Refrigeració sense aigua de Microsoft: lliçons per a centres de dades
El nou sistema de refrigeració sense aigua de Microsoft podria estalviar 33 milions de galons d'aigua per any centre de dades anualment.
Refrigeració directa al xip sense aigua per a centres de dades de Munters i ZutaCore
Resum de valors:
Microsoft ha desenvolupat un sistema de refrigeració sense aigua que elimina l'evaporació de l'aigua mitjançant la refrigeració a nivell de xip i la tecnologia de circuit tancat. Aquest enfocament conserva l'aigua, millora l'eficiència energètica i redueix la pressió ambiental, especialment en regions amb escassetat d'aigua com Arizona. El 2027, Microsoft pretén convertir aquest en el mètode de refrigeració estàndard a tots els seus centres de dades.
Beneficis clau:
- Conservació de l'aiguaEstalvia 33 milions de galons d'aigua per instal·lació cada any.
- Eficiència energèticaRedueix el consum d'energia en 15–20% durant la vida útil d'un centre de dades.
- Impacte ambientalAlleuja la pressió sobre els recursos hídrics i redueix les emissions de gasos d'efecte hivernacle fins a 21%.
- ImplementacióCentrat en noves instal·lacions per equilibrar els costos inicials amb estalvis a llarg termini.
Comparació ràpida:
| Mètode de refredament | Ús d'aigua | Eficiència energètica | Impacte ambiental | Cost d'implementació |
|---|---|---|---|---|
| Refrigeració sense aigua | Prop de zero | Alt | Impacte mínim sobre l'aigua | Alt |
| Refrigeració evaporativa | Alt (0,48 gal/kWh) | Moderat | Cola l'aigua local | Moderat |
| Refrigeració de circuit tancat | Baix (ompliment inicial) | consistent | Redueix l'ús de productes químics | Més alt per endavant |
Pont:
El sistema de refrigeració sense aigua de Microsoft estableix un nou punt de referència per a les operacions sostenibles dels centres de dades, però com es compara amb altres mètodes de refrigeració? Aprofundim en els detalls.
1. Refrigeració sense aigua de Microsoft
Microsoft ha introduït una tecnologia de refrigeració innovadora per als seus centres de dades anomenada refrigeració sense aigua. Aquest sistema utilitza un disseny de circuit tancat que recicla contínuament l'aigua sense evaporació. En combinar la refrigeració a nivell de xip amb mètodes avançats de refrigeració líquida, manté els servidors a la temperatura adequada alhora que elimina completament el malbaratament d'aigua.
Actualment, Microsoft està provant aquest sistema en noves obres de construcció a Phoenix, Arizona, i Mt. Pleasant, Wisconsin, i es preveu que les operacions comencin el 2026. A finals del 2027, l'empresa té previst convertir l'evaporació zero d'aigua en el mètode de refrigeració estàndard a tots els seus centres de dades. A continuació, explorarem el seu impacte en el consum d'aigua, l'eficiència energètica, els beneficis ambientals i els costos d'implementació.
Ús d'aigua
El sistema de refrigeració sense aigua rep el seu nom perquè elimina completament la necessitat d'evaporació d'aigua. Un cop el sistema s'omple durant la construcció, la mateixa aigua circula indefinidament entre els servidors i els refrigeradors, sense necessitat de substitució.
Aquest disseny té un impacte enorme en la conservació de l'aigua. Es preveu que cada centre de dades que utilitzi aquest sistema estalviï 33 milions de galons d'aigua anualment – la mateixa quantitat que els centres de dades de Microsoft consumeixen actualment per instal·lació en un any. Essencialment, aquesta tecnologia podria eliminar completament el consum d'aigua per a la refrigeració.
Eficiència energètica
A més d'estalviar aigua, el sistema de Microsoft millora l'eficiència energètica permetent que els centres de dades funcionin a temperatures més altesAixò permet utilitzar refrigeradors més eficients energèticament, reduint el consum total d'energia.
Canviar de la refrigeració tradicional per aire a mètodes de refrigeració líquida com les plaques fredes pot reduir el consum d'energia del 15 al 20 per cent durant la vida útil d'un centre de dades. A més, les emissions de gasos d'efecte hivernacle podrien disminuir del 15 al 21 per cent, tot mantenint un rendiment de refrigeració constant.
