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    A evolução do resfriamento para datacenter

    Existem cerca de 8,5 milhões de datacenters no mundo. 3 milhões deles estão localizados apenas nos EUA, se você contar os menores também. É quase um datacenter para cada 100 pessoas. E eles representam quase 2% de toda a eletricidade consumida nos EUA também.

    O que acontece com toda essa energia? 100% da eletricidade consumida por hardware de TI é convertida em calor. Mas os servidores não gostam de calor. Então, você precisa de um resfriamento potente (e eficiente) para o datacenter. O resfriamento por métodos convencionais também requer energia. Na verdade, é tanta energia, que o resfriamento pode representar mais de 50% da necessidade total de energia de um datacenter.

    Isso basicamente transforma nossos datacenters em enormes aquecedores elétricos. E continuamos construindo mais deles. É uma tendência que ameaça tornar a sustentabilidade mais difícil para empresas e até países. Felizmente, existem alternativas mais eficientes aos métodos convencionais de resfriamento do datacenter. A haste de medição usada para determinar a eficiência da operação do sistema de resfriamento de um datacenter é conhecida como Eficiência na Utilização de Energia ou PUE (na sigla em inglês). Quanto menor a PUE, melhor. É a proporção da energia total usada por um datacenter para a energia fornecida ao hardware de TI. Uma pontuação de 2,0 é considerada padrão, 1,4 é boa e 1,0 é a melhor pontuação de PUE que você pode alcançar.

     

    À moda antiga: resfriamento de piso elevado

    Nos últimos 50 anos, a maioria dos datacenters foi resfriada com ar pressurizado de um piso elevado. Um Ar Condicionado para Sala de Computador (CRAC em inglês) ou um Manipulador de Ar para Sala de Computador (CRAH) resfria o ar que é movido por ventiladores em velocidade constante. Esse tipo de sistema funcionava bem quando as densidades de computação eram baixas e a eficiência não estava no topo da lista de prioridades de ninguém. Mas as desvantagens se tornaram mais significativas ao longo do tempo. PUEs acima de 2,0 são comuns aqui, por exemplo.

    Um grande problema com esse tipo de resfriamento é o gradiente de temperatura a partir da parte inferior do gabinete para o topo, conhecido como estratificação. Os servidores próximos ao piso recebem o ar mais fresco, e os servidores na parte superior do gabinete costumam ter uma temperatura de entrada consideravelmente mais quente. Se você aumentar o fluxo de ar para atenuar esse problema, a eficiência diminuirá porque o ar agora passa pela frente do gabinete do servidor e mistura-se com o ar quente de retorno. Consequentemente, estratégias de contenção, como configurações de corredor quente/corredor frio, foram desenvolvidas. Essas disposições também reduzem a recirculação, que ocorre quando o ar quente da parte traseira do servidor é puxado de volta para a frente, resultando potencialmente em níveis perigosos de temperatura dos equipamentos.

    Soluções modernas em resfriamento de precisão

    A tecnologia de resfriamento percorreu um longo caminho desde a época dos ventiladores de velocidade constante soprando ar em um piso elevado. O aumento da densidade tornou esses avanços necessários. Com projetos de contenção de ar frio e contenção de ar quente, as limitações de estratificação e desvio foram amplamente superadas. As unidades de resfriamento em linha permitem uma eficiência ainda maior. Aqui, os ventiladores de velocidade variável instalados em unidades de resfriamento que são integradas às próprias linhas permitem que os operadores do datacenter controlem as temperaturas e o consumo de energia com uma precisão muito maior. A energia consumida por esses ventiladores de velocidade variável é significativamente menor do que nos sistemas que usam ventiladores de velocidade constante.

    O uso de economizadores está em ascensão

    É difícil imaginar que, após décadas construindo datacenters, o futuro do resfriamento deles possa ser tão aberto e indeciso. A física subjacente não mudou. No entanto, as abordagens ainda variam muito. Parte disso pode ser explicado pelas diferenças climáticas nas localizações geográficas ao redor do globo. Uma das estratégias mais promissoras para economizar energia ao resfriar os datacenters é conhecida como resfriamento livre ou economia. Nesta abordagem, o ar externo é usado em uma torre de resfriamento ou para expelir o calor de um refrigerador. É claro que esse método depende da temperatura do ar fora do datacenter ser baixa o suficiente para fornecer o resfriamento necessário. Climas mais frios têm uma vantagem importante aqui.

    Eletricidade não é o único recurso que um datacenter consome

    Alguns métodos alternativos de resfriamento de datacenters que usam torres de resfriamento consomem quantidades significativas de água. No entanto, muitos datacenters estão em partes do mundo atingidas pela seca. Mesmo quando não estão, a água é um recurso natural valioso que devemos sempre tentar conservar. Isso pareceria, pelo menos na superfície, ser uma vantagem para os sistemas de resfriamento a seco. No entanto, adotando uma visão mais holística, também devemos considerar que a fase de vapor de uma usina de combustível fóssil também consome água. Tanta água que a energia extra exigida pelos sistemas de resfriamento a seco resulta em maior consumo de água para o resfriamento a seco no total, em comparação com as torres de resfriamento no local.

