En los últimos años, el rápido desarrollo de la inteligencia artificial ha aumentado significativamente la demanda informática en los centros de datos. El entrenamiento de modelos de lenguaje grandes, la inferencia de IA y la computación de alto rendimiento están impulsando la implementación de más servidores GPU.
A medida que la potencia de los servidores sigue aumentando, una cuestión práctica se vuelve cada vez más importante:
¿Cómo puede un centro de datos eliminar grandes cantidades de calor de los equipos informáticos de alta densidad de forma estable y eficiente?
Los centros de datos tradicionales han dependido principalmente de la refrigeración por aire. Sin embargo, a medida que aumenta la densidad de potencia del rack, la refrigeración por aire se vuelve más difícil de gestionar.
Una mayor potencia del rack requiere un mayor flujo de aire, más potencia del ventilador y un diseño más complejo de pasillo caliente y pasillo frío.
Por este motivo, los sistemas de refrigeración líquida y de refrigeración a base de agua son cada vez más comunes en los centros de datos de alta densidad.
Una vez que un centro de datos comienza a utilizar grandes sistemas de agua helada, otra cuestión se vuelve importante: cómo se produce, almacena y entrega la capacidad de enfriamiento.
Aquí es dondetanques de almacenamiento de agua heladay los sistemas de almacenamiento de energía térmica comienzan a desempeñar un papel más importante.
Al mismo tiempo, los grandes tanques de agua enfriada no funcionan a una temperatura uniforme. La estratificación de la temperatura se desarrolla dentro del tanque, creando la necesidad demonitoreo de temperatura multipunto.
¿Por qué los servidores de IA están aumentando la necesidad de refrigeración por agua?
En comparación con los servidores tradicionales, los servidores de IA suelen tener una densidad de potencia mucho mayor.
Los servidores GPU pueden generar continuamente grandes cantidades de calor durante el entrenamiento y la inferencia del modelo.
En los centros de datos de menor densidad, la refrigeración a menudo se puede gestionar mediante aire acondicionado, sistemas de ventiladores y flujo de aire controlado.
Sin embargo, a medida que aumenta la potencia del rack, depender únicamente del aire se vuelve menos eficiente y más difícil de gestionar.
El agua y otros líquidos pueden transportar calor de manera mucho más eficaz que el aire. Esto permite eliminar el calor de forma más directa de las CPU, GPU y otros componentes de alta potencia.
Los sistemas de refrigeración comunes utilizados en los centros de datos modernos incluyen:
- refrigeración líquida directa al chip;
- unidades de distribución de refrigerante o CDU;
- sistemas de agua de instalaciones;
- circuitos de agua helada;
- torres de enfriamiento;
- refrigeradores secos.
Primero, el calor se elimina de los componentes del servidor mediante placas frías y refrigerante. Luego se transfiere a través de CDU, intercambiadores de calor y sistemas de agua fría antes de ser rechazado al ambiente exterior.
Por esta razón, el crecimiento de la informática con IA no solo está aumentando la demanda de GPU y servidores.
También está aumentando la demanda de:
equipos de refrigeración, intercambiadores de calor, sistemas de agua helada y sistemas de almacenamiento de energía térmica.
Si un centro de datos ya tiene enfriadores, ¿por qué se necesita un tanque de almacenamiento de agua helada?
Esta es una pregunta común en grandes proyectos de refrigeración de centros de datos.
Un enfriador ya puede producir agua fría.
¿Por qué añadir un gran tanque de almacenamiento de agua fría?
La razón es sencilla:
No siempre es necesario producir energía de refrigeración en el momento exacto en que se consume.
Un tanque de almacenamiento de agua enfriada permite que una instalación produzca y almacene capacidad de enfriamiento durante períodos de menor carga.
Ese enfriamiento almacenado se puede utilizar más adelante, cuando aumente la demanda de enfriamiento.
En términos simples, un sistema de almacenamiento de agua fría funciona como una forma de almacenamiento de energía.
Una batería almacena energía eléctrica.
Un tanque de agua enfriada almacena energía térmica en forma de capacidad de enfriamiento.
¿Por qué puede ser útil el almacenamiento de agua helada en grandes centros de datos de IA?
