Desmistificando a computação de alta densidade

A computação de alta densidade concentra uma capacidade maior de processamento em um número menor de racks, ampliando as exigências sobre a infraestrutura responsável por fornecer energia, resfriar e dar suporte a esses equipamentos.

A Deerns reúne conhecimentos em engenharia multidisciplinar e experiência internacional em projetos para atuar nesse cenário em parceria com seus clientes. A empresa integra decisões sobre resfriamento, fornecimento de energia, espaço físico, desempenho ambiental e necessidades operacionais, tornando claras as implicações de cada escolha. Com estimativas realistas de capacidade e caminhos viáveis para futuras adaptações, os clientes podem investir com mais segurança em infraestruturas capazes de atender às demandas atuais e acompanhar as próximas etapas de crescimento.

Da densidade dos racks ao projeto da instalação

Na Deerns, observamos frequentemente projetos que começam com uma meta de densidade por rack, antes mesmo de avaliar o que o terreno e a infraestrutura disponível podem efetivamente suportar. Um salão de servidores menor não significa, necessariamente, uma instalação de menor porte: ele ainda pode exigir equipamentos externos de grande dimensão, capacidade significativa de conexão à rede elétrica e sistemas de infraestrutura cuidadosamente integrados.

Para proprietários e investidores de data centers, o ponto de partida deve ser, portanto, a instalação como um todo. As tecnologias de resfriamento podem viabilizar densidades maiores por rack, mas seu valor depende da integração com a infraestrutura elétrica, as limitações do terreno e a estratégia operacional geral. A questão não é apenas quantos equipamentos de computação podem ser acomodados em um rack, mas se toda a infraestrutura da instalação consegue sustentá-los com confiabilidade e eficiência.

Entendendo as opções de resfriamento

O resfriamento líquido (liquid cooling) remove o calor próximo à sua fonte, o que permite atender a cargas de processamento que se tornam difíceis de gerenciar apenas com sistemas de refrigeração a ar.

Duas abordagens merecem atenção especial:

• Resfriamento direto no chip (Direct-to-chip): que faz circular um líquido refrigerante por placas frias acopladas aos processadores, transferindo o calor sem expor diretamente os componentes eletrônicos ao líquido.
• Resfriamento por imersão (Immersion Cooling): que consiste em submergir equipamentos de TI compatíveis em um fluido eletricamente não condutivo, o que traz implicações específicas para a seleção dos equipamentos e sua manutenção.

A solução mais adequada depende dos equipamentos, da aplicação e da localização. Em nossos projetos de data centers de alta densidade no Brasil, o resfriamento direto no chip é atualmente a abordagem predominante, influenciada pela compatibilidade com os equipamentos dos fabricantes e por requisitos operacionais práticos. O resfriamento por imersão continua sendo uma alternativa em situações nas quais a aplicação e o modelo de manutenção tornam essa tecnologia adequada.

O resfriamento líquido não elimina, necessariamente, a necessidade de refrigeração a ar. Outros componentes dos servidores e racks de rede ainda podem depender desse recurso, a depender da composição dos equipamentos. Por isso, o projeto precisa considerar a combinação real de cargas térmicas da instalação. Em muitos casos, uma estratégia híbrida de resfriamento é a alternativa mais prática para atender a diferentes demandas dentro de uma mesma estrutura.

Planejando toda a infraestrutura do terreno

A concentração de uma carga elétrica maior em um salão de servidores amplia a infraestrutura necessária para atender a esse espaço. Geradores, subestações, sistemas de distribuição elétrica e equipamentos de rejeição de calor precisam de áreas adequadas, além de espaço para acesso e manutenção. Portanto, um edifício compacto não significa, necessariamente, que o terreno também será menor.

