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Enfriamiento de computadoras con pequeños motores a reacción
Los servidores de computadoras que llenan enormes centros de datos están produciendo más calor con cada nueva generación de procesadores. Es un problema que está enviando a los ingenieros a buscar ventiladores de refrigeración que sean lo suficientemente pequeños como para caber dentro de un chasis de servidor cada vez más pequeño y lo suficientemente potentes como para disipar cantidades cada vez mayores de calor. En Hewlett-Packard, han encontrado una respuesta en un lugar inesperado: modelos de aviones a reacción.
Una vista en corte del nuevo ventilador de refrigeración del servidor con conductos eléctricos de Hewlett-Packard, que fue adaptado de los motores de avión a reacción modelo. (Imagen cortesía de Hewlett-Packard.)
Para enfriar su próxima generación de servidores comerciales, la compañía está utilizando ventiladores con conductos eléctricos (EDF), desarrollados originalmente por aficionados a los modelos de aviones para alimentar jets controlados por radio. Esencialmente hélices en una caja, los ventiladores funcionan tan rápido y producen tanta presión de aire que deberían poder satisfacer las necesidades de refrigeración de las próximas generaciones de servidores HP, según Wade Vinson, ingeniero del Industry Standard Server Group de la empresa. .
En un ventilador con conductos eléctricos, que es la forma más popular de motor a reacción controlado por radio, las aspas del ventilador se colocan dentro de un tubo o conducto. Debido a que las palas son más cortas que las palas de las hélices típicas, giran más rápido, lo que genera más empuje. Además, el conducto reduce el ruido y evita que se formen vórtices de aire alrededor de las puntas de las palas, lo que mina el empuje producido por las hélices tradicionales.
Por supuesto, los servidores de computadoras no necesitan impulso, ya que generalmente no van a ninguna parte. En cambio, Vinson y su equipo demostraron que las palas EDF se pueden rediseñar para producir presión. Las aspas del ventilador en sus prototipos fuerzan el aire hacia el chasis de un servidor, de modo que un cierto volumen de aire por minuto fluye a través de los disipadores de calor (aletas de aluminio o cobre unidas a la mayoría de las CPU) y se lleva el calor por convección.
El producto final es Active Cool Fan de HP, programado para debutar en su próxima generación de servidores BladeSystem. En su entorno más eficiente, según Vinson, los ventiladores consumen solo un tercio de la energía de los ventiladores tradicionales de las computadoras; y son más pequeños que los ventiladores normales, lo que significa que los ingenieros pueden hacer que los servidores sean más delgados y llevar más componentes electrónicos. Si tiene 10 servidores tradicionales hoy, podríamos colocar 16 servidores en el mismo espacio, dice Vinson.
Los ventiladores prototipo de HP están construidos a partir de piezas más resistentes y confiables que los ventiladores de computadora actuales, según Vinson, y entregan aire con suficiente fuerza para enfriar los servidores más pequeños, más densos y calientes en los tableros de dibujo de HP. Literalmente te dejan boquiabierto, dice; es como coger un soplador de hojas.
Ha llegado el momento de mejorar la tecnología de refrigeración de ordenadores. En esencia, las CPU son pequeños radiadores que, por casualidad, realizan un trabajo computacional a medida que convierten la electricidad en calor. Cada vatio de energía utilizado por los servidores de un centro de datos en forma de electricidad debe ser expulsado como aire caliente. Pero, a medida que los fabricantes de computadoras hacen que los procesadores sean más pequeños y rápidos y los empaquetan más juntos, cada vez es más difícil empujar suficiente aire a través de un servidor para que la electrónica funcione sin problemas.
Esta situación puede traducirse en grandes problemas para los centros de datos corporativos con cientos o miles de servidores, como los que mantienen funcionando nuestra economía en línea en las instalaciones administradas por Google, Yahoo, eTrade y similares. Los servidores que se sobrecalientan pueden apagarse, ralentizar el procesamiento y aumentar la carga en otros servidores; y obligan a las empresas a gastar cientos de miles de dólares en nuevos sistemas de aire acondicionado y la electricidad para hacerlos funcionar.
