Enfriamiento Líquido de Dos Fases, D2C: El Futuro de las GPUs de Alta Gama. Por: Yulin Wang, Analista Senior de Tecnología en IDTechEx. Tendencia de Potencia de Diseño Térmico (TDP)

Cambridge, Reino Unido, 5 de noviembre de 2024.— En este 2024, el enfriamiento de una sola fase directo al chip (D2C, Direct-to-Chip, por sus siglas en inglés. N. del E.) domina el mercado de gestión térmica para GPUs de alta gama. Sin embargo, con el aumento en la potencia de diseño térmico (TDP: Thermal Design Power, por sus siglas en inglés. N del E.), se prevé que el enfriamiento D2C de dos fases sea necesario, y se espera su implementación a gran escala no antes de 2026 o 2027.

IDTechEx ha entrevistado a numerosos actores de la cadena de valor de centros de datos, incluidos fabricantes de chips, proveedores de placas frías e integradores de sistemas. A pesar de las diferencias en la línea de tiempo exacta, existe un consenso en que un TDP de alrededor de 1500W es el límite donde el enfriamiento D2C de una sola fase empieza a mostrar dificultades, y que 2000W podría ser el límite absoluto de esta tecnología.

Según el análisis de la tendencia histórica del TDP de GPUs realizado por IDTechEx, el despegue del enfriamiento directo al chip de dos fases ocurrirá pronto. IDTechEx también proyecta la tendencia futura del TDP de GPUs, basada en el análisis histórico y en la hoja de ruta de los principales fabricantes de chips entrevistados, como NVIDIA.

Más detalles se encuentran en el informe de IDTechEx, “Gestión Térmica para Centros de Datos 2025-2035: Tecnologías, Mercados y Oportunidades”.

TDP de GPUs en centros de datos: datos históricos y proyecciones para 2025. Fuente: IDTechEx – “Gestión Térmica para Centros de Datos 2025-2035: Tecnologías, Mercados y Oportunidades”

Desafíos del Enfriamiento D2C: Una Fase y Dos Fases

Con la posible adopción del enfriamiento líquido de dos fases, IDTechEx anticipa ventajas y barreras tanto técnicas como comerciales. El enfriamiento D2C de una fase es una solución relativamente simple y ampliamente adoptada, que emplea un refrigerante líquido (habitualmente una mezcla de agua y glicol) para absorber el calor de los chips mediante convección, sin cambiar de fase.

Sin embargo, enfrenta desafíos técnicos importantes, como posibles fugas de refrigerante, que representan riesgos para el equipo de TI, y el estrés mecánico causado por tasas de flujo elevadas. Para enfriar un chip con un TDP de 1000W, se necesitan aproximadamente 1.5 litros por minuto, lo que es bastante significativo.

Esta alta tasa de flujo también puede causar corrosión por erosión y requiere conexiones de desconexión rápida con diámetros más grandes, lo que incrementa los costos totales rápidamente.

La complejidad de la tubería en los centros de datos, especialmente en espacios reducidos, aumenta la carga de mantenimiento. Además, el alto gasto de capital (CAPEX) (por ejemplo, entre $200 y $400 USD para un sistema de placa fría que incluye QDs, el colector de distribución de fluido dentro de los servidores, mangueras, etc.) necesario para la instalación, especialmente en la modernización de centros de datos antiguos, hace que el enfriamiento por placas frías sea una opción costosa en un inicio, aunque a largo plazo puede resultar más eficiente en consumo energético, ahorrando así costos.

Por otro lado, el enfriamiento D2C de dos fases ofrece mayor eficiencia mediante el uso del cambio de fase del refrigerante, lo cual permite una mejor disipación de calor y menores costos de enfriamiento por vatio. También reduce el estrés mecánico ya que opera con tasas de flujo menores que los sistemas de una fase.

Por ejemplo, la tasa de flujo para una placa fría de dos fases es de alrededor de 0.3 litros/minuto para enfriar un chip con un TDP de 1000W. Sin embargo, los sistemas de dos fases presentan sus propios desafíos. El uso de líquidos fluorados puede suponer riesgos ambientales si estos fluidos escapan y forman aerosoles, lo cual genera preocupaciones sobre la seguridad y su potencial de calentamiento global (GWP).

Además, estos sistemas son costosos de implementar, con un CAPEX más alto para las configuraciones de placa fría y costos adicionales de reciclaje y disposición de líquidos. A pesar de su eficiencia, las barreras ambientales y comerciales hacen que el enfriamiento de dos fases sea una opción más compleja.

No obstante, con ciertas consideraciones de diseño, algunos de estos desafíos pueden mitigarse. El informe de IDTechEx, “Gestión Térmica para Centros de Datos 2025-2035: Tecnologías, Mercados y Oportunidades”, también cuantifica el CAPEX de tecnologías de enfriamiento de una y dos fases con costos por componente.

Desafíos técnicos y comerciales del enfriamiento directo al chip en centros de datos. Fuente: IDTechEx – “Gestión Térmica para Centros de Datos 2025-2035: Tecnologías, Mercados y Oportunidades”

En resumen, aunque el enfriamiento de una fase es más simple y establecido, tiene mayores riesgos de mantenimiento y desafíos técnicos. El enfriamiento de dos fases es más eficiente, pero enfrenta preocupaciones ambientales y costos iniciales más elevados, lo que lo convierte en una solución menos sencilla a pesar de sus ventajas.

Sin embargo, con la tendencia actual en potencia de diseño térmico, IDTechEx considera que la placa fría de dos fases tiene potencial, especialmente porque resulta más fácil de adaptar a los centros de datos existentes en comparación con el enfriamiento por inmersión.

En el informe “Gestión Térmica para Centros de Datos 2025-2035: Tecnologías, Mercados y Oportunidades”, IDTechEx también enumera las barreras técnicas y comerciales del enfriamiento de inmersión de una y dos fases, junto con la hoja de ruta y el cronograma para distintas tecnologías de enfriamiento, basado en investigaciones primarias y secundarias.

Para obtener más información sobre este informe de IDTechEx, incluyendo páginas de muestra descargables, visite este enlace.

Para ver el portafolio completo de investigaciones de mercado en gestión térmica disponible en IDTechEx, visite este enlace.

Próximo webinar gratuito (en inglés)

Habilitación de Industrias Emergentes a Través de la Gestión Térmica en 2024 y Más Allá

IDTechEx organizará un webinar sobre el tema el miércoles 13 de noviembre de 2024: “Habilitación de Industrias Emergentes a Través de la Gestión Térmica en 2024 y Más Allá”.

Este webinar resumirá algunas de las tendencias clave observadas en 2024 y lo que se puede esperar para el futuro de la gestión térmica, incluyendo:

• Fluidos de gestión térmica y mayor integración de componentes en vehículos eléctricos
• Electrónica de potencia en vehículos eléctricos y sus crecientes necesidades de gestión térmica
• Adopción de nuevos sistemas de gestión térmica en centros de datos
• Impacto de estas tendencias en materiales de interfaz térmica y su aplicación

El webinar se ofrecerá tres veces el mismo día. Haga clic aquí para registrarse en la sesión más conveniente para usted.

Si no puede asistir, regístrese de todas maneras para recibir los enlaces a la grabación bajo demanda (disponible por un tiempo limitado) y las diapositivas del webinar tan pronto como estén disponibles.

Sobre IDTechEx

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