Nossa experiência no Brasil demonstra a importância das limitações locais. A disponibilidade de equipamentos pode determinar quantos geradores e sistemas elétricos associados serão necessários. A conectividade de energia e fibra óptica também precisa estar disponível simultaneamente na localização escolhida; a disponibilidade de energia na região, por si só, não garante a viabilidade de um projeto.

Três fatores fundamentais devem ser estabelecidos antes da definição da capacidade:

• Qual fornecimento de energia elétrica pode ser disponibilizado e em quanto tempo;
• Como os equipamentos de suporte e os acessos para manutenção serão distribuídos no terreno;
• Se o clima local, os recursos hídricos e a conectividade são compatíveis com a operação proposta.

Projetando para uma composição realista de racks

A densidade máxima por rack e a densidade média da instalação são indicadores diferentes. Um cluster de inteligência artificial inclui equipamentos de processamento, redes, conexões e espaços destinados à manutenção. Por isso, aplicar a capacidade máxima de cada rack a todas as posições disponíveis pode superestimar tanto a demanda de energia da instalação quanto sua capacidade efetiva de processamento.

Projetos híbridos podem acomodar uma combinação planejada de equipamentos com resfriamento líquido e a ar, mas essa proporção precisa refletir as cargas de trabalho previstas e a estratégia de implementação. A flexibilidade deve ser projetada com base em cenários definidos, e não na expectativa de uma capacidade futura ilimitada. Para isso, a infraestrutura elétrica e de resfriamento deve ser dimensionada considerando mudanças plausíveis na demanda.

A resiliência também precisa refletir a forma como a instalação será operada. Um data center de colocation, que atende a múltiplos clientes, pode ter requisitos de redundância diferentes dos de uma instalação operada pelo próprio proprietário, que dispõe de capacidade em outras unidades. Projetar para temperaturas ambientes extremas representa outra variável: uma capacidade maior de resfriamento pode elevar a demanda elétrica e as dimensões dos equipamentos, com impactos correspondentes nos custos.

Avaliando o desempenho ambiental

As escolhas de resfriamento estão diretamente relacionadas ao consumo de eletricidade, ao uso de água e às emissões de carbono. Reduzir o consumo de água por evaporação pode aumentar a demanda de energia elétrica, enquanto o uso de água para resfriamento pode diminuir essa demanda em condições adequadas. O resultado ambiental depende, portanto, da disponibilidade local de água, do clima e da matriz de fornecimento de eletricidade.

Três indicadores complementares ajudam a embasar uma avaliação integrada, considerando as variações sazonais:

• Power Usage Effectiveness (PUE): relação entre o consumo total de energia da instalação e o consumo de energia dos equipamentos de TI.
• Water Usage Effectiveness (WUE): relação entre o consumo anual de água da instalação e o consumo de energia dos equipamentos de TI.
• Carbon Usage Effectiveness (CUE): relação entre as emissões operacionais de carbono e o consumo de energia dos equipamentos de TI.

A comunicação transparente com as comunidades do entorno deve contemplar tanto o consumo total de recursos quanto os picos de demanda, contribuindo para estabelecer expectativas realistas sobre as necessidades da instalação e seus impactos locais. Embora os indicadores de eficiência sejam importantes para avaliar o desempenho, compreender a demanda absoluta oferece uma visão mais completa de como o data center interage com a infraestrutura e os recursos disponíveis na região.

Transformando ambições em instalações viáveis

O desafio da engenharia é determinar quanta capacidade efetiva de processamento um terreno pode suportar com confiabilidade, responsabilidade ambiental e dentro do programa de investimentos do cliente. Discutir as limitações desde as primeiras etapas proporciona uma base mais consistente para a tomada de decisões, antes que mudanças no terreno, nos equipamentos e nos layouts se tornem difíceis de implementar.

A Deerns considera a infraestrutura como um sistema integrado, conectando requisitos de energia, resfriamento, terreno, engenharia e operação para transformar projetos de alta densidade em data centers resilientes, eficientes e tecnicamente viáveis.