El problema también está empeorando, ya que los procesadores más pequeños significan que hay más comprimidos en el mismo volumen. Tan recientemente como en el año 2000, el servidor promedio consumía del orden de 100 a 150 vatios, dice Vinson. Ahora supera los 400 a 500 vatios. Y no sería inusual tener un bastidor de servidores con 15.000 o 20.000 vatios, suficiente para iluminar más de 100 hogares.
Si bien los fabricantes de computadoras de EE. UU. Durante años han estado presionando principalmente a los fabricantes chinos de ventiladores de computadoras para que reconsideren los diseños de motores y la aerodinámica de sus productos, la cantidad de aire que estos ventiladores tradicionales pueden empujar no ha aumentado en más del 5 por ciento por año. Esta falta de progreso real se perfila como un obstáculo potencial en el desarrollo de la tecnología de servidores. Para 2003, teníamos una idea de cómo queríamos que fueran nuestros futuros servidores, pero cuando comenzamos a hacer los cálculos sobre el tipo de ventilador que se necesitaría para ir allí, era tres veces más de lo que cualquier persona en la industria podría ser capaz. para entregar, dice Vinson.
Finalmente, Vinson y Ron Noblett, vicepresidente de servicios de ingeniería compartidos en el grupo de servidores estándar de la industria de HP, tropezaron con la solución poco ortodoxa. Noblett, un entusiasta de las maquetas de aviones, sugirió que su colega examinara los ventiladores con conductos eléctricos que se utilizan en los jets controlados por radio.
La mayoría de los modelos de aviones propulsados por hélice llevan pequeños motores de gasolina (que producen ese familiar zumbido agudo). Pero los motores de gasolina no son ideales para modelos de aviones. Estos juguetes de 4.000 dólares pueden zumbar a más de 200 kilómetros por hora, lo que requiere reflejos de relámpago; si un piloto pierde el control, el tanque de combustible del avión puede convertirse en una bomba voladora. Entonces, a mediados de la década de 1980, los aficionados comenzaron a desarrollar motores eléctricos de alta velocidad a batería que podían colocarse en el fuselaje o debajo de las alas de un modelo de avión.
Durante los últimos 20 años, esta industria de vuelo eléctrico ha seguido impulsando la energía de la batería, la tecnología del motor y la tecnología de las aspas del ventilador bajo la premisa de que incluso si van demasiado lejos y el motor se apaga en vuelo, el avión todavía tiene sus superficies de control y simplemente se vuelve un planeador, dice Vinson. Adaptar esta nueva tecnología modelo-jet para refrigerar servidores resultó ser una simple cuestión de cambiar la forma de la hoja.
HP y sus rivales también están trabajando en otras formas de resolver el problema del calor excesivo. Hay refrigeración por agua, en la que los disipadores de calor se sustituyen por bloques de agua con canales para que fluya el agua; refrigeración por cambio de fase, que es similar a la refrigeración tradicional; y enfriamiento Peltier, basado en el efecto Peltier, en el que una corriente que atraviesa dos tipos de metales hace que uno se caliente y el otro se enfríe. Pero un flujo de aire sigue siendo la forma más sencilla de dispersar el calor.
Debido a que podemos tomar estos EDF de alta potencia y rediseñarlos, el tipo del centro de datos, sabiendo que tiene esta tecnología, no tiene que preocuparse por actualizar sus sistemas de enfriamiento dentro de dos años, y un desmontaje y reemplazo dentro de cinco años, dice Vinson. Agrega: No creemos que estemos ni cerca de quedarnos sin espacio para mejorar esta tecnología.
Imagen de la página de inicio: El ventilador eléctrico con conductos de HP en su carcasa terminada. (Cortesía de Hewlett-Packard.)