Microsoft també està experimentant amb refrigeradors economitzadors d'alta eficiència que funcionen a temperatures d'aigua elevades. Aquests refrigeradors avançats ajuden a contrarestar qualsevol augment potencial de l'eficàcia en l'ús d'energia (PUE) que es pugui produir en abandonar els sistemes de refrigeració evaporativa.
Impacte ambiental
Els beneficis mediambientals de la refrigeració sense aigua van més enllà de l'estalvi d'aigua i energia. Aquesta tecnologia aborda les preocupacions sobre la pressió que els centres de dades exerceixen sobre els subministraments d'aigua locals, especialment en zones com Arizona, on els recursos hídrics ja són limitats.
"La protecció de les conques hidrogràfiques locals és una part important del nostre compromís amb la comunitat de dades, i estem compromesos a tenir un impacte positiu en les comunitats on operem", diu Steve Solomon.
L'abast d'aquests beneficis es fa evident quan es considera que un únic centre de dades a hiperescala que utilitza mètodes de refrigeració tradicionals pot consumir fins a 396.000 galons d'aigua diarisEn eliminar aquesta demanda, el sistema de Microsoft alleuja significativament la pressió sobre els subministraments d'aigua locals. En comparació amb els sistemes de refrigeració per aire, pot reduir el consum total d'aigua en del 31 al 52 per cent, convertint-lo en un punt de canvi per a les regions que s'enfronten a l'escassetat d'aigua.
Cost d'implementació
Microsoft no ha compartit els costos exactes per implementar el seu sistema de refrigeració sense aigua, però està clar que la tecnologia requereix una inversió inicial substancial. Els components clau com la infraestructura de refrigeració a nivell de xip i els sistemes de circuit tancat augmenten la complexitat i la despesa. El sistema implica refrigeració líquida directa a nivell de processador i mecanismes complexos de circulació d'aigua, que requereixen una enginyeria precisa.
Els reptes inclouen garantir una refrigeració fiable a nivell de xip, gestionar els riscos potencials per al maquinari del servidor derivats dels sistemes líquids i abordar les necessitats energètiques de la pròpia infraestructura de refrigeració. Tanmateix, l'estalvi a llarg termini derivat de la reducció del consum d'aigua i la millora de l'eficiència energètica poden ajudar a compensar aquests costos inicials.
Per mantenir les despeses manejables, Microsoft s'està centrant en incorporar la refrigeració sense aigua. centres de dades de nova construcció en lloc de modernitzar les existents. En dissenyar instal·lacions amb aquest sistema des del principi, l'empresa pot controlar millor els costos alhora que prioritza la sostenibilitat per a les operacions futures. Aquest enfocament subratlla la importància d'equilibrar les inversions inicials amb l'estalvi a llarg termini i els beneficis mediambientals a l'hora de planificar solucions modernes de refrigeració per a centres de dades.
2. Refrigeració evaporativa estàndard
El refredament evaporatiu estàndard funciona reduint la temperatura de l'aigua mitjançant l'evaporació dins de les torres de refrigeració. Funciona així: l'aigua escalfada es ruixa sobre el material de farciment mentre els ventiladors aspiren aire a través del sistema. Aquest procés fa que part de l'aigua s'evapori, refredant l'aigua restant, que després es recircula.
"Les torres de refrigeració evaporativa aprofiten el poder natural del refredament evaporatiu per reduir la temperatura de l'aigua utilitzada en processos industrials i en sistemes de refrigeració de confort comercials de climatització."
Ús d'aigua
Un dels majors reptes de la refrigeració evaporativa estàndard és el seu elevat consum d'aigua, que pot afectar els recursos hídrics locals. Els centres de dades a hiperescala, per exemple, poden utilitzar fins a 1,5 milions de litres d'aigua diàriament. Fins i tot les instal·lacions majoristes més petites poden consumir uns 18.000 galons (68.100 litres) cada dia.
Com que aquest mètode de refrigeració depèn del procés d'evaporació per eliminar la calor, l'aigua s'ha de reposar contínuament per mantenir el sistema funcionant de manera eficient. Aquesta demanda constant esdevé encara més problemàtica en zones àrides, com ara Arizona, on empreses com Microsoft estan explorant alternatives sense aigua.
