límite superior.

Tendencias históricas del TDP de las GPU, analizadas por IDTechEx, indican que pronto será necesario adoptar el enfriamiento directo al chip de dos fases. Basándose en estas tendencias y en los conocimientos de desarrolladores líderes de chips como Nvidia, IDTechEx proyecta que las futuras GPU superarán ampliamente los límites del enfriamiento en una sola fase. Pronósticos detallados y análisis se encuentran en el informe de IDTechEx, “Thermal Management For Data Centers 2026-2036: Technologies, Markets, and Opportunities.”

Desafíos del enfriamiento D2C: una fase vs. dos fases

La transición al enfriamiento líquido de dos fases trae tanto oportunidades como retos, desde las perspectivas técnica y comercial.

El enfriamiento directo al chip en una única fase (D2C) es actualmente el enfoque más común. Usa un líquido refrigerante, típicamente una mezcla agua-glicol, para absorber calor por convección sin cambio de fase. Aunque eficaz, enfrenta varios desafíos técnicos:

• Riesgos de fugas, que amenazan equipos de TI sensibles.
• Requerimientos elevados de flujo, que crean tensión mecánica en componentes. Enfriar un chip de 1000 W requiere aproximadamente 1,5 L/min de flujo de refrigerante.
• Riesgos de erosión y corrosión, junto con la necesidad de conexiones rápidas de gran diámetro, lo que incrementa los costos del sistema.
• Instalaciones complejas, especialmente en ambientes densos de centro de datos, lo que complica el mantenimiento.
• Alto gasto de capital (CAPEX), típicamente entre 200 y 400 USD por sistema de placa fría (incluyendo conexiones rápidas, colectores y mangueras), especialmente al modernizar instalaciones antiguas.

A pesar de su simplicidad y madurez, el enfriamiento en una sola fase presenta limitaciones crecientes a medida que sube el TDP de las GPU.

En contraste, el enfriamiento D2C de dos fases aprovecha el cambio de fase del refrigerante para mejorar la disipación de calor, permitiendo menores costos de enfriamiento por vatio y reduciendo el estrés mecánico gracias a tasas de flujo más bajas; alrededor de 0,3 L/min para enfriar un chip de 1000 W.

Sin embargo, los sistemas de dos fases también presentan sus propios retos:

• Cuestiones ambientales: los refrigerantes fluorados podrían formar aerosoles si hay fugas, lo que plantea riesgos de seguridad y potencial de calentamiento global (GWP).
• Costos iniciales más elevados, con mayores requisitos de CAPEX para placas frías y gastos adicionales para reciclaje y disposición del refrigerante.

Aunque el enfriamiento de dos fases ofrece beneficios claros en eficiencia, sus implicaciones ambientales y de costo lo convierten en una elección compleja. No obstante, con un diseño cuidadoso del sistema, muchos de estos retos pueden mitigarse. El informe “Thermal Management For Data Centers 2026-2036: Technologies, Markets, and Opportunities” de IDTechEx cuantifica el CAPEX tanto para tecnologías de una como de dos fases, detallando los costos por componente.

Conclusión

El enfriamiento D2C en una sola fase sigue siendo más simple y consolidado, pero enfrenta desafíos crecientes de tipo técnico y de mantenimiento a medida que aumentan los TDP de las GPU. El enfriamiento de dos fases, aunque más eficiente, introduce barreras ambientales y de costos. A pesar de estas complejidades, IDTechEx anticipa un fuerte potencial para las placas frías de dos fases, especialmente porque pueden incorporarse más fácilmente en centros de datos existentes que las soluciones por inmersión.

En “Thermal Management For Data Centers 2026-2036: Technologies, Markets, and Opportunities”, IDTechEx examina con más detalle las barreras técnicas y comerciales tanto del enfriamiento en una como en dos fases por inmersión, así como un plan de ruta y calendario para las próximas tecnologías de enfriamiento, basados en una investigación primaria y secundaria exhaustiva.

Para más información sobre este informe, incluidas páginas de muestra descargables, visita www.IDTechEx.com/TMDC, o para conocer el portafolio completo de investigación en gestión térmica de IDTechEx, consulta www.IDTechEx.com/Research/Thermal.

Fuente: IDTechEx

Glosario Técnico — Enfriamiento D2C y gestión térmica de GPU

D2C (Direct-to-Chip): Sistema de enfriamiento líquido directo al chip. A diferencia de los métodos por aire, el refrigerante fluye a través de una placa fría en contacto directo con el procesador o GPU, extrayendo el calor con mayor eficiencia.

TDP (Thermal Design Power): Potencia térmica de diseño. Mide la cantidad máxima de calor (en vatios) que un procesador o GPU genera bajo carga máxima, y que el sistema de enfriamiento debe disipar de manera segura.

GPU (Graphics Processing Unit): Unidad de procesamiento gráfico. Procesador especializado en cálculos paralelos, crucial para inteligencia artificial, renderizado 3D y aprendizaje profundo. En centros de datos modernos, las GPU de alto rendimiento consumen más de 1000 W de potencia.

CAPEX (Capital Expenditure): Gasto de capital. Inversión inicial necesaria para adquirir o instalar equipos, infraestructura o tecnología (por ejemplo, sistemas de enfriamiento, placas frías o tuberías en centros de datos).

Flujo de refrigerante (Coolant Flow): Cantidad de líquido refrigerante que circula por minuto en el sistema. En el enfriamiento D2C de una sola fase suele rondar 1,5 L/min por chip; en el de dos fases puede reducirse a 0,3 L/min.

Refrigerante de dos fases (Two-Phase Coolant): Fluido diseñado para cambiar de estado (de líquido a vapor) durante la absorción de calor. Este cambio de fase mejora drásticamente la transferencia térmica.

