Mercado de Centros de Dados em Contêiner: Tendências Atuais e Perspectivas

Real -principais dificuldades globais que moldam o projeto moderno de refrigeração

Se você já trabalhou diretamente em projetos de infraestrutura voltados para edge e IA, perceberá que os desafios de refrigeração raramente se resumem apenas ao equipamento. Muitas equipes de projeto com as quais colaborei em implantações anteriores enfrentaram problemas evitáveis porque escolheram uma arquitetura de refrigeração sem levar em conta o clima local, a densidade de potência dos racks e as condições de mão de obra no local. Uma experiência típica no campo ocorreu em uma implantação edge no exterior, onde o cliente havia planejado inicialmente instalar salas de máquinas convencionais construídas in loco para cargas de trabalho regionais de 5G e financeiras. Os prazos de construção se estenderam, a disponibilidade de mão de obra qualificada no local era limitada e episódios inesperados de altas temperaturas no verão causaram repetidos casos de redução térmica (thermal throttling) nos equipamentos de computação antes mesmo da conclusão formal do projeto. Esse projeto acabou migrando para infraestrutura de data center em contêineres, adotando o Data Center em Contêiner de 20 pés como hardware principal para nós edge, com subsistemas de refrigeração pré-integrados entregues após testes completos de aceitação em fábrica.

Este caso prático baseia-se em observações documentadas pela comunidade ASHRAE TC 9.9. As suas orientações térmicas são as mais citadas mundialmente para limitar as faixas de temperatura operacional de equipamentos de TI (ASHRAE). Tradicionalmente, o arrefecimento por ar para equipamentos de TI era direto. Contudo, a recente mudança na composição das cargas de trabalho em centros de dados desafiou a indústria do arrefecimento por ar, especialmente no que respeita a cargas de trabalho de IA e HPC. Com o arrefecimento por ar, a ideia consiste em aumentar a área superficial das serpentinas para lidar com cargas superiores, bem como a altura das unidades de arrefecimento, de modo a aumentar o volume de ar que pode ser arrefecido. Estes desafios têm empurrado os limites das faixas de temperatura operacional dos equipamentos de TI. Adotar uma abordagem conservadora ou simplesmente aplicar os limites máximos pode revelar-se mais dispendioso a longo prazo. Os engenheiros responsáveis pelo projeto de arrefecimento de ativos de centros de dados em contentores devem determinar se soluções de arrefecimento evaporativo indireto, arrefecimento por ar baseado em filas, ciclos híbridos ar-líquido ou ciclos líquido-líquido satisfazem a potência pretendida por rack. A nossa equipa de fabrico realiza ensaios de pressão e verificações de fugas, juntamente com uma simulação parcial de carga térmica, antes da expedição, nas instalações de 30 000 metros quadrados. A maioria dos riscos de integração é resolvida antes do envio dos contentores aos utilizadores finais. Este fluxo de trabalho reduz a dependência de técnicos especializados no local — uma vantagem significativa para projetos no Médio Oriente e em África.

Comércio técnico -compromissos entre refrigeração a ar -e refrigeração líquida -implementações

Alguns consideram a refrigeração líquida e a refrigeração a ar como implementações opostas. Na prática, elas se complementam em projetos de infraestrutura em larga escala. Os Módulos de Refrigeração de Precisão em Fila (In-Row) em nossos centros de dados contêinerizados de 20 pés utilizam refrigeração a ar e mantêm-se economicamente viáveis até uma carga de TI de 25 kW, sendo ideais para instalações de borda (edge) governamentais e de telecomunicações, bem como para algumas implantações em nuvem. Centros de dados modulares refrigerados a ar simplificam fluxos de trabalho, exigem menos pessoal especializado no local e aproveitam o resfriamento gratuito, quando o ambiente o permite. Tal como ocorre com a refrigeração líquida, a refrigeração a ar também é limitada e impõe restrições práticas ao se considerarem cargas de trabalho intensivas de IA.

