“La enorme cantidad de calor generada por los procesadores de inteligencia artificial está acelerando el desarrollo de servidores refrigerados directamente por líquido.”
Los procesadores utilizados para inteligencia artificial generan tanto calor que los tradicionales ventiladores comienzan a resultar insuficientes. La industria de los centros de datos avanza hacia servidores refrigerados completamente por líquido, capaces de capturar prácticamente todo el calor generado por sus componentes.
Durante décadas hubo un sonido inseparable de cualquier sala llena de computadoras: el ruido constante de los ventiladores.
Giran sobre los procesadores, dentro de los servidores y detrás de enormes racks intentando retirar el calor producido por miles de componentes electrónicos.
La expansión de la inteligencia artificial está comenzando a cambiar incluso eso.
Las nuevas generaciones de procesadores especializados en IA consumen cantidades cada vez mayores de electricidad y, como consecuencia, producen enormes cantidades de calor.
El problema alcanzó tal dimensión que enfriarlos con aire comienza a resultar insuficiente.
La industria prepara ahora una transformación importante: servidores completamente refrigerados mediante líquido y capaces de funcionar prácticamente sin ventiladores.
La IA también produce calor
Cada consulta realizada a un sistema de inteligencia artificial termina convirtiéndose, físicamente, en operaciones realizadas por procesadores dentro de un centro de datos.
Millones de esas operaciones requieren electricidad.
Y buena parte de esa energía termina transformándose en calor.
La evolución de las GPU permite dimensionar el problema.
En 2017, una Nvidia V100 podía consumir alrededor de 300 vatios.
La A100, presentada tres años después, llegó aproximadamente a 400 vatios.
La generación H100 alcanzó unos 700 vatios.
Y con las arquitecturas más recientes, determinados aceleradores destinados a inteligencia artificial superaron ampliamente los 1.000 vatios.
La industria ya trabaja pensando en procesadores que podrían alcanzar varios kilovatios.
En ese punto, colocar ventiladores cada vez más grandes alrededor del chip deja de ser una solución eficiente.
¿Por qué utilizar líquido?
La física ofrece una ventaja importante.
Los líquidos pueden transportar calor muchísimo mejor que el aire.
El agua, por ejemplo, posee aproximadamente cuatro veces la capacidad calorífica específica del aire y es cientos de veces más densa.
Eso significa que una cantidad relativamente pequeña de líquido puede retirar grandes cantidades de energía térmica.
La solución consiste entonces en acercar el líquido directamente a los componentes que producen el calor.
En muchos sistemas se utilizan unas piezas denominadas cold plates, o placas frías.
Son bloques metálicos colocados directamente sobre procesadores y otros componentes.
Por su interior circula líquido refrigerante.
El chip transmite el calor al metal y éste lo transfiere inmediatamente al líquido, que lo transporta fuera del servidor.
Es conceptualmente similar al radiador de un automóvil, pero trabajando directamente sobre algunos de los procesadores más potentes fabricados hasta ahora.
El objetivo: capturar todo el calor
La compañía especializada CoolIT Systems está llevando este concepto un paso más adelante.
La idea consiste en diseñar servidores donde prácticamente todos los componentes importantes estén refrigerados mediante líquido.
No solamente las GPU.
También CPU, memoria, fuentes de alimentación y otros elementos que tradicionalmente continúan dependiendo del flujo de aire.
Si prácticamente todo el calor generado dentro del servidor puede ser capturado directamente por el circuito líquido, los ventiladores dejan de ser necesarios.
De ahí surge el concepto de servidor fanless, o servidor sin ventiladores.
Parece un detalle, pero cambia el centro de datos
Eliminar los ventiladores puede parecer una modificación menor.
No lo es.
Los ventiladores también consumen electricidad.
Miles de ellos funcionando permanentemente representan una parte del consumo energético de un centro de datos.
Además ocupan espacio, generan vibraciones y ruido y constituyen componentes mecánicos que eventualmente pueden fallar.
