Mercado de centros de datos en contenedores: tendencias actuales y perspectivas

Real -principales desafíos mundiales que moldean el diseño moderno de refrigeración

Si ha trabajado directamente en proyectos de infraestructura orientados al edge y a la inteligencia artificial, notará que los desafíos de refrigeración rara vez se reducen únicamente al equipo. Muchos equipos de proyecto con los que colaboré en despliegues anteriores encontraron problemas evitables porque eligieron una arquitectura de refrigeración sin considerar el clima local, la densidad de potencia por rack ni las condiciones laborales del sitio. Una experiencia representativa en campo provino de un despliegue edge en el extranjero, donde el cliente había planeado originalmente implementar salas de máquinas convencionales construidas in situ para cargas de trabajo regionales de 5G y financieras. Los plazos de construcción se prolongaron, la mano de obra calificada local para la instalación era limitada y episodios inesperados de altas temperaturas veraniegas provocaron repetidos casos de limitación térmica (thermal throttling) en el hardware informático antes de la entrega final del proyecto. Finalmente, ese proyecto cambió hacia infraestructura de centros de datos contenerizados, seleccionando el Centro de Datos Contenerizado de 20 pies como hardware principal para nodos edge, con subsistemas de refrigeración preintegrados entregados tras completar las pruebas finales de aceptación en fábrica.

Este caso práctico se basa en observaciones documentadas por la comunidad ASHRAE TC 9.9. Sus directrices térmicas son las más citadas a nivel mundial para limitar los márgenes operativos de temperatura del equipo informático (IT) (ASHRAE). Tradicionalmente, el enfriamiento por aire del equipo IT era sencillo. Sin embargo, el cambio reciente en la mezcla de cargas de trabajo en los centros de datos ha supuesto un desafío para la industria del enfriamiento por aire, especialmente en cargas de trabajo de IA y HPC. Con el enfriamiento por aire, la idea consiste en aumentar el área superficial de los serpentines para hacer frente a cargas mayores, así como la altura de las unidades de enfriamiento para incrementar el volumen de aire que puede enfriarse. Estos desafíos han ampliado los límites de los márgenes operativos de temperatura del equipo IT. Aplicar dichos límites de forma rígida o adoptar un enfoque conservador puede resultar más costoso a largo plazo. Los ingenieros de diseño de sistemas de enfriamiento para activos de centros de datos contenerizados deben determinar si los sistemas de enfriamiento indirecto evaporativo, por filas con aire, híbridos aire-líquido o con circuitos líquido-líquido satisfacen la potencia deseada por rack. Nuestro equipo de fabricación realiza pruebas de presión y verificaciones de fugas, además de una simulación parcial de carga térmica, antes del envío, en nuestras instalaciones de 30 000 metros cuadrados. La mayoría de los riesgos de integración se resuelven antes de que los contenedores sean enviados a los usuarios finales. Este flujo de trabajo reduce la dependencia de técnicos especializados escasos en el campo, lo cual constituye una ventaja importante para proyectos en Oriente Medio y África.

Comercio técnico -desventajas entre refrigeración por aire -y refrigeración por líquido -implementaciones

Algunos consideran la refrigeración por líquido y la refrigeración por aire como implementaciones opuestas. En la práctica, se complementan mutuamente en proyectos de infraestructura a mayor escala. Los módulos de refrigeración precisa en fila (In-Row Precision Cooling Modules) de nuestros centros de datos contenerizados de 20 pies utilizan refrigeración por aire y siguen siendo rentables hasta una carga informática (IT load) de 25 kW, lo que los hace ideales para instalaciones perimetrales gubernamentales y de telecomunicaciones, así como para algunas implementaciones en la nube. Los centros de datos modulares refrigerados por aire simplifican los flujos de trabajo, requieren menos personal especializado en el sitio y aprovechan la refrigeración gratuita cuando las condiciones ambientales lo permiten. Al igual que la refrigeración por líquido, la refrigeración por aire tiene limitaciones y establece restricciones prácticas al considerar cargas de trabajo intensivas de IA.