Projetos com refrigeração líquida substituem projetos com refrigeração a ar para aplicações de IA de alta densidade. A série Nebula, microcentro de dados modular com refrigeração líquida, e as unidades em contêineres duplos de 40 pés da série INFINITY oferecem uma estrutura híbrida de refrigeração a ar e líquida capaz de suportar densidades de rack de até 100 kW. Esses produtos destinam-se ao treinamento de IA e à computação de alto desempenho (HPC). Segundo o ASHRAE/NEMA/PNNL AI Data Center Energy Performance Framework, configurações térmicas híbridas devem ser avaliadas para infraestruturas computacionais de nova geração, a fim de abranger a faixa de temperatura da água de alimentação, resfriadores com aproveitamento gratuito de frio (free-cooling) e o funcionamento das torres de resfriamento ao longo das mudanças sazonais. Os centros de dados em contêineres com refrigeração líquida integram, durante a montagem na fábrica, unidades CDU, circuitos líquidos, detecção de vazamentos e módulos DCIM. Cada circuito fluido é submetido a testes de pressão hidrostática e depuração cíclica, reduzindo assim as chances de incidentes nas tubulações. Os sistemas de refrigeração líquida exigem considerações adicionais, tais como compatibilidade do fluido, filtração e manutenção, que os projetistas dos produtos devem divulgar aos usuários finais.

Pré-fábrica -integração e garantia de qualidade para subsistemas de refrigeração

Na tentativa de oferecer confiabilidade integral em refrigeração, também é necessário considerar como e onde ocorrem a montagem final e a validação do sistema de refrigeração. As principais diferenças entre a forma como projetos tradicionais de data center e os mais recentes projetos de fabricação de data centers em contêineres abordam a integração mecânica dos sistemas de refrigeração oferecem algumas observações interessantes sobre possíveis lacunas na construção tradicional de data centers. A maior parte do trabalho mecânico em projetos tradicionais de data center é realizada no local do cliente, o que significa que o desempenho final da refrigeração é afetado por diversos fatores não controlados (variabilidade na qualidade da mão de obra, atrasos climáticos, coordenação com subcontratados). Já os projetos de fabricação de data centers em contêineres invertem essa lógica: os principais componentes do sistema de refrigeração são integrados e pré-testados em ambiente fabril e, em seguida, transportados até o local do cliente.

No nosso processo de fabricação, desenvolvemos uma abordagem sistemática para verificar a integridade dos subsistemas de refrigeração. Após a montagem mecânica, realiza-se uma validação estática das tubulações e fiações. Em seguida, são executadas diversas verificações funcionais, incluindo a rotação dos ventiladores, a inicialização dos chillers, a validação cruzada dos sensores e a calibração dos medidores de vazão do CDU. Cargas térmicas simuladas são empregadas para gerar diversos perfis de calor, submetendo integralmente o sistema de refrigeração a esforços máximos e permitindo observar seu comportamento. Uma condição de carga parcial pode ser totalmente testada antes da entrega do data center em contêiner ao local do cliente. Sistemas de refrigeração por ar, líquido e refrigerante estão disponíveis para cada um dos data centers em contêiner de 20 pés. Cada unidade é testada integralmente, e a documentação do desempenho do sistema de refrigeração é fornecida ao cliente antes do envio. Essa abrangente abordagem de garantia de qualidade fora do local é particularmente valiosa para clientes em regiões de alto risco, onde há pouco ou nenhum suporte local disponível para a comissionamento de sistemas críticos.

Arquiteturas de refrigeração adequadas às exigências geográficas e comerciais

O desempenho do sistema de refrigeração não pode ser avaliado isoladamente em relação à localização operacional. Soluções que funcionam com eficiência em zonas temperadas podem enfrentar sérios desafios em condições tropicais de alta umidade ou em desertos com altas temperaturas. Temperaturas ambientes elevadas aumentam o tempo de funcionamento do resfriamento mecânico, enquanto locais úmidos impõem restrições aos modos de refrigeração livre do tipo evaporativo. Muitos clientes que exploram implantações de centros de dados em contêineres buscam expansão rápida de capacidade sem aguardar os longos ciclos de construção tradicional, mas subestimam como o clima influencia o dimensionamento dos equipamentos de refrigeração e a configuração de redundância.

Para implantações focadas em borda, como sites remotos de telecomunicações ou infraestrutura financeira no estilo de filiais, o Data Center Containerizado de 20 pés oferece escalabilidade flexível. Os clientes podem começar com nós autônomos de 15–25 kW e, posteriormente, agrupar vários contêineres conforme a demanda computacional aumenta, com a capacidade de refrigeração escalando paralelamente à adição de racks de TI. Implantações em larga escala voltadas para IA tendem a utilizar nossos clusters de contêineres refrigerados a ar de 40 pés ou os grupos de contêineres refrigerados a líquido da SÉRIE INFINITY, projetados para suportar capacidades totais de TI que variam de centenas de quilowatts até cargas de trabalho agregadas de múltiplos megawatts. Durante as fases de licitação e projeto personalizado, nosso grupo de engenharia analisa conjuntamente conjuntos de dados históricos locais de clima e previsões de carga de TI fornecidas pelo cliente, a fim de ajustar os limiares de ativação do resfriamento gratuito, os esquemas de redundância N+X dos equipamentos de refrigeração e as expectativas de consumo hídrico. O monitoramento DCIM integrado em cada data center containerizado registra continuamente métricas de refrigeração, auxiliando operadores locais no acompanhamento de temperaturas de entrada, tempo de operação dos equipamentos e consumo energético ao longo de operações de longo prazo.