1. Gestión de cambios en la carga de refrigeración
Las cargas de los servidores de IA no siempre son constantes.
Cuando grandes grupos de GPU comienzan a entrenar o realizar cargas de trabajo de inferencia al mismo tiempo, el consumo de energía de TI puede aumentar rápidamente.
Más energía eléctrica significa más calor.
Esto significa que el sistema de refrigeración también debe responder a una carga mayor.
Si toda la refrigeración debe ser proporcionada directamente por los enfriadores en todo momento, es posible que sea necesario dimensionar los enfriadores, las bombas y la infraestructura eléctrica para soportar cargas máximas más altas.
Con almacenamiento de agua fría, el sistema puede utilizar:
enfriadoras + refrigeración almacenada
para soportar parte de la demanda máxima de refrigeración.
Esto le da al sistema de enfriamiento más flexibilidad cuando cambian las cargas del servidor.
2. Reducir la potencia de refrigeración durante los períodos pico
Los enfriadores de gran tamaño consumen una cantidad significativa de electricidad.
Si los servidores de IA ya están funcionando a alta potencia mientras la planta de enfriamiento también está funcionando a su máxima potencia, la instalación puede experimentar:
alta demanda de energía de TI + alta demanda de energía de enfriamiento
al mismo tiempo.
Un sistema de almacenamiento térmico puede producir agua fría durante los períodos de menor carga.
Por ejemplo:
La energía de refrigeración se puede almacenar durante la noche o durante periodos de menor demanda,
luego se descarga durante los períodos de mayor carga.
Esto puede reducir parte de la demanda de energía de refrigeración durante las horas pico de funcionamiento.
Para centros de datos grandes, esto puede resultar útil para la gestión de energía y el control de la demanda máxima.
3. Reducción de la presión máxima de capacidad del enfriador
Un centro de datos puede funcionar con una carga de refrigeración moderada durante la mayor parte del día, pero experimentar una mayor demanda de refrigeración durante períodos más cortos.
Si todo el equipo está dimensionado solo para la carga máxima a corto plazo, la planta de enfriamiento puede requerir enfriadores, bombas y capacidad eléctrica más grandes.
Un sistema de almacenamiento de agua enfriada puede permitir que los enfriadores manejen la carga de enfriamiento base, mientras que el enfriamiento almacenado soporta parte de la demanda máxima.
El diseño real del sistema depende de muchos factores, entre ellos:
- perfil de carga de TI;
- carga de enfriamiento;
- fijación de precios de la electricidad;
- requisitos de redundancia;
- nivel de diseño del centro de datos;
- estrategia operativa.
El almacenamiento de agua helada no es necesario para todos los proyectos, pero puede proporcionar flexibilidad operativa adicional en grandes sistemas centralizados de agua helada.
4. Proporcionar capacidad de búfer de enfriamiento
Los centros de datos de IA requieren altos niveles de continuidad operativa.
Los servidores pueden tener sistemas UPS y generadores de reserva, pero la refrigeración también debe permanecer disponible.
Si la energía del servidor permanece disponible mientras se interrumpe la refrigeración, las GPU de alta potencia pueden seguir generando calor.
Un tanque de almacenamiento de agua enfriada puede proporcionar una cierta cantidad de reserva de enfriamiento durante:
- conmutación de equipos;
- ajustes del sistema;
- falla parcial del equipo;
- interrupciones temporales del enfriador;
- cambios de carga de enfriamiento a corto plazo.
Un tanque de almacenamiento de agua enfriada no reemplaza un sistema de enfriamiento de respaldo completo.
Sin embargo, puede convertirse en una parte importante de apoyo de la estrategia general de enfriamiento.
¿Todos los centros de datos de IA necesitan un tanque de almacenamiento de agua fría?
No.
Los diseños de refrigeración varían significativamente de un centro de datos a otro.
Algunos sistemas de refrigeración líquida de alta temperatura pueden rechazar el calor a través de enfriadores secos u otras formas de refrigeración gratuita, lo que reduce la dependencia de los sistemas de agua fría convencionales.
Por lo tanto, sería inexacto decir que todo centro de datos de IA requiere almacenamiento de agua fría.