Eficiència energètica
Tot i que utilitza molta aigua, la refrigeració evaporativa estàndard és molt eficient energèticament en comparació amb els sistemes de refrigeració només per aire. Aquest mètode pot rebutjar la mateixa quantitat de calor mentre consumeix molta menys electricitat. Per exemple, els sistemes de refrigeració evaporativa indirecta (IEC) poden estalviar fins a 28% de l'energia utilitzada pels sistemes de refrigeració lliure i fins a 52% en comparació amb la refrigeració per aire. A l'estiu, aquests sistemes poden reduir les temperatures ambient entre 6 i 8 °C (10 i 15 °F), cosa que els fa especialment eficaços en climes càlids.
Aquesta eficiència es deu en gran part a la capacitat superior de l'aigua per transferir calor en comparació amb l'aire. Tanmateix, en ambients humits, el refredament evaporatiu directe pot augmentar la humitat relativa fins a uns 80%. Aquest augment de la humitat pot provocar la degradació dels equips i crear condicions que promoguin el creixement de microorganismes, cosa que planteja reptes addicionals.
Impacte ambiental
La refrigeració evaporativa estàndard és un compromís entre l'estalvi d'energia i el consum d'aigua. D'una banda, utilitza menys electricitat que els sistemes de refrigeració només per aire, cosa que pot reduir les emissions de gasos d'efecte hivernacle, especialment en zones que depenen de combustibles fòssils per a la generació d'energia. D'altra banda, la pèrdua significativa d'aigua per evaporació suposa una pressió per al subministrament d'aigua local, especialment en regions amb escassetat d'aigua. En aquestes zones, els centres de dades poden trobar-se competint amb les necessitats residencials i agrícoles per aquest recurs limitat. Un cop l'aigua s'evapora, s'elimina permanentment de la conca hidrogràfica local, cosa que augmenta les preocupacions mediambientals.
Cost d'implementació
Des del punt de vista dels costos, els sistemes de refrigeració evaporativa estàndard són relativament assequibles en comparació amb les tecnologies de refrigeració més avançades. Es basen en components coneguts com ara torres de refrigeració, bombes, ventiladors i sistemes de distribució, que estan àmpliament disponibles i són familiars per als tècnics. Aquesta rendibilitat els ha convertit en una opció popular per a molts operadors de centres de dades. Per exemple, a partir del 2023, Equinix, un dels operadors de centres de dades més grans del món, utilitza refrigeració evaporativa a la 40% de les seves instal·lacions. Aquesta adopció generalitzada destaca l'equilibri entre costos d'implementació raonables i un rendiment de refrigeració fiable.
La següent secció aprofundirà en els sistemes de refrigeració de circuit tancat per proporcionar una comparació més clara.
sbb-itb-59e1987
3. Sistemes de refrigeració de circuit tancat
Els sistemes de refrigeració de circuit tancat aconsegueixen un equilibri entre els mètodes tradicionals de refrigeració evaporativa i les innovacions de refrigeració sense aigua de Microsoft. Aquests sistemes funcionen fent circular contínuament un volum fix de fluid en un circuit segellat. El fluid absorbeix la calor dels servidors i els equips i després l'allibera a través de radiadors externs o intercanviadors de calor. A diferència de la refrigeració evaporativa, els sistemes de circuit tancat mantenen l'aigua continguda, eliminant l'evaporació, la deriva i la purga.
L'agost de 2024, Microsoft va portar aquest concepte més enllà introduint centres de dades dissenyats específicament per a càrregues de treball d'IA, amb sistemes de refrigeració amb evaporació zero d'aigua.
Ús d'aigua
Una de les característiques més destacades dels sistemes de circuit tancat és la seva capacitat per conservar aigua. A diferència dels sistemes evaporatius que requereixen un subministrament constant d'aigua, els dissenys de circuit tancat només necessiten un ompliment inicial durant la configuració. En mantenir l'aigua dins del sistema, aquests dissenys redueixen dràsticament el consum d'aigua. Els centres de dades de Microsoft destaquen aquesta eficiència, aconseguint una eficàcia en l'ús de l'aigua (WUE) de 0,30 L/kWh en l'últim any fiscal. Això representa una millora de 39% en comparació amb els 0,49 L/kWh reportats el 2021 i una impressionant millora de 80% des dels seus primers models de centres de dades.
