ThermoKey ha recentemente partecipato a due eventi di rilievo nel mondo dei data center: le fiere Data Centre World a Londra e Data Center Nation a Milano. Queste occasioni hanno rafforzato la nostra presenza internazionale e ci hanno permesso di condividere e arricchire il nostro know-how con le ultime evoluzioni del settore.
Le discussioni e le interazioni in queste fiere hanno delineato un panorama in rapida evoluzione: l’incremento esponenziale dei dati generati dall’IoT, l’adozione sempre più vasta del cloud computing, le esigenze crescenti di performance elevate da parte di settori come l’intelligenza artificiale (AI) e il machine learning, insieme a rigide normative sulla privacy, stanno mettendo i data center al centro delle strategie di digitalizzazione e connettività a livello globale.
Una delle sfide più pressanti emerse è la sostenibilità energetica di queste infrastrutture. I sistemi di raffreddamento, essenziali per il mantenimento di condizioni ottimali nei data center, consumano elevatissime quantità di energia. Di fronte a questo scenario, l’innovazione nei sistemi di raffreddamento diventa cruciale per ridurre l’impatto ambientale e migliorare l’efficienza energetica.
ThermoKey è impegnata a guidare questa trasformazione, sviluppando tecnologie avanzate che rispondono efficacemente alle esigenze del mercato con soluzioni innovative e sostenibili. Di seguito, esploreremo i temi chiave emersi dalle fiere e presenteremo alcune delle nostre iniziative per affrontarli.
Temi chiave emersi dalle fiere
1. IL CRESCENTE FABBISOGNO ENERGETICO DEI DATA CENTER
Il fabbisogno energetico dei data center sta crescendo a livello globale a causa del crescente uso del cloud computing, dell’intelligenza artificiale (AI) e delle applicazioni basate sui dati. L’energia necessaria per il raffreddamento può rappresentare una parte significativa (circa il 40%) del consumo energetico complessivo di un data center.
Dopo aver consumato globalmente 460 terawattora (TWh) nel 2022, il consumo totale di energia elettrica dei data center potrebbe raggiungere oltre 1.000 TWh nel 2026.
Anche in Italia il consumo di energia da parte dei data center è destinato ad aumentare, come conferma l’andamento registrato negli ultimi 3 anni: solo nel 2023 questo dato è cresciuto del 23%.
2. LE NUOVE NORMATIVE EUROPEE GUIDANO LA SCELTA DEI SISTEMI DI CONDIZIONAMENTO
Le ultime normative europee per i data center fissano obiettivi specifici di consumo energetico e obblighi di reporting per migliorare l’efficienza energetica e la sostenibilità. La Direttiva UE sull’efficienza energetica (EED) mira a ridurre l’uso di energia e le emissioni di carbonio in Europa dell’11,7% entro il 2030, in linea con l’obiettivo del Green Deal dell’UE di ridurre del 55% le emissioni di carbonio entro la stessa data. I data center dovrebbero diventare più efficienti, e il primo passo è la segnalazione obbligatoria del consumo di energia e delle emissioni dai data center che sono più grandi di 500kW. A partire dal 15 maggio 2024, i proprietari dei data center e gli operatori dell’UE dovranno comunicare annualmente le prestazioni energetiche del loro data center per l’anno precedente in un database europeo, includendo superficie, potenza installata, volumi di dati, consumo energetico, PUE, i set point di temperatura, l’utilizzo del calore di scarto, l’utilizzo dell’acqua e l’uso di energia rinnovabile.
In particolare, il PUE, o Power Usage Effectiveness, è una metrica utilizzata per misurare l’efficienza energetica di un data center. È calcolato come rapporto tra l’energia totale della struttura e l’energia delle apparecchiature IT utilizzata in un data center, con un PUE inferiore che indica una maggiore efficienza. Secondo vari studi, attualmente il PUE medio di un data center è di circa 1,5 ma la normativa europea ha decretato che presto il PUE di un data center non potrà superare 1,2.
3. L'IMPATTO DEI SISTEMI DI RAFFREDDAMENTO SULL'EFFICIENZA DEL DATA CENTER
I data center sono responsabili delle emissioni massicce di carbonio, dell’uso dell’acqua per i sistemi di raffreddamento e dell’ampio consumo di elettricità. Il sistema di raffreddamento è uno dei principali fattori che contribuiscono al consumo energetico dei data center, rappresentando il 40% della potenza utilizzata in media nei data center moderni.
Per affrontare queste preoccupazioni, nei data center vengono impiegati vari metodi e sistemi di raffreddamento.
Il raffreddamento ad aria tradizionale è un metodo affidabile, ma può consumare elevate quantità di energia, soprattutto nei climi più caldi.
Il raffreddamento a liquido sta diventando sempre più popolare grazie alla sua elevata efficienza e alla minore impronta di carbonio.
Il raffreddamento evaporativo e il free cooling riducono la dipendenza dai sistemi di raffreddamento meccanici, riducendo così il consumo energetico.
Le tre principali tipologie di raffreddamento dei data center:
Tradizionale
PUE = ~ 1.5
Raffreddato ad aria
Questo è un metodo di raffreddamento tradizionale in cui l’aria viene utilizzata per raffreddare le apparecchiature del data center. Può essere ulteriormente diviso in configurazioni room-based e row-based. Le soluzioni room-based prevedono il raffreddamento dell’intera stanza, mentre le soluzioni row-based si concentrano sul raffreddamento di file specifiche di apparecchiature.