El valor del almacenamiento térmico es generalmente mayor en proyectos que tienen:
- grandes cargas informáticas de IA;
- sistemas centralizados de agua helada;
- alta demanda de refrigeración;
- variación notable de la carga máxima;
- requisitos de gestión de electricidad en horas punta;
- altos requisitos de continuidad de enfriamiento;
- la necesidad de optimizar los horarios de funcionamiento de las enfriadoras.
A medida que los centros de datos de IA sigan aumentando en escala, es probable que este tipo de aplicaciones reciban más atención.
¿Por qué es necesario controlar la temperatura de un tanque de almacenamiento de agua helada?
Una vez que un tanque de almacenamiento de agua helada está en funcionamiento, una pregunta importante es:
¿Cuánta capacidad de refrigeración útil queda todavía disponible dentro del tanque?
Los grandes tanques de almacenamiento de agua enfriada a menudo dependen de la estratificación térmica natural.
En condiciones normales de funcionamiento, el tanque normalmente desarrolla tres zonas principales:
Sección superior: agua más caliente
Sección media: termoclina
Sección inferior: agua más fría
Debido a que la densidad del agua cambia con la temperatura, los sistemas de entrada y salida diseñados adecuadamente pueden ayudar a mantener una separación relativamente estable entre el agua más cálida y más fría.
Esta estratificación de temperatura es importante para el rendimiento del tanque de almacenamiento.
Si el agua fría y caliente se mezclan excesivamente, la capacidad de enfriamiento utilizable del tanque puede disminuir.
¿Por qué un sensor de temperatura no es suficiente?
Considere un tanque de almacenamiento de agua helada de 20 metros de altura.
La temperatura del agua en el fondo puede ser de 5 grados.
En la parte superior puede que la temperatura ya sea de 12 grados.
Si solo se instala un sensor de temperatura cerca del fondo, puede confirmar que todavía hay agua fría.
Pero no puede mostrar hasta qué altura se extiende la capa de agua fría.
Aunque solo se controle la parte superior, se desconoce el estado de la capa inferior de agua fría.
Por este motivo, un único valor de temperatura proporciona información limitada.
Lo que realmente importa es:
la distribución de temperatura desde la parte superior del tanque hasta el fondo.
¿Qué es la termoclina en un tanque de almacenamiento de agua helada?
EltermoclinaEs la zona de transición entre la capa de agua fría y la capa de agua más cálida.
Dentro de esta zona, la temperatura cambia gradualmente con la altura.
Por ejemplo:
| Altura del tanque | Temperatura del agua |
|---|---|
| 18 m | 12,6 grados |
| 16 m | 12,3 grados |
| 14 m | 11,8 grados |
| 12 m | 9,7 grados |
| 10 m | 7,1 grados |
| 8 m | 5,9 grados |
| 6 m | 5,4 grados |
| 4 m | 5,1 grados |
| 2 m | 5,0 grados |
Este tipo de perfil de temperatura muestra claramente la sección superior más cálida, la sección inferior más fría y la zona de transición entre ellas.
Durante la carga y descarga, la posición de la termoclina se mueve a través del tanque.
Monitorear este movimiento es importante para comprender cómo está funcionando el sistema de almacenamiento.
¿Por qué un tanque de almacenamiento de agua enfriada necesita monitoreo de temperatura multipunto?
El propósito más directo del monitoreo multipunto es crear un perfil de temperatura vertical del tanque de almacenamiento.
Al monitorear las temperaturas a diferentes alturas, los operadores pueden observar:
- altura de la capa de agua fría;
- altura de la capa de agua tibia;
- posición termoclina;
- espesor de termoclina;
- proceso de carga;
- proceso de descarga;
- mezcla excesiva;
- zonas de temperatura anormales.
Estos datos de temperatura también se pueden transmitir a sistemas PLC, BMS o SCADA para su posterior análisis y control.
¿Por qué utilizar un cable sensor de temperatura multipunto?
Si un tanque de almacenamiento de agua helada de 20 o 30 metros requiere monitoreo de temperatura a muchas alturas diferentes, la instalación de sondas de temperatura separadas puede crear una gran cantidad de:
- sensores;
- cables;
- conectores;
- puntos de montaje;
- conexiones de cableado.