Eficiència energètica
Els sistemes de circuit tancat no només estalvien aigua; també optimitzen l'ús d'energia. En reduir la càrrega de bombament i mantenir netes les superfícies de transferència de calor, aquests sistemes garanteixen un rendiment energètic constant. Requereixen menys energia per al bombament i mantenen una transferència de calor eficient al llarg del temps, cosa que els converteix en una opció fiable per a un ús d'energia predictible.
No obstant això, hi ha alguns inconvenients. Tot i que els sistemes de refrigeració en sec eliminen completament el consum d'aigua, tendeixen a consumir més energia. La solució de Microsoft per a aquest repte inclou refrigeradors d'alta eficiència i refrigeració a nivell de xip, que ajuden a gestionar els possibles augments de l'eficàcia de l'ús d'energia (PUE).
Cost d'implementació
Els costos inicials dels sistemes de circuit tancat són més alts que els dels sistemes de refrigeració evaporativa tradicionals, en gran part a causa de la necessitat d'intercanviadors de calor i bombes especialitzats. Tanmateix, aquests costos es compensen amb estalvis operatius a llarg termini. Les despeses de manteniment són més baixes i els sistemes ofereixen flexibilitat en la instal·lació. Per exemple, els equips de rebuig de calor es poden col·locar més lliurement al voltant de la instal·lació sense necessitat d'equilibri hidràulic. Aquesta flexibilitat i el manteniment reduït contribueixen als beneficis operatius a llarg termini del sistema.
Impacte ambiental
Els avantatges mediambientals de la refrigeració de circuit tancat van molt més enllà de la conservació de l'aigua. Els sistemes de refrigeració líquida, inclosos els dissenys de circuit tancat, tenen el potencial de reduir les emissions de gasos d'efecte hivernacle entre 151 i 821 trilions cúbics de gasos, depenent de com s'implementin. En evitar l'evaporació de l'aigua, aquests sistemes alleugen la demanda dels subministraments d'aigua locals. A més, redueixen la necessitat de tractaments químics, cosa que disminueix els riscos mediambientals relacionats amb l'eliminació i la manipulació de productes químics. Si bé aquests beneficis són significatius, una planificació acurada és crucial. Factors com la composició química dels fluids de refrigeració, els mètodes d'eliminació i el compliment normatiu s'han d'avaluar a fons per aprofitar al màxim els beneficis mediambientals d'aquests sistemes.
Avantatges i desavantatges
Analitzem com els diferents mètodes de refrigeració es comparen pel que fa als avantatges i els reptes. Cada enfocament té els seus propis inconvenients, que influeixen en l'eficiència operativa, les consideracions ambientals i les prioritats pressupostàries.
Refrigeració sense aigua de Microsoft destaca per eliminar l'ús d'aigua dolça mitjançant la refrigeració a nivell de xip. Aquest mètode és revolucionari per abordar l'escassetat d'aigua, sobretot perquè alguns centres de dades consumeixen milions de galons diàriament. Tanmateix, el problema rau en els seus elevats costos inicials i la necessitat de millores importants en la infraestructura. A més, l'eficiència energètica del sistema depèn en gran mesura de la font d'alimentació, i la complexitat de la refrigeració a nivell de xip pot comportar demandes de manteniment més elevades i possibles temps d'inactivitat.
Refrigeració evaporativa estàndard ha estat durant molt de temps una opció fiable i rendible. Aquests sistemes utilitzen entre 60 i 751 TP3T menys d'electricitat en comparació amb l'aire condicionat tradicional basat en refrigerants. Però hi ha un inconvenient: consumeixen uns 0,48 galons d'aigua per quilowatt-hora, amb 30-401 TP3T perduts per evaporació. En climes humits, la seva eficiència disminueix i poden sobrecarregar els recursos hídrics locals alhora que poden introduir contaminants al medi ambient.
Sistemes de refrigeració de circuit tancat ofereixen un punt intermedi, prioritzant la conservació de l'aigua sense sacrificar la fiabilitat. Un cop omplerts, aquests sistemes eviten la pèrdua contínua d'aigua i mantenen una eficiència energètica constant gràcies a les superfícies de transferència de calor netes. També tenen costos de manteniment més baixos en comparació amb els sistemes evaporatius. Tanmateix, la inversió inicial en equips especialitzats pot ser elevada i una optimització inadequada pot provocar un augment del consum d'energia.
