¿Cómo la innovadora tecnología de refrigeración "agua caliente" de NVIDIA ahorra mucha electricidad y agua?

NVIDIA enfría el refrigerante de sus nuevos servidores de IA a 45 °C para evitar los enfriadores de agua más intensivos en energía, utilizando disipadores de calor secos para expulsar el calor al exterior.
(Resumen: Dell y NVIDIA lanzan servidores de IA con refrigeración líquida total. Primera arquitectura Vera Rubin, 144 GPU por rack con potencia de cálculo récord)
(Contexto adicional: La revolución de la fuente de alimentación de 800 V de NVIDIA no se retrasa. Confirmado con Delta Electronics y ABB: producción en masa en el tercer trimestre)

Índice

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• De 20 kW a 140 kW: racks de refrigeración por aire en su límite
• ¿Por qué la refrigeración por agua caliente a 45 °C ahorra más electricidad?
• 25 veces más eficiencia energética, 300 veces menos consumo de agua

En la factura de un centro de datos, no solo las GPU son voraces; el sistema de refrigeración consume hasta el 40% de la electricidad total, siendo una de las mayores cargas que reduce los márgenes de beneficio.

Sin embargo, los nuevos servidores Rubin de NVIDIA ofrecen una respuesta contraintuitiva: para ahorrar energía, primero calienta el agua. La nueva tecnología de refrigeración por "agua caliente" eleva la temperatura de funcionamiento del refrigerante a 45 °C, abandonando el sentido común de "cuanto más frío, mejor".

De 20 kW a 140 kW: racks de refrigeración por aire en su límite

Hace tres años, el consumo de electricidad de un rack de centro de datos rondaba los 20 kW, que se podía manejar con aire acondicionado y ventiladores comunes. Tras el cambio generacional de las GPU, esta cifra se ha multiplicado por más de seis; la densidad de racks en instalaciones a gran escala supera ahora generalmente los 135 kW, y el consumo térmico total de un solo rack NVIDIA GB200 NVL72 se acerca a los 130-140 kW.

El calor que los ventiladores pueden disipar tiene un límite físico. Una vez que la densidad del rack supera un cierto umbral, la refrigeración por aire ya no es un problema de eficiencia, sino de funcionalidad. Es por eso que la refrigeración líquida se ha convertido en la arquitectura predeterminada de las fábricas de IA; con chips apilados hasta el nivel NVL72, la única forma de eliminar el calor en tiempo real es que el líquido entre en contacto directo con la superficie del chip.

¿Por qué la refrigeración por agua caliente a 45 °C ahorra más electricidad?

El núcleo de la arquitectura de refrigeración líquida es hacer que el refrigerante fluya directamente sobre las aletas de disipación de calor en la superficie del chip, eliminando el calor y luego saliendo del rack, sin depender de la ineficiente capa intermedia de ventiladores que soplan aire.

En la nueva generación Rubin, el refrigerante entra al chip a 45 °C, sale a unos 55 °C después de absorber calor, en un circuito cerrado sin ventiladores en el sistema, sin comprometer el rendimiento.

El componente más intensivo en energía en un centro de datos es el enfriador mecánico de agua (chiller). En pocas palabras, es el "corazón del aire acondicionado" que utiliza un compresor para enfriar el agua forzosamente. La industria estima que por cada grado que se aumenta la temperatura del agua de salida del enfriador, se ahorra aproximadamente un 4% de la energía de refrigeración. Al aumentar la temperatura del agua a 45 °C, se evita directamente la etapa del compresor, utilizando en su lugar un disipador de calor seco (dry cooler).

En pocas palabras, es un dispositivo pasivo que solo usa ventiladores para dispersar el calor del agua caliente al aire exterior, sin evaporar agua ni usar compresores.

25 veces más eficiencia energética, 300 veces menos consumo de agua

Los resultados se reflejan en las cifras del blog oficial de NVIDIA: el GB200 NVL72 ofrece una eficiencia energética 25 veces mayor y una eficiencia en el uso del agua 300 veces mayor en comparación con la arquitectura de refrigeración por aire tradicional; la nueva generación GB300 NVL72 amplía la ventaja de eficiencia energética a 30 veces.

Traducido al indicador PUE que mide la eficiencia eléctrica de los centros de datos, esto equivale a eliminar directamente una gran porción de consumo ineficiente.

La diferencia en el consumo de agua es aún más evidente. La refrigeración tradicional se basa principalmente en torres de enfriamiento evaporativo. En pocas palabras, es un método de disipación de calor que elimina el calor mediante la evaporación del agua; es efectivo, pero el agua evaporada anualmente se mide en millones de galones. Estos sistemas consumen aproximadamente 2,6 millones de galones de agua por MW cada año.

Al cambiar a refrigeración líquida en circuito cerrado con disipadores de calor secos, en zonas climáticas adecuadas, el consumo de agua se puede reducir a casi cero, disminuyendo hasta un 100%. Un centro de datos a gran escala de 50 MW, después de cambiar a infraestructura de refrigeración líquida, solo con los costos de electricidad y agua relacionados con la refrigeración, puede ahorrar más de 4 millones de dólares al año.