A medida que aumenta el número de puntos de medición, la instalación y el mantenimiento se vuelven más complicados.
Una alternativa práctica es:
Cable sensor de temperatura multipunto.
Múltiples sensores de temperatura están integrados en un solo cable, que se instala verticalmente dentro del tanque.
Por ejemplo, un cable de temperatura de 20 metros se puede diseñar con:
- 10 puntos de temperatura;
- 15 puntos de temperatura;
- 20 puntos de temperatura;
- u otra cantidad según los requisitos del proyecto.
El espaciado de los sensores también se puede personalizar.
Las opciones típicas pueden incluir:
0.5 m / 1 m / 2 m
u otros intervalos según la resolución de seguimiento requerida.
Esto hace posible recopilar datos de temperatura de múltiples alturas de tanque utilizando un solo conjunto de cables.
¿Qué se debe considerar al seleccionar un cable de temperatura para tanque de agua helada?
1. Número de puntos de temperatura
El número necesario de sensores depende principalmente de:
altura del tanque;
estratificación de temperatura esperada;
requisitos de control;
resolución de temperatura requerida.
Un tanque más alto generalmente requerirá más puntos de medición.
2. Espaciado de sensores
Si el proyecto requiere un monitoreo detallado de la termoclina, un espaciamiento más pequeño entre sensores puede ser más adecuado.
Para un seguimiento básico de la estratificación, puede ser suficiente una separación mayor.
Por esta razón, los cables de temperatura del tanque de almacenamiento de agua enfriada a menudo necesitan soporte personalizado:
Longitud del cable y cantidad de sensores.
3. Rendimiento a prueba de agua
El cable puede permanecer sumergido en agua durante largos periodos.
Por lo tanto, los factores importantes incluyen:
impermeabilización de cubiertas de cables;
sellado de sensores;
sellado de conectores;
Estabilidad de inmersión a largo plazo.
4. Consistencia de la medición
Para el monitoreo de tanques de agua helada, la precisión de cada sensor individual es importante.
Sin embargo, la coherencia entre los diferentes sensores también es importante.
El sistema a menudo compara temperaturas entre alturas adyacentes para evaluar la estratificación térmica.
Si los sensores individuales tienen grandes diferencias de medición, el análisis de termoclina puede volverse menos confiable.
5. Comunicación de datos
Los grandes centros de datos normalmente necesitan integrar los datos de temperatura del tanque en un sistema de monitoreo central.
Dependiendo del proyecto, el sistema de monitoreo de temperatura puede soportar:
RS485;
Modbus RTU;
unidades de adquisición de datos;
SOCIEDAD ANÓNIMA;
BMS;
SCADA.
Esto permite que el perfil de temperatura del tanque forme parte del sistema general de gestión de refrigeración.
¿Por qué el crecimiento de la IA puede aumentar la demanda de tanques de agua helada?
¿Monitoreo de temperatura?
La relación es más fácil de entender cuando se ve como parte de la cadena de enfriamiento del centro de datos.
El crecimiento de la informática con IA aumenta la potencia del servidor.
Una mayor potencia del servidor genera más calor.
Una mayor densidad de calor aumenta la necesidad de sistemas de refrigeración líquida y de refrigeración a base de agua.
Los sistemas de agua helada más grandes crean una mayor demanda de producción, distribución y almacenamiento de refrigeración eficiente.
Algunos centros de datos grandes utilizan tanques de almacenamiento de agua fría para:
- almacenamiento de energía de refrigeración;
- gestión de cargas máximas;
- optimización energética;
- capacidad del buffer de enfriamiento.
Una vez que un tanque de almacenamiento de agua enfriada está en funcionamiento, es necesario comprender la estratificación de la temperatura interna.
Un solo punto de temperatura no puede describir completamente el estado del tanque.
Por este motivo, el control de la temperatura a múltiples alturas resulta cada vez más valioso.
Esta es una de las principales razones por las queCables de sensores de temperatura multipunto para tanques de almacenamiento de agua fría.se están volviendo relevantes para los sistemas de refrigeración de centros de datos modernos.