Los diseños refrigerados por líquido sustituyen a los diseños refrigerados por aire para aplicaciones de inteligencia artificial de alta densidad. La serie Nebula, un microcentro de datos modular refrigerado por líquido, y las unidades contenedoras duales de 40 pies de la serie INFINITY ofrecen un marco híbrido de refrigeración por aire y líquido capaz de soportar densidades a nivel de rack de hasta 100 kW. Estos productos están dirigidos específicamente a entrenamiento de IA y computación de alto rendimiento (HPC). Según el Marco de Rendimiento Energético para Centros de Datos de IA de ASHRAE/NEMA/PNNL, las configuraciones térmicas híbridas deben evaluarse para las infraestructuras informáticas de próxima generación, con el fin de abarcar el rango de temperaturas del agua de alimentación, los enfriadores de refrigeración gratuita y el funcionamiento de las torres de enfriamiento durante los cambios estacionales. Los centros de datos contenerizados refrigerados por líquido integran unidades CDU, circuitos de líquido, detección de fugas y módulos DCIM durante la integración en fábrica. Cada circuito de fluido se somete a pruebas de presión hidrostática y depuración cíclica, reduciendo así la probabilidad de incidentes en las tuberías. Las vías de refrigeración por líquido requieren consideraciones adicionales, como la compatibilidad del fluido, la filtración y el mantenimiento, que los diseñadores de productos deben comunicar claramente a los usuarios finales.

Pre-fábrica -integración y garantía de calidad para los subsistemas de refrigeración

En el esfuerzo por ofrecer una fiabilidad integral en refrigeración, también debe considerarse cómo y dónde se lleva a cabo el ensamblaje final y la validación del sistema de refrigeración. Las principales diferencias entre cómo los proyectos tradicionales de centros de datos y los proyectos más recientes de fabricación de centros de datos contenerizados abordan la integración mecánica de los sistemas de refrigeración ofrecen algunas ideas interesantes sobre posibles brechas en la construcción tradicional de centros de datos. La mayor parte del trabajo mecánico en los proyectos tradicionales de centros de datos se realiza en el sitio del cliente, lo que significa que el rendimiento final de refrigeración se ve afectado por varios factores no controlados (variabilidad en la calidad del trabajo, retrasos por condiciones climáticas, coordinación con subcontratistas). Los proyectos de fabricación de centros de datos contenerizados invierten esta situación: los componentes principales del sistema de refrigeración se integran y se someten a pruebas previas en un entorno de fábrica y luego se transportan al sitio del cliente.

En nuestro proceso de fabricación, hemos desarrollado un enfoque sistemático para verificar la integridad de los subsistemas de refrigeración. Tras el ensamblaje mecánico, se realiza una validación estática de las tuberías y los cables. A continuación, se llevan a cabo una serie de pruebas funcionales, incluida la rotación de los ventiladores, el arranque de los enfriadores, la validación cruzada de los sensores y la calibración de los caudalímetros del CDU. Se simulan cargas térmicas ficticias para generar diversos perfiles de calor, sometiendo así completamente al sistema de refrigeración y observando su comportamiento. Una condición de carga parcial puede probarse íntegramente antes de entregar el centro de datos en contenedor al emplazamiento del cliente. Los sistemas de refrigeración por aire, líquido y refrigerante están disponibles para cada uno de los centros de datos en contenedores de 20 pies. Cada unidad se somete a pruebas completas y se entrega al cliente, antes del envío, la documentación correspondiente al rendimiento del sistema de refrigeración. Este exhaustivo enfoque de garantía de calidad fuera del sitio resulta especialmente valioso para clientes ubicados en regiones de alto riesgo, donde existe escaso o nulo soporte local para la puesta en marcha de sistemas críticos.

Adaptación de las arquitecturas de refrigeración a los requisitos geográficos y comerciales

El rendimiento de la refrigeración no puede evaluarse de forma aislada respecto de la geografía operativa. Las soluciones que funcionan con eficiencia en zonas templadas pueden enfrentar serios desafíos en condiciones tropicales de alta humedad o en desiertos con altas temperaturas. Las elevadas temperaturas ambientales incrementan el tiempo de funcionamiento de la refrigeración mecánica, mientras que las ubicaciones húmedas imponen limitaciones a los modos de refrigeración gratuita de tipo evaporativo. Muchos clientes que exploran despliegues de centros de datos en contenedores buscan una expansión rápida de la capacidad sin tener que esperar los largos ciclos de construcción tradicional, pero subestiman cómo el clima influye en el dimensionamiento del equipo de refrigeración y en la configuración de la redundancia.

Para despliegues centrados en el borde, como sitios remotos de telecomunicaciones o infraestructura financiera de estilo oficina secundaria, el Centro de Datos Contenedorizado de 20 pies ofrece escalabilidad flexible. Los clientes pueden comenzar con nodos independientes de 15 a 25 kW y, posteriormente, agrupar varios contenedores conforme aumenta la demanda computacional, mientras la capacidad de refrigeración se escala junto con los bastidores de TI adicionales. Para despliegues a mayor escala orientados a IA, se recomiendan nuestros grupos contenedorizados de 40 pies con refrigeración por aire o las series INFINITY con refrigeración líquida, diseñados para soportar capacidades totales de TI que van desde cientos de kilovatios hasta cargas de trabajo agregadas de varios megavatios. Durante las fases de licitación y diseño personalizado, nuestro equipo de ingeniería analiza conjuntamente los conjuntos de datos meteorológicos históricos locales y las previsiones de carga de TI proporcionadas por el cliente, con el fin de ajustar los umbrales de activación de refrigeración gratuita, los esquemas de redundancia N+X del equipo de refrigeración y las expectativas de consumo hídrico. La monitorización DCIM integrada en cada centro de datos contenedorizado registra continuamente métricas de refrigeración, ayudando a los operadores locales a supervisar temperaturas de entrada, tiempos de funcionamiento de los equipos y consumo energético durante su operación a largo plazo.