Pero existe otra ventaja todavía más importante.
La refrigeración líquida permite colocar muchísima más capacidad informática dentro del mismo espacio.
Y eso resulta fundamental para la inteligencia artificial.
De 8 a más de 100 kilovatios por rack
Los centros de datos tradicionales fueron diseñados durante años alrededor de racks con consumos relativamente moderados.
Un rack convencional podía manejar aproximadamente 8 kilovatios.
Con la llegada de la IA comenzaron a aparecer configuraciones cercanas o superiores a 100 kilovatios por rack.
Y las nuevas generaciones avanzan todavía más.
Es una transformación de más de un orden de magnitud.
La infraestructura que durante años funcionó perfectamente para páginas web, almacenamiento, correo electrónico o aplicaciones empresariales comienza a encontrarse con máquinas diseñadas para entrenar y ejecutar modelos de inteligencia artificial gigantescos.
El problema ya no consiste únicamente en conseguir suficiente electricidad.
También hay que conseguir retirar el calor.
El calor podría convertirse en un recurso
La refrigeración líquida abre además otra posibilidad interesante.
El calor capturado puede reutilizarse.
En lugar de expulsarlo simplemente al ambiente mediante sistemas de aire acondicionado, el agua caliente procedente de los servidores puede alimentar otros circuitos.
En algunos centros de datos europeos ya existen proyectos que aprovechan calor residual para sistemas de calefacción urbana.
También podría utilizarse para climatizar edificios, calentar agua o determinados procesos industriales.
Cuanto mayor sea la temperatura a la que puede recuperarse ese calor, mayores serán las posibilidades de aprovecharlo.
Paradójicamente, una de las industrias con mayor demanda energética podría terminar convirtiendo parte de su calor residual en una fuente energética secundaria.
No todos los sistemas funcionan igual
La refrigeración líquida de centros de datos puede adoptar diferentes formas.
Una posibilidad consiste en utilizar placas frías directamente sobre los chips.
Otra utiliza fluidos especiales capaces de cambiar de estado al absorber calor.
Existe además la refrigeración por inmersión, donde servidores completos pueden introducirse dentro de líquidos dieléctricos que no conducen electricidad.
En algunos diseños esos líquidos incluso hierven alrededor de los componentes electrónicos.
El cambio de estado absorbe enormes cantidades de calor y permite refrigerar equipos extremadamente potentes.
Todavía no está definido cuál de estas arquitecturas terminará predominando.
Probablemente convivan diferentes soluciones dependiendo del tipo de centro de datos y de los procesadores utilizados.
La infraestructura se convierte en el nuevo límite de la IA
Durante los primeros años del actual auge de la inteligencia artificial, buena parte de la atención estuvo concentrada en los modelos.
Después llegaron los chips.
Ahora el desafío comienza a desplazarse hacia algo mucho más físico.
Electricidad.
Transformadores.
Redes eléctricas.
Agua.
Sistemas de refrigeración.
Edificios.
La velocidad a la que pueda continuar creciendo la inteligencia artificial dependerá cada vez más de esa infraestructura.
No alcanza con diseñar un procesador más rápido si después resulta imposible alimentarlo o mantenerlo dentro de una temperatura segura.
El fin de un sonido histórico
Las computadoras llevan más de medio siglo utilizando ventiladores para eliminar el calor.
Probablemente continuarán existiendo durante muchos años en computadoras personales y servidores convencionales.
Pero dentro de las enormes instalaciones destinadas a inteligencia artificial podría estar comenzando una transición diferente.
A medida que cada rack concentra decenas o cientos de procesadores consumiendo enormes cantidades de electricidad, el aire simplemente deja de ser suficientemente eficiente para transportar todo ese calor.
La próxima generación de centros de datos podría ser entonces mucho más potente y, curiosamente, también mucho más silenciosa.
No porque las máquinas trabajen menos.
Sino porque estarán trabajando tanto que hasta los ventiladores habrán dejado de ser suficientes.
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