Como a inovadora tecnologia de resfriamento "água quente" da NVIDIA economiza significativamente eletricidade e água?

NVIDIA está aquecendo o líquido de arrefecimento dos novos servidores de IA a 45°C para operar, pulando assim os chillers mais eficientes em termos de energia e usando resfriadores secos para dissipar o calor para fora.

(Notícia anterior: Dell se une à NVIDIA para lançar servidores de IA com "resfriamento líquido total"! Primeira arquitetura Vera Rubin, 144 GPUs por rack com poder de processamento recorde) (Contexto adicional: Revolução de fornecimento de 800V da NVIDIA não sofre atrasos! Parceiros Delta Electronics e ABB confirmam: produção em massa no Q3)

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• De 20kW a 140kW: racks atingindo o limite do resfriamento a ar
• Água quente a 45°C: por que economiza mais energia?
• 25x eficiência energética, 300x economia de água

Na conta do data center, não são apenas as GPUs que são gananciosas; o sistema de arrefecimento consome até 40% da eletricidade total há anos, sendo um dos maiores ônus que comprimem os lucros.

No entanto, o novo servidor Rubin da NVIDIA oferece uma resposta contraintuitiva: para economizar energia, primeiro aqueça a água. A nova tecnologia de "resfriamento a água quente" eleva a temperatura operacional do líquido de arrefecimento para 45°C, abandonando o senso comum de "quanto mais frio, melhor".

De 20kW a 140kW: racks atingindo o limite do resfriamento a ar

Há três anos, o consumo de energia de um rack de data center era de cerca de 20 kW, facilmente gerenciado com ar condicionado comum e ventiladores. Com a troca de gerações de GPUs, esse número mais que sextuplicou; a densidade de racks em instalações de hiperescala agora geralmente ultrapassa 135 kW, e o dissipação térmica total de um único rack NVIDIA GB200 NVL72 se aproxima de 130 a 140 kW.

O calor que os ventiladores podem dissipar tem um limite físico. Uma vez que a densidade do rack ultrapassa um certo limiar, o resfriamento a ar não é mais uma questão de eficiência, mas de viabilidade operacional. É por isso que o resfriamento líquido se tornou a arquitetura padrão das fábricas de IA. Com chips empilhados até a escala NVL72, a única maneira de remover o calor instantaneamente é fazer o líquido entrar em contato direto com a superfície do chip.

Água quente a 45°C: por que economiza mais energia?

O núcleo da arquitetura de resfriamento líquido é fazer o líquido refrigerante fluir diretamente sobre as aletas de dissipação na superfície do chip, removendo o calor e saindo do rack, eliminando o intermediário ineficiente de soprar ar com ventiladores.

O líquido refrigerante da nova geração Rubin entra no chip a 45°C, sai a cerca de 55°C após absorver calor, em um loop fechado, sem ventiladores dentro do sistema, sem comprometimento de desempenho.

O componente que mais consome energia em um data center é o chiller mecânico. Simplificando, é o "coração do ar condicionado" que usa um compressor para forçar o resfriamento da água. Estimativas do setor indicam que, para cada grau Celsius que a temperatura da água de saída do chiller é aumentada, economiza-se cerca de 4% da energia de resfriamento; e ao elevar a temperatura da água para 45°C, pula-se diretamente a etapa do compressor, usando em vez disso um resfriador seco (dry cooler).

Simplificando, é um dispositivo passivo que apenas usa ventiladores para dissipar o calor da água quente para o ar externo, sem evaporar água ou usar compressores.

25x eficiência energética, 300x economia de água

Os efeitos são refletidos nos números do blog oficial da NVIDIA: o GB200 NVL72 oferece 25 vezes mais eficiência energética e 300 vezes mais eficiência no uso de água em comparação com a arquitetura de resfriamento a ar tradicional; a nova geração GB300 NVL72 amplia a vantagem de eficiência energética para 30 vezes.

Convertendo para o indicador PUE que mede a eficiência do uso de eletricidade em data centers, isso equivale a cortar uma grande parte do consumo ineficiente.

A diferença no uso de água é ainda mais direta. O resfriamento tradicional é dominado por torres de resfriamento evaporativo. Simplificando, um método de dissipação de calor que depende da evaporação da água para remover calor, eficaz, mas evapora milhões de galões de água anualmente; tais sistemas consomem cerca de 2,6 milhões de galões de água por MW por ano.

Substituindo por resfriamento líquido fechado mais resfriadores secos, em regiões climáticas adequadas, o uso de água pode ser reduzido para quase zero, uma redução de até 100%. Um data center de hiperescala de 50 MW, após a troca para infraestrutura de resfriamento líquido, pode economizar mais de US$ 4 milhões anualmente apenas em contas de eletricidade e água relacionadas ao resfriamento.