Val la pena assenyalar que l'aigua és un conductor de calor increïblement eficaç, fins a 1.000 vegades més eficient que l'aire, cosa que fa que els sistemes de refrigeració basats en líquids siguin especialment atractius en determinats escenaris.
| Mètode de refredament | Ús d'aigua | Eficiència energètica | Cost d'implementació | Impacte ambiental |
|---|---|---|---|---|
| Aigua zero de Microsoft | Eficàcia de l'ús de l'aigua gairebé nul·la (WUE) | Alt (depèn de la font d'energia) | Alt (cal refrigeració a nivell de xip) | Impacte mínim a les conques hidrogràfiques locals |
| Evaporatiu estàndard | Alt (aprox. 0,48 gal/kWh) | 60–75% menys energia que l'aire condicionat tradicional | Inversió inicial moderada | Pot afectar els recursos hídrics locals |
| Circuit tancat | Baix (només ompliment inicial) | Rendiment consistent i predictible | Més alt inicial, menys manteniment | Reducció de la dependència dels tractaments químics |
L'elecció del sistema de refrigeració adequat depèn de diversos factors, com ara la ubicació, la disponibilitat d'aigua, els costos energètics i els requisits reglamentaris. Per exemple, els centres de dades en zones propenses a la sequera poden inclinar-se cap a sistemes sense aigua o de circuit tancat, mentre que les instal·lacions en regions riques en aigua amb despeses energètiques més baixes poden preferir la refrigeració evaporativa.
Amb el mercat de refrigeració de centres de dades dels EUA previst que arribi als $3.500 milions el 2025, aquestes decisions són més crítiques que mai. Els proveïdors d'allotjament com Servidor han d'avaluar acuradament aquestes tecnologies de refrigeració per aconseguir l'equilibri adequat entre rendiment, cost i responsabilitat ambiental, especialment quan es gestiona una xarxa global d'instal·lacions.
Conclusió
La tecnologia de refrigeració sense aigua de Microsoft marca un gran pas endavant per a la indústria dels centres de dades. En abordar l'evaporació de l'aigua mitjançant solucions de refrigeració a nivell de xip, Microsoft ha demostrat que és possible aconseguir una eficàcia en l'ús de l'aigua (WUE) gairebé nul·la i, alhora, mantenir les operacions eficients. Els propers projectes pilot a Phoenix i Mt. Pleasant, previstos per al 2026, posaran a prova aquest enfocament innovador.
Els resultats fins ara són difícils d'ignorar. La reducció del consum d'aigua per instal·lació (WUE) de 0,49 L/kWh el 2021 a 0,30 L/kWh (una disminució de 39%) es tradueix en un estalvi de 125 milions de litres d'aigua per instal·lació cada any. Aquestes xifres destaquen que la conservació d'aigua a gran escala no ha de tenir per què anar en detriment del rendiment. Aquest progrés estableix un bon exemple de pràctiques sostenibles en les operacions dels centres de dades.
Per als centres de dades que replantegen les seves estratègies de refrigeració, la millor elecció depèn en gran mesura de necessitats i condicions localsEn zones amb escassetat d'aigua com Arizona, els sistemes de circuit tancat o sense aigua podrien canviar les regles del joc, sobretot quan un únic centre de dades a hiperescala podria utilitzar fins a 1,5 milions de litres d'aigua diàriament. D'altra banda, en regions amb abundants recursos hídrics, el refredament evaporatiu tradicional encara podria tenir sentit per ara, tot i que l'enfocament més ampli de la indústria s'està desplaçant clarament cap a la conservació.
A mesura que creix l'impuls per l'eficiència de l'aigua, és evident que això ha de convertir-se en una prioritat clau de disseny. Els proveïdors com Serverion han de ponderar el rendiment, els costos i l'impacte ambiental alhora que adapten els sistemes de refrigeració a les condicions locals de l'aigua i es preparen per a les futures regulacions.