Equilibrando eficiencia, resiliencia y costo total -coste -de -de propiedad para las hojas de ruta de refrigeración

Existen compensaciones al definir estrategias de refrigeración. La hoja de ruta de refrigeración debe tener en cuenta restricciones como los requisitos de funcionamiento continuo ('siempre activo'), la resiliencia operativa y la carga asociada al mantenimiento, entre otras. En general, reducir el PUE es un objetivo válido; sin embargo, al intentar alcanzar metas cada vez más bajas, una empresa podría invertir innecesariamente en hardware y comprometer la disponibilidad del sistema. La redundancia también es relevante: los subsistemas de refrigeración pueden configurarse según los esquemas N+1 o 2N, lo que implica una compensación entre la mitigación de interrupciones y el costo continuo de propiedad.

Los sistemas de centros de datos en contenedores ofrecen flexibilidad arquitectónica. Por ejemplo, algunos proyectos han adoptado una «estrategia térmica mixta», en la que se emplea refrigeración por líquido para módulos específicos (por ejemplo, el segmento de IA), mientras que para otros módulos (por ejemplo, computación de propósito general) se utiliza refrigeración por aire. Algunos ejemplos de proyectos incluyen despliegues empresariales a gran escala en Kazajistán, así como cargas de trabajo de IA en Estados Unidos (una de las referencias corresponde a un entorno de clase operadora, mientras que la otra está vinculada a seguridad pública). El enfoque principal debe centrarse en el ciclo de vida del equipo. Un caso ilustrativo: aunque el hardware de la Empresa A pueda tener el mismo costo que el hardware de la Empresa B, el equipo de la Empresa A podría presentar menor tiempo de actividad, mayor carga de mantenimiento y menor flexibilidad en los compromisos técnicos. Nuestra empresa cuenta con una plataforma de diagnóstico remoto y ofrecemos soporte técnico en campo transfronterizo para ayudar a los clientes tras la entrega. Esto se hace para garantizar que los sistemas de refrigeración en los centros de datos en contenedores cumplan con su diseño original.

Preguntas frecuentes

P1: Cómo seleccionar aire -refrigerado o líquido -¿Centro de datos en contenedor refrigerado? A: Evalúe la densidad de potencia del rack, el clima local y la capacidad de mantenimiento in situ. La versión de centro de datos en contenedor de 20 pies refrigerada por aire es adecuada para cargas totales de TI en el contenedor inferiores a 25 kW. La refrigeración líquida es idónea para cargas de trabajo de IA de alta densidad y requiere una capacidad competente de mantenimiento del circuito líquido.

P2: ¿La fábrica -¿la refrigeración integrada cumple con las normas térmicas internacionales? R: Los diseños siguen las directrices térmicas para TI de ASHRAE TC 9.9. Cada unidad supera las pruebas térmicas de fábrica. Sin embargo, el rendimiento final en el sitio sigue dependiendo de una instalación y puesta en servicio adecuadas de las instalaciones auxiliares in situ.

P3: ¿Cuáles son los principales riesgos para los centros de datos en contenedor refrigerados por líquido? -¿refrigeración líquida? R: Los principales riesgos incluyen fugas en las tuberías, obstrucción de los filtros y desajuste entre la fuente fría y la demanda. Los sensores integrados de fuga y la supervisión en tiempo real mediante DCIM ayudan a mitigar estos riesgos.

P4: ¿Es posible ampliar la capacidad de refrigeración tras la entrega del contenedor? A: Un contenedor individual tiene una capacidad de refrigeración interna fija. La expansión se logra agregando contenedores adicionales para formar un grupo. Comparta los planes futuros de crecimiento en las etapas iniciales del diseño.

P5: ¿Qué tan importante es la calidad de la instalación en el sitio? A: La mayor parte del trabajo de integración se completa en la fábrica. Sin embargo, la conexión adecuada de la alimentación eléctrica, la puesta a tierra y la fuente fría sigue siendo fundamental para garantizar un rendimiento estable de refrigeración.

ASHRAE: Marco de rendimiento energético para centros de datos de IA

Publicado conjuntamente por ASHRAE, NEMA y PNNL (Laboratorio Nacional del Noroeste Pacífico)