    O resfriamento de ar fresco com PUE baixa é tentador

    A única coisa certa é que novas abordagens serão necessárias. E não há falta delas! Uma das abordagens mais promissoras, mas também problemáticas, utiliza ar fresco externo para resfriar o datacenter. Com o ar fresco, PUEs que se aproximam muito de 1,0 são possíveis, como o Yahoo demonstrou com seu design de "galinheiro". Mas trazer ar fresco para o interior do datacenter envolve vários desafios. Primeiro, as temperaturas externas precisam ser frias o suficiente para fornecer temperaturas seguras de entrada para os equipamentos de TI. Caso contrário, são necessários sistemas de resfriamento de reserva. Mas umidade e poeira também são problemas difíceis de resolver.

    Se a umidade no datacenter for muito baixa, o risco de descarga eletrostática aumenta. Pesquisas recentes, no entanto, minimizam o risco de descarga eletrostática (ESD, na sigla em inglês) para equipamentos de TI. Especialmente quando os servidores estão montados no gabinete, o risco de danos é baixo. E quando os técnicos estiverem trabalhando nos equipamentos do datacenter, é sempre recomendável usar uma pulseira de aterramento.

    O excesso de umidade, por outro lado, pode representar um risco maior. À medida que o ar se torna mais úmido, ele coleta mais partículas de poeira, que podem se acumular nos equipamentos de TI. À medida que as partículas de poeira se acumulam, elas isolam os componentes e dificultam o resfriamento. As partículas de zinco também podem ser depositadas nos circuitos através do ar úmido, levando a curtos-circuitos. Assim, o ar muito úmido requer desumidificação, que por sua vez consome energia e torna essa PUE baixa menos atraente.

    Outro problema considerável com o resfriamento do ar fresco é poeira e fumaça. Dependendo do material particulado no ar, o resfriamento por ar fresco pode exigir filtros caros. E mesmo com uma boa filtragem, existe o risco de que os sistemas de supressão de incêndio extremamente sensíveis em um datacenter moderno possam ser acionados por poluentes do ar trazidos pelo resfriamento do ar fresco.

    Resfriamento por imersão

    Os transformadores de linha de energia requerem maior resfriamento do que o permitido pelo resfriamento a ar. Isso é obtido submergindo os circuitos em um fluido dielétrico, geralmente óleo mineral. Como o óleo conduz calor, mas não eletricidade, ele não danifica os componentes. O resfriamento por imersão também pode ser usado para servidores. Com esse método, o calor é removido dos componentes eletrônicos com muito mais eficiência do que com o resfriamento do ar. Os fornecedores agora estão oferecendo soluções de resfriamento por submersão para aplicações em datacenter.

    Quão fresco o seu equipamento realmente precisa ser?

    Os equipamentos de TI são avaliados de acordo com as classes definidas pelo Comitê Técnico da Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento, Refrigeração e Ar Condicionado (ASHRAE, na sigla em inglês). Essas classes (A1 a A4) fazem parte de um conjunto de diretrizes desenvolvidas pela ASHRAE para determinar os níveis ideais de temperatura e umidade para o hardware do datacenter. A1 tem a menor faixa de temperatura permitida.

    Mas muitos fabricantes de hardware de TI agora estão produzindo equipamentos da classe A2 ou até A3, o que pode dar aos datacenters maior flexibilidade em suas opções de resfriamento. Portanto, é aconselhável examinar cuidadosamente os requisitos de resfriamento para os seus equipamentos, em vez de simplesmente seguir as recomendações padrão da ASHRAE para as classes A1-A4. Sim, é claro, quanto mais quente for o funcionamento dos seus equipamentos, menos confiáveis eles serão. Mas o custo de uma falha de hardware é calculável. Ao prever o aumento do risco de falha com o aumento das temperaturas, é possível calcular a economia obtida com o resfriamento menor em comparação com o custo de uma taxa de falha aumentada. E muitas empresas estão substituindo seus equipamentos de TI depois de apenas três anos. Nesse caso, o impacto de temperaturas mais altas pode não ser significativo.

    A experimentação levará a uma maior eficiência

    Os projetos de refrigeração mais eficientes usam resfriamento livre ou resfriamento de ar fresco de alguma forma. Muitas vezes, o CRAC é necessário como uma reserva quando as condições exteriores (dias quentes e úmidos de verão) não podem fornecer resfriamento suficiente para atender às necessidades de um datacenter. Uma das chaves que estamos vendo em todos esses projetos pioneiros, no entanto, é que a estrutura do edifício sempre desempenha um papel fundamental. Os dias de planejamento de um edifício, colocando o máximo de equipamentos de TI possível no espaço para depois pensar no resfriamento, podem ter terminado. Novos conceitos de datacenter precisarão ser arquitetados com o resfriamento em mente desde o início.

    Uma empresa holandesa, por exemplo, implementou um sistema que remove o calor do edifício usando um disco gigante de alumínio rotativo conhecido como disco de Kyoto. Metade do disco está dentro do edifício e metade está fora. À medida que o disco gira, ele aquece por dentro e transfere o calor coletado para o ar externo no momento em que retorna. Mas o disco em si é bem grande e requer uma quantidade considerável de espaço para as áreas internas e externas pelas quais o disco gira.

    Outra opção, em vez de simplesmente despejar o calor residual no ambiente, é fazer bom uso dele. Já existem projetos nos quais os datacenters foram integrados aos sistemas urbanos de aquecimento e resfriamento. Dessa forma, o calor residual do datacenter está sendo usado para aquecer residências. Este pode ser o exemplo mais sustentável de todos. E os sistemas de resfriamento distrital também oferecem uma maneira muito eficiente de resfriar o datacenter. Essa é uma época emocionante, há grandes vantagens competitivas a serem alcançadas ao se obter altas eficiências de resfriamento. A questão sobre como conseguir isso ainda está completamente aberta.

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