La indústria es troba en una cruïlla on pot satisfer la creixent demanda de potència computacional, especialment per a les càrregues de treball d'IA, sense esgotar els recursos hídrics vitals. La veritable pregunta no és si els sistemes de refrigeració que estalvien aigua es convertiran en la norma, sinó amb quina rapidesa s'adoptaran per protegir les comunitats que depenen d'aquests recursos.
Preguntes freqüents
Quins són els avantatges d'estalvi de costos del sistema de refrigeració sense aigua de Microsoft en comparació amb la refrigeració evaporativa tradicional?
El sistema de refrigeració sense aigua de Microsoft: un punt de canvi per als centres de dades
El sistema de refrigeració sense aigua de Microsoft està remodelant la manera com els centres de dades gestionen la refrigeració, oferint una alternativa més intel·ligent i rendible als mètodes tradicionals. Els centres de dades típics depenen en gran mesura de la refrigeració evaporativa, que pot consumir fins a 1,5 milions de litres d'aigua diarisAixò no només augmenta les factures d'aigua, sinó que també augmenta les despeses operatives, sobretot en zones on l'aigua és escassa i costosa. El sistema de circuit tancat de Microsoft elimina completament la necessitat d'aigua potable, cosa que podria estalviar. milions de galons anuals per centre de dades – una gran victòria tant pel que fa als pressupostos com als recursos.
Però els beneficis van més enllà de la simple reducció de costos. Aquest sistema innovador augmenta l'eficiència en reduir la dependència del subministrament d'aigua extern, fent-lo més resilient i respectuós amb el medi ambient. També dóna suport a l'ambiciós objectiu de Microsoft de convertir-se en un consumidor positiu d'aigua el 2030, abordant les pressions reguladores i les preocupacions de reputació associades amb l'ús excessiu d'aigua. En canviar a la refrigeració sense aigua, els centres de dades poden conservar recursos crítics alhora que garanteixen que segueixin sent financerament sostenibles a llarg termini.
Quins obstacles podria trobar Microsoft en introduir la refrigeració sense aigua als seus centres de dades existents?
Reptes en la transició a sistemes de refrigeració sense aigua
Microsoft està superant diversos obstacles mentre treballa per adaptar els seus centres de dades als sistemes de refrigeració sense aigua. Un dels majors reptes rau en la revisió de la infraestructura existent. La transició de la refrigeració tradicional basada en aigua a sistemes avançats de circuit tancat a nivell de xip requereix actualitzacions tecnològiques substancials. Aquestes actualitzacions tenen un cost elevat i requereixen un temps considerable per implementar-les.
Un altre problema urgent és el potencial de sobreescalfament, especialment amb la creixent demanda de càrregues de treball d'alta densitat com la IA. Per garantir que aquests nous sistemes de refrigeració funcionin de manera fiable i eficient, són essencials proves rigoroses i un refinament continu.
A més a més, el desplegament de la refrigeració sense aigua en regions amb recursos hídrics limitats podria topar amb barreres reguladores o fins i tot amb l'oposició de les comunitats locals. Els centres de dades a gran escala de vegades es consideren una pressió sobre uns recursos ja escassos, cosa que podria complicar els esforços per obtenir l'aprovació o el suport de la comunitat.
Fins i tot amb aquests obstacles, els sistemes de refrigeració sense aigua representen un pas significatiu cap a solucions de centres de dades més sostenibles, especialment en regions on la conservació de l'aigua és una prioritat màxima.
Com ajuda el sistema de refrigeració sense aigua de Microsoft al medi ambient?
Microsoft ha introduït un sistema de refrigeració sense aigua que es basa en un disseny de circuit tancat, que recircula l'aigua dins del sistema. Aquesta configuració evita l'evaporació i elimina la necessitat d'aigua dolça, cosa que la fa increïblement eficient. De fet, es preveu que aquest enfocament estalviï aproximadament 125 milions de litres d'aigua cada any per a cada centre de dades que utilitza el sistema.
A més de la conservació de l'aigua, el sistema també potencia eficiència energètica, que juga un paper clau en la reducció de la petjada de carboni dels centres de dades. En abordar tant el consum d'aigua com el consum d'energia, el mètode de refrigeració de Microsoft està establint un nou punt de referència per a les pràctiques respectuoses amb el medi ambient en el món tecnològic.