Equilibrando eficiência, resiliência e custo total -custo -de -de propriedade para roteiros de refrigeração

Existem compromissos ao definir estratégias de refrigeração. O roteiro de refrigeração deve levar em conta restrições como requisitos de operação contínua ('sempre ativo'), resiliência operacional e carga de manutenção, entre outros. Em geral, reduzir o PUE é um objetivo válido; no entanto, ao tentar atingir metas cada vez mais rigorosas, uma empresa pode gastar desnecessariamente com hardware e comprometer a disponibilidade do sistema. A redundância também é relevante: os subsistemas de refrigeração podem ser configurados em N+1 ou 2N, gerando um compromisso entre mitigação de interrupções e custo contínuo de propriedade.

Sistemas de centros de dados em contêineres oferecem flexibilidade arquitetônica. Por exemplo, alguns projetos adotaram uma 'estratégia térmica mista', na qual o resfriamento líquido é empregado em módulos específicos (por exemplo, segmento de IA), enquanto o resfriamento a ar é utilizado em outros módulos (por exemplo, computação de propósito geral). Alguns exemplos de projetos incluem implantações empresariais em larga escala no Cazaquistão, bem como cargas de trabalho de IA nos EUA (uma das referências é de classe operadora, enquanto a outra está relacionada à segurança pública). O foco principal deve recair sobre o ciclo de vida dos equipamentos. Um caso ilustrativo: embora o hardware da Empresa A possa ter o mesmo custo do hardware da Empresa B, os equipamentos da Empresa A podem apresentar menor tempo de atividade, maior carga de manutenção e menor flexibilidade nas compensações. Nossa empresa possui uma plataforma de diagnóstico remoto e oferecemos suporte técnico presencial transfronteiriço para auxiliar os clientes após a entrega. Isso é feito para garantir que os sistemas de refrigeração em centros de dados em contêineres estejam alinhados com seu projeto original.

Perguntas frequentes

P1: Como selecionar ar -refrigerado ou líquido -centro de dados em contêiner refrigerado? R: Avalie a densidade de potência do rack, o clima local e a capacidade de manutenção no local. A versão refrigerada a ar do Centro de Dados em Contêiner de 20 pés atende cargas totais de TI no contêiner inferiores a 25 kW. O resfriamento líquido é adequado para cargas de trabalho de IA de alta densidade e exige manutenção competente do circuito líquido.

P2: O resfriamento -integrado na fábrica atende às normas térmicas internacionais? R: Os projetos seguem as diretrizes térmicas para TI da ASHRAE TC 9.9. Cada unidade passa por testes térmicos de fábrica. O desempenho final no local ainda depende da instalação e comissionamento adequados das utilidades no local.

P3: Quais são os principais riscos para centros de dados em contêiner -refrigerados a líquido? R: Os principais riscos incluem vazamentos nas tubulações, entupimento dos filtros e incompatibilidade da fonte fria. Sensores integrados de vazamento e monitoramento em tempo real via DCIM ajudam a mitigar esses riscos.

P4: A capacidade de resfriamento pode ser expandida após a entrega do contêiner? R: Um único contentor tem capacidade de arrefecimento interna fixa. A expansão é conseguida mediante a adição de contentores extra para formar um agrupamento. Compartilhe os planos futuros de crescimento já na fase inicial do projecto.

P5: Qual é a importância da qualidade da instalação no local? R: A maior parte do trabalho de integração é concluída na fábrica. Contudo, uma ligação correcta à alimentação eléctrica, à terra e à fonte fria continua a ser fundamental para um desempenho estável de arrefecimento.

ASHRAE: Quadro de Desempenho Energético para Centros de Dados com IA

Publicado em conjunto pela ASHRAE, NEMA e PNNL (Laboratório Nacional do Noroeste Pacífico)