GWP (Global Warming Potential): Potencial de calentamiento global. Medida del impacto ambiental de un gas o fluido refrigerante en comparación con el CO₂. Cuanto mayor sea el GWP, mayor es su contribución al cambio climático.

Placa fría (Cold Plate): Componente metálico que actúa como interfaz térmica entre el chip y el sistema de enfriamiento. Puede ser de una o dos fases, dependiendo de si el refrigerante cambia o no de estado durante el proceso.

Immersion Cooling (Enfriamiento por inmersión):
Método donde los componentes electrónicos se sumergen completamente en un fluido dieléctrico que disipa el calor. Aunque muy eficiente, requiere rediseñar el hardware y el mantenimiento, lo que encarece su adopción.

Retrofit (Adaptación o modernización): Proceso de instalar nueva tecnología en una infraestructura existente (por ejemplo, sustituir sistemas de enfriamiento por aire por D2C de dos fases en un centro de datos).

IDTechEx: Firma británica de investigación y consultoría tecnológica especializada en estudios de prospectiva sobre innovación industrial, sostenibilidad y tecnologías emergentes (como materiales avanzados, IA, semiconductores o gestión térmica).

Glosario Técnico — Parámetros térmicos y materiales de refrigeración

1. Mezcla agua-glicol (Water-Glycol Mixture): Es la combinación más común en sistemas de enfriamiento líquido de una sola fase.
Composición: típicamente 60–70 % de agua y 30–40 % de glicol (etilenglicol o propilenglicol).
Función: el glicol actúa como anticongelante y anticorrosivo, reduciendo el punto de congelación del agua y protegiendo los metales de oxidación.
Ventajas: económico, de alta capacidad térmica, fácil de bombear y compatible con materiales metálicos.
Desventajas: el glicol se degrada con el tiempo; requiere monitoreo de pH y reemplazo periódico.
Reciclabilidad: parcialmente reciclable; se puede destilar y recuperar el glicol, aunque el proceso implica filtrado y control de contaminantes. En centros de datos verdes, se promueve el uso de propilenglicol, menos tóxico y más biodegradable.

2. Conductividad térmica (Thermal Conductivity, k): Propiedad que mide la capacidad de un material para conducir calor.
Se expresa en vatios por metro-kelvin (W/m·K).
Metales como el cobre (~400 W/m·K) y el aluminio (~235 W/m·K) tienen alta conductividad, por eso se usan en placas frías.
Cuanto mayor es la conductividad, más eficiente es la transferencia de calor desde el chip al refrigerante.

3. Resistencia térmica (Thermal Resistance, Rθ): Mide la oposición al flujo de calor entre dos puntos.
Se expresa en °C/W (grados Celsius por vatio).
En un sistema D2C, la resistencia térmica total incluye el chip, la interfaz térmica, la placa fría y el refrigerante.
Una baja resistencia térmica implica mejor rendimiento térmico y menor temperatura de operación.

4. Densidad de flujo de calor (Heat Flux Density): Cantidad de calor transferido por unidad de superficie.
Expresado en W/cm² o W/m².
En GPU de alto rendimiento, puede superar los 1 W/mm², lo que exige materiales y sistemas con alta capacidad de disipación.

5. Calor latente de vaporización (Latent Heat of Vaporization): Cantidad de energía que un fluido requiere para cambiar de líquido a gas sin alterar su temperatura.
En sistemas de enfriamiento de dos fases, este fenómeno es clave: el fluido absorbe grandes cantidades de calor durante la evaporación, manteniendo estable la temperatura del chip.
Permite enfriar con menor caudal y mayor eficiencia energética.

6. Fluido dieléctrico (Dielectric Fluid): Líquido no conductor de electricidad utilizado en enfriamiento por inmersión.
Comúnmente fabricado con aceites de hidrocarburos sintéticos, siliconas o fluorocarbonos.
Ventajas: seguridad eléctrica y excelente capacidad térmica.
Desventajas: alto costo y dificultad de reciclaje si contiene compuestos fluorados (alto GWP).
Algunas alternativas emergentes utilizan biolíquidos dieléctricos de base vegetal.

7. Erosión y corrosión: Procesos de degradación del sistema de enfriamiento.
Erosión: desgaste físico causado por altas velocidades del fluido en zonas angostas del sistema.
Corrosión: reacción química del refrigerante con los metales, acelerada por el pH inadecuado o impurezas.
Los fabricantes añaden inhibidores de corrosión y recomiendan materiales compatibles (cobre, aluminio anodizado, acero inoxidable).

8. Aerosolización del refrigerante (Coolant Aerosolization): Fenómeno que puede ocurrir en sistemas de dos fases si el fluido se filtra o se vaporiza en contacto con el aire.
Algunos refrigerantes fluorados (como HFE o Novec) pueden generar aerosoles finos con impacto ambiental.
Por ello, se está migrando hacia refrigerantes de bajo GWP y sistemas sellados con recuperación activa del vapor.

9. Energía de bombeo (Pumping Power): Cantidad de energía eléctrica necesaria para mover el fluido refrigerante por el sistema.
En una sola fase, es proporcional al caudal (flujo) y la presión.
En dos fases, la energía de bombeo es menor, ya que el calor se disipa más eficientemente por cambio de fase.
Optimizarla es clave para reducir el PUE (Power Usage Effectiveness) de los centros de datos.

10. PUE (Power Usage Effectiveness): Indicador de eficiencia energética en centros de datos.
PUE = Energía total del centro / Energía utilizada por los equipos IT.
Un PUE de 1,0 representa eficiencia perfecta (toda la energía se usa para computación).
Los sistemas D2C avanzados contribuyen a reducir el PUE al minimizar el consumo de enfriamiento.

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