El impacto de la IA no se limita a chips y servidores.
A medida que aumenta la capacidad informática de los centros de datos, también deben desarrollarse el suministro de energía, la refrigeración, la refrigeración líquida, los sistemas de agua helada y la infraestructura de almacenamiento de energía térmica.
Para los centros de datos que utilizan grandes sistemas centralizados de agua enfriada, los tanques de almacenamiento de agua enfriada pueden respaldar la gestión de carga máxima, la capacidad del buffer de enfriamiento y una operación más flexible del sistema.
Sin embargo, un tanque de almacenamiento grande no tiene una temperatura uniforme.
Para comprender su condición operativa real, es necesario monitorear el perfil de temperatura desde la parte superior del tanque hasta el fondo.
Un cable sensor de temperatura multipunto puede proporcionar datos de temperatura a varias alturas utilizando un único conjunto de cable vertical.
Estos datos pueden ayudar a los operadores a monitorear la estratificación térmica, el movimiento de la termoclina, las condiciones de carga y descarga y el rendimiento general del almacenamiento de agua enfriada.
A medida que los centros de datos de IA continúan avanzando hacia mayores densidades de energía,refrigeración líquida del centro de datos, almacenamiento de energía térmica con agua helada y monitoreo de temperatura del tanque multipuntoEs probable que se conviertan en partes cada vez más importantes de la infraestructura de apoyo.
Preguntas frecuentes
1. ¿Qué es un tanque de almacenamiento de agua helada?
Un tanque de almacenamiento de agua helada almacena energía de refrigeración en forma de agua a baja temperatura.
El sistema puede producir agua enfriada durante los períodos de menor carga y utilizar el enfriamiento almacenado más tarde, cuando aumenta la demanda de enfriamiento.
2. ¿Por qué los centros de datos de IA utilizan refrigeración por agua?
Los servidores de IA, en particular los servidores de GPU, pueden tener una densidad de potencia muy alta.
El agua y otros líquidos pueden eliminar el calor de manera más eficiente que el aire, lo que hace que la refrigeración líquida sea más adecuada para entornos informáticos de alta densidad.
3. ¿Todo centro de datos de IA necesita un tanque de almacenamiento de agua fría?
No.
La decisión depende de la arquitectura de refrigeración, el tamaño del centro de datos, la carga de refrigeración, el precio de la electricidad, los requisitos de redundancia y la estrategia operativa.
El almacenamiento de agua helada generalmente es más relevante para instalaciones grandes que utilizan sistemas centralizados de agua helada.
4. ¿Por qué un sensor de temperatura no es suficiente para un tanque de almacenamiento de agua helada?
Los grandes tanques de almacenamiento de agua helada suelen tener estratificación de temperatura.
La temperatura del agua en la parte superior, media e inferior del tanque puede ser significativamente diferente.
Un solo sensor no puede mostrar la altura de la capa de agua fría o la posición de la termoclina.
Por este motivo, la monitorización de la temperatura en múltiples puntos suele resultar más útil.
5. ¿Qué es una termoclina?
Una termoclina es la zona de transición de temperatura entre la capa de agua fría y la capa de agua más cálida dentro de un tanque de almacenamiento estratificado.
Su posición y grosor pueden ayudar a indicar el estado de funcionamiento del tanque de almacenamiento.
6. ¿Se puede personalizar el cable de temperatura del tanque de almacenamiento de agua helada?
Sí.
Dependiendo del proyecto, se pueden personalizar los siguientes parámetros:
longitud total del cable;
número de sensores de temperatura;
espaciado de sensores;
salida de señal;
método de adquisición de datos.
Por ejemplo, se pueden diseñar diferentes diseños de sensores para tanques de 20 metros, 30 metros u otras alturas.
7. ¿Se pueden conectar los datos de temperatura del tanque a un PLC o BMS?
Sí.
Utilizando una unidad de adquisición de temperatura e interfaces de comunicación industrial como RS485 o Modbus, se pueden transmitir datos de temperatura multipunto a:
sistemas PLC;
plataformas BMS;
Sistemas SCADA;
otros sistemas de gestión de refrigeración.