Vantaggi:
- Semplice ed economico da realizzare e mantenere
- Molto flessibile
Complessità:
- Minore densità, minore efficienza energetica
- Non lavora con acqua temperata
Flessibilità ed Efficienza
PUE = ~ 1.2
Scambiatore Rack level
Questo metodo consiste nel posizionare gli scambiatori di calore direttamente sui rack o nelle porte posteriori dei rack. Ciò consente un raffreddamento più preciso e può ridurre il consumo energetico complessivo del sistema di raffreddamento.
Vantaggi:
- Garantisce PUE migliore
Complessità:
- Più costoso rispetto a raffreddamento ad aria
- Spesso abbinato a raffreddamento ad aria per alcune componenti del rack
Performance and Efficienza
PUE ≤ 1.1
Direct water cooled (DLC)
Questo metodo prevede l’uso di acqua per raffreddare direttamente l’apparecchiatura del data center. Questo può essere fatto utilizzando il raffreddamento ad immersione o il raffreddamento diretto al chip. Il raffreddamento diretto dell’acqua può fornire una maggiore efficienza di raffreddamento e un consumo energetico inferiore rispetto al raffreddamento ad aria.
Vantaggi:
- Alta efficienza energetica
- Densità più alta
- Lavora con acqua temperata
Complexity:
- Molto costoso da realizzare e mantenere
- Non flessibile
- Non compatibile con tutti i sistemi attuali
Fino ad oggi il DLC (Direct Water Cooled) era limitato al HPC (High-Performance Computing) ma ora le nuove normative in ambito data center porteranno ad un maggiore utilizzo di questa tecnologia di raffreddamento. Si stima che nel 2030 il 50% di tutti i server sarà raffreddato a liquido, e buona parte con sistemi a immersione, ma è probabile che quasi tutte le soluzioni si possano considerare ibride, in quanto avranno ancora una parte raffreddata ad aria.
4. IL RECUPERO DEL CALORE DI SCARTO GENERATO DAI SISTEMI DI RAFFREDDAMENTO DEI DATA CENTER
Quello che ad oggi viene individuato come uno dei principali effetti negativi dei sistemi di raffreddamento è il calore di scarto. Questo calore viene rilasciato nell’ambiente e pertanto impatta in negativo sul PUE dell’intera infrastruttura del data center.
Ci sono però delle realtà che hanno fatto del calore di scarto una risorsa, tra queste l’azienda italiana A2A, che a Milano è riuscita a riutilizzare il calore generato dai server del data center Avalon 3 trasferendolo a una vicina rete di teleriscaldamento, utilizzata per riscaldare gli edifici nell’area circostante. Questo approccio innovativo non solo riduce l’impatto ambientale del data center, ma fornisce anche una risorsa preziosa per la comunità locale. Grazie al recupero di calore sul teleriscaldamento, il data center evita i consumi di energia dei chiller, riducendo di conseguenza il PUE e migliorando ulteriormente il livello di sostenibilità del data center.
Per alcuni paesi, come la Germania, il riutilizzo del calore di scarto sarà presto un dovere imposto dalle nuove regolamentazioni e, pertanto, l’utilizzo di tecnologie come il nostro Multi System Dual Flow saranno indispensabili.
In ThermoKey abbiamo brevettato una tecnologia che utilizza due circuiti in scambiatori di calore microcanale (MCHX), dove un fluido refrigerante aggiuntivo può contribuire a ridurre la temperatura dell’aria in ingresso e a recuperare parte del calore altrimenti rilasciato nell’atmosfera. Introducendo acqua all’interno dei tubi a circuito chiuso, rispetto ai tradizionali sistemi adiabatici, non vi è alcun consumo di acqua pertanto il sistema non è sottoposto a problematiche riguardanti condizioni igieniche critiche. Dai test condotti, il Multi System Dual Flow consente di aumentare la capacità di oltre il 50%, il che permette di ridurre le unità necessarie o la dimensione dello scambiatore del 32%.
5. LA GESTIONE DEL FUNZIONAMENTO PARZIALE DEI DATA CENTER
I datacenter vengono acquistati e testati per performance a pieno carico (100%) ma nella pratica solitamente non funzionano tutti contemporaneamente, poiché il loro utilizzo dipende dalla domanda dei servizi che forniscono. Secondo un sondaggio sul cloud computing nella maggioranza dei casi il tasso di utilizzo dei server è compreso tra il 20 e il 40% (e quasi mai sopra al 70%), suggerendo che molti server non vengono utilizzati alla loro capacità massima.
Questa sottoutilizzazione può portare a significative inefficienze e aumento dei costi e pertanto è fondamentale valutare e gestire l’efficienza del sistema anche a carico parziale. ThermoKey ha recentemente introdotto una nuova soluzione, il Modular Dry Cooler, che grazie al suo design consente di attivare/disattivare i moduli che lo compongono sulla base delle reali necessità. Ogni modulo ha 4 cores and 2 fans and provides 200 kW. La flessibilità del sistema modulare consente anche di implementare la potenza nel tempo in caso di maggiore necessità.
