Refrigeración líquida con placas frías: análisis de IDTechEx

IDTechEx analiza por qué los centros de datos adoptan las placas frías para la refrigeración líquida en lugar de la inmersión. Autor: Yulin Wang, analista tecnológico de IDTechEx

Cambridge, Reino Unido, 25 de agosto de 2023.— La creciente densidad de energía de los racks de centros de datos, impulsada por tecnologías como la computación en la nube, la inteligencia artificial generativa y la minería de criptomonedas, ha llevado a la exploración de la refrigeración líquida como solución de gestión térmica. Incluso con contención, los métodos tradicionales de enfriamiento por aire luchan por satisfacer las demandas de enfriamiento de servidores densamente empaquetados. Debido a la mayor utilización de racks de alta densidad, el último informe de investigación de IDTechEx predice un CAGR del 16% en el enfriamiento con placas frías hasta 2023, junto con un fuerte crecimiento en otras alternativas de refrigeración líquida.

Hay tres enfoques principales para integrar la refrigeración líquida en centros de datos:

Diseñar centros de datos exclusivamente para la refrigeración líquida: Esto implica crear centros de datos más pequeños y eficientes con altas capacidades de cómputo usando refrigeración por inmersión. Sin embargo, debido a los altos costos involucrados, IDTechEx cree que la refrigeración por inmersión crecerá, pero a corto plazo, es probable que se implemente a menor escala, como proyectos piloto de grandes empresas.
Diseñar centros de datos con infraestructura de enfriamiento por aire y líquido: Esto permite una futura transición a la refrigeración líquida mientras inicialmente se utiliza la refrigeración por aire. Sin embargo, diseñar centros de datos con características redundantes (por ejemplo, múltiples de refrigeración líquida, tuberías, etc.) desde cero puede no ser siempre una opción preferida para usuarios finales con presupuestos limitados.
Integrar la refrigeración líquida en instalaciones refrigeradas por aire existentes: Este es el enfoque más común y se espera que sea la solución preferida a corto y mediano plazo. Involucra la transición de parte de la capacidad de los sistemas de aire a sistemas de refrigeración líquida. Hay varias razones para su popularidad:
- Eficiencia de costos: Utilizar la infraestructura existente reduce complejidades y costos iniciales en comparación con las otras dos opciones.
- Demanda limitada para la integración total de la refrigeración líquida: A pesar del aumento de las densidades de centros de datos, IDTechEx cree que la transición a la refrigeración líquida completa ocurrirá gradualmente, comenzando con un pequeño número de racks en el centro de datos y luego expandiéndose gradualmente a todos los racks.
- Evaluación del rendimiento: La refrigeración directa al chip todavía está en sus etapas iniciales en comparación con la refrigeración por aire. Por lo tanto, muchos proveedores de servidores de centros de datos y usuarios finales prefieren evaluar su rendimiento a menor escala antes de la implementación masiva.

Impulsado por la demanda de adaptación de los centros de datos refrigerados por aire existentes, la refrigeración con placas frías, también conocida como refrigeración directa al chip, es la solución dominante de refrigeración líquida en la industria de centros de datos. Tradicionalmente, las placas frías se montan directamente en las fuentes de calor (por ejemplo, conjuntos de chips, CPU, etc.) con una capa de material de interfaz térmica (TIM) en medio para mejorar la transferencia de calor.

Dentro de la placa fría, el líquido fluye a través de la microestructura y hacia algún tipo de intercambiador de calor. El diagrama a continuación muestra los diseños típicos de placas frías para aplicaciones de centros de datos. Los materiales de interfaz térmica se pueden encontrar en varios componentes de centros de datos, incluyendo conjuntos de chips, procesadores y fuentes de alimentación. IDTechEx cree que la creciente adopción de placas frías también impulsará la demanda del mercado de TIM en centros de datos, particularmente aquellos utilizados para procesadores y conjuntos de chips.

El informe (en inglés) de IDTechEx “Materiales de Interfaz Térmica: Tecnologías, Mercados y Pronósticos 2023-2033” proporciona una visión general de los TIM para diversas industrias emergentes como centros de datos, baterías de vehículos eléctricos, 5G, sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) y productos electrónicos de consumo.

Estructura de placa fría tradicional, y nueva estructura de placa fría de Intel eliminando TIM. Fuente: IDTechEx

El enfoque innovador de Intel en su nuevo diseño implica integrar placas frías directamente en el paquete, eliminando el uso de TIM2 (Material de Interfaz Térmica 2), y reduciendo la resistencia o impedancia térmica en masa. Esta integración ofrece ventajas en términos de gestión térmica. Sin embargo, también introduce una mayor complejidad de diseño debido a la incorporación a nivel micro de la placa fría dentro del paquete.

La refrigeración con placas frías para los centros de datos ofrece una solución flexible y desplegable para la refrigeración líquida. El factor diferenciador único reside en la microestructura interna de las placas frías. A diferencia de la refrigeración por inmersión, la refrigeración con placas frías permite a los integradores de centros de datos y proveedores de servidores incorporar parcialmente la refrigeración líquida en sus instalaciones con un costo inicial relativamente bajo, con la capacidad de hacer una transición gradual hacia un centro de datos completamente refrigerado por líquido con el tiempo.

IDTechEx predice un comienzo suave en la adopción de placas frías, seguido de un aumento rápido a medida que más usuarios finales adopten la tecnología. Se proyecta que los ingresos anuales para la refrigeración con placas frías crecerán a una tasa compuesta anual (CAGR) del 16% en los próximos 10 años, y el rápido aumento del hardware de placas frías también impulsa el aumento en los mercados de componentes como bombas y unidades de distribución de refrigerante (CDUs).

El último informe de IDTechEx, “Gestión Térmica para Centros de Datos 2023-2033“, proporciona una visión integral de la industria de refrigeración de centros de datos, considerando la tecnología utilizada, los actores del mercado y las oportunidades para componentes y materiales.

Acerca de IDTechEx

IDTechEx orienta sus decisiones empresariales estratégicas a través de sus productos de Investigación, Suscripción y Consultoría, ayudándole a beneficiarse de las tecnologías emergentes.

Para más información, póngase en contacto con research@IDTechEx.com o visite www.IDTechEx.com.