USA: nuovo metodo di raffreddamento per i supercomputer dei National Sandia Laboratories

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Sandia National Laboratories engineer David J. Martinez esamina il sistema di raffeddamento del centro di calcolo di Sandia. (Photo by Randy Montoya)

La domanda di capacità digitale continua a crescere a un ritmo esplosivo – e, con essa, la domanda di nuovi data center. Inoltre i server e altri componenti elettronici all’interno di questi centri operano a maggiori temperature. Questa “escalation termica” richiede una maggiore capacità di raffreddamento ed efficienza a tutte le ore del giorno, di notte e nei fine settimana, e l’affidabilità del sistema di raffreddamento è fondamentale per la continuità di funzionamento e la protezione di hardware costosi.

Negli USA molti di questi sistemi sono raffreddati ad acqua. Funzionano bene e sono in grado di gestire in modo efficiente gli elevati requisiti di un data center. C’è però uno svantaggio:  l’enorme utilizzo di acqua delle torri di raffreddamento. E l’acqua è oggi una delle risorse naturali più preziose. Inoltre l’approvvigionamento dei quantitativi necessari (parliamo di milioni di litri/anno) diventa talora difficile per via dei più frequenti e prolungati periodi di siccità.

L’alternativa all’acqua è l’utilizzo di sistemi ad aria, di cui ve ne sono alcuni in Europa – ma in alcune zone questi sono ritenuti meno efficienti e comunque sono in generale molto più costosi.

Il centro di calcolo dei National Sandia Laboratories negli Stati Uniti sta cooperando alla progettazione e al monitoraggio di un sistema di raffreddamento che potrebbe far risparmiare 4 o 5 milioni di litri di acqua ogni anno all’Istituto Sandia e centinaia di milioni di litri a livello nazionale se il metodo fosse ampiamente adottato. Esso è ora in fase di sperimentazione.

Il sistema è un sistema ibrido realizzato da Johnson Controls, chiamato Thermosyphon Cooler Hybrid System. È un sistema che , come afferma l’ingegnere di Sandia David J. Martinez «funziona come un frigorifero, ma non consuma l’energia del compressore» perché si basa sulla circolazione di refrigerante liquido, in grado di scambiare calore.

Il prototipo utilizza un refrigerante liquido invece di acqua per portare via il calore: l’acqua riscaldata dal centro di calcolo viene pompata all’interno di un sistema chiuso in prossimità di un altro sistema contenente refrigerante. Il refrigerante assorbe calore dall’acqua in modo che l’acqua, una volta raffreddata, possa ritornare a raffreddare il centro. Nel frattempo il refrigerante riscaldato vaporizza e sale nel suo sistema chiuso verso lo scambiatore calore in contatto con l’atmosfera. Qui il calore viene rimosso dal refrigerante, che condensa e torna verso il basso per riassorbire più calore e il ciclo si ripete.

«Non c’è perdita di acqua come in una torre di raffreddamento che si basa sull’evaporazione nell’atmosfera dell’acqua stessa» afferma Martinez. «Questo sistema non utilizza un compressore, che comporterebbe costi maggiori. Il sistema utilizza il cambiamento di fase del refrigerante e richiede solo aria esterna che è abbastanza fresca per assorbire il calore dal refrigerante». Così sarebbe in New Mexico in primavera, autuno e inverno. In estate bisognerebbe invece ricorrere a torri di raffreddamento. Ma è anche vero che computer più efficienti possono lavorare a temperature leggermente piu’ alte e rendere meno frequente l’utilizzo delle torri di raffreddamento.

«Se non raffreddi il centro a 45°F ma solo a 65-80, allora anche l’aria esterna più  calda può essere sufficiente per il raffreddamento» afferma Martinez.

Per il raffreddamento indiretto con aria, una struttura architettonicamente migliore porta la giusta quantità di raffreddamento al posto giusto, consentendo di aumentare le temperature di esercizio e di utilizzare il ciclo con il refrigerante più a lungo durante l’anno. «A Sandia prima raffreddavamo a 45°F . Ora siamo tra i 65 e 78. Abbiamo fatto si che l’aria fluisse più agevolmente nelle sale computer. Inoltre abbiamo installato ventilatori sensibili alla temperatura ambiente, che rallentano la propria velocità quando la sala si raffresca o viceversa la aumentano quando si riscalda. Ciò si traduce in un modo più efficiente ed economico di far circolare l’aria in un centro calcolo». Anche una diversa organizzazione del lavoro gioca un ruolo importante: elaborazione dati che non devono essere completati immediatamente, possono essere programmati di notte, quando le temperature sono più fresche.

I Sandia National Laboratories sono laboratori multi-missione gestiti da Sandia Corporation, una consociata interamente controllata ai Lockheed Martin Corp., per il Department of Energy’s National Nuclear Security Administration. Sandia ha responsabilità importanti di ricerca e sviluppo nel campo della sicurezza nazionale, l’energia, le tecnologie ambientali e la competitività economica.

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