Materiales de resina para componentes de centros de datos de IA

En todo el mundo se están desarrollando centros de datos como infraestructura crítica que da soporte a servicios en la nube, transmisión de vídeo, IA generativa y mucho más. Al mismo tiempo, la creciente demanda de computación para la IA está provocando un rápido aumento del consumo energético de los centros de datos. La AIE proyecta que el consumo mundial de electricidad de los centros de datos fue de aproximadamente 415 TWh en 2024 y alcanzará aproximadamente los 945 TWh en 2030. ^*1　
La expansión de las instalaciones informáticas de alta velocidad y alta densidad para la IA se cita como un factor clave. En consecuencia, los centros de datos se están posicionando cada vez más no solo como instalaciones de TIC, sino como infraestructura social que debe considerarse junto con la infraestructura eléctrica.
Las políticas nacionales también están evolucionando en respuesta a esta creciente demanda. El enfoque está cambiando: de simplemente promover la instalación de centros de datos, se busca garantizar la aceptación estable de grandes cantidades de energía, un uso eficiente de la misma y un funcionamiento sostenible.​ ​^​​
En la UE, en virtud de la Directiva de Eficiencia Energética, se han introducido obligaciones de información relacionadas con el rendimiento energético y la huella hídrica para los centros de datos que superen cierto tamaño. La Comisión Europea también está considerando una base de datos común, un sistema de calificación y estándares mínimos de rendimiento. ^*2　
En otras palabras, los futuros centros de datos serán evaluados no solo por su capacidad de procesamiento, sino también por la eficacia con la que gestionen la energía, el agua y el impacto ambiental.^​​​​

*1: Energy and AI – Analysis – IEA*2: Energy performance of data centres – Energy – European Commission ​​​​

En los centros de datos convencionales, era común instalar un gran número de servidores relativamente estándar y gestionar toda la sala con equipos de climatización. Sin embargo, en los últimos años, la introducción de servidores de IA equipados con un gran número de GPU ha incrementado significativamente tanto la densidad de potencia como la generación de calor por rack.
La IEA identifica los servidores de computación acelerada para IA como responsables de una gran parte del aumento de la demanda de energía en los centros de datos hasta 2030, al tiempo que señala que no se puede ignorar la demanda resultante de refrigeración y otra infraestructura. ^*3　
Por lo tanto, la evolución de los centros de datos se basa menos en la simple adición de más servidores y más en el aumento de la cantidad de energía y calor que maneja cada rack y sistema.​
Por este motivo, los equipos dentro de los centros de datos están pasando de una simple disposición de equipos informáticos a una configuración que combina sistemas para un suministro de energía estable, sistemas redundantes para evitar tiempos de inactividad durante cortes de energía o caídas de voltaje, y mecanismos para eliminar de manera eficiente el calor generado.​
La guía de diseño del DOE también define el diseño de centros de datos como la optimización integrada de equipos de TI, HVAC, refrigeración y sistemas eléctricos. Presenta un enfoque de diseño integral que incluye sistemas eléctricos como PDU y UPS, gestión del flujo de aire y equipos de refrigeración líquida. ^*4

*3: Energy and AI – Analysis – IEA*4: Best Practices Guide for Energy-Efficient Data Center Design

En los centros de datos, prevenir las interrupciones del suministro eléctrico es aún más crucial que en los edificios en general. Por lo tanto, es fundamental diseñar sistemas de alimentación eléctrica con configuraciones redundantes como 2N y N+1. Estos diseños no solo convierten y distribuyen la energía de entrada de manera eficiente a cada instalación, sino que también permiten la continuidad del funcionamiento durante fallos o cortes de suministro.
La guía de diseño del DOE describe un sistema de alimentación para centros de datos como una configuración que combina la alimentación de la red eléctrica, generadores de respaldo, sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS), unidades de distribución de energía (PDU) y equipos relacionados. También presenta un enfoque que incorpora múltiples UPS y PDU para garantizar la redundancia. ^*5　
Además, dado que la eficiencia de los SAI disminuye con factores de carga bajos, el uso de varios SAI más pequeños o modulares puede ser eficaz para mantener factores de carga adecuados. ^*5,6 ENERGY STAR también señala que la reducción de las pérdidas de los SAI y la gestión adecuada de los factores de carga contribuyen directamente al ahorro energético. En algunos modelos, también se espera que el uso del modo ecológico reduzca los costes de electricidad. ^*6,7　
Por lo tanto, en los futuros centros de datos, las consideraciones de diseño importantes incluirán no solo la cantidad de energía que se utiliza, sino también cómo se distribuye la energía dentro de las instalaciones, cómo se reducen las pérdidas y cómo se configuran los sistemas de respaldo.
En respuesta a la rápida expansión de los centros de datos de IA, una recomendación del Departamento de Energía de EE. UU. de 2024 también establece que se deben respaldar nuevas estrategias de energía de respaldo y métodos operativos flexibles para los centros de datos. ^*8 Indica la necesidad de considerar no solo la energía de emergencia convencional, sino también el almacenamiento en baterías, fuentes de energía alternativas, almacenamiento de larga duración y el uso de servicios de la red eléctrica. También señala que las centrales eléctricas virtuales y las microrredes pueden servir como puntos de partida. ^*8　
Esta tendencia demuestra que los centros de datos del futuro están pasando de ser meras instalaciones consumidoras de energía a infraestructuras que deben realizar una gestión energética avanzada al tiempo que soportan cargas elevadas.

*5: Best Practices Guide for Energy-Efficient Data Center Design*6: Reduce Energy Loss from Uninterruptible Power Supply Systems*7: Uninterruptible Power Supplies*8: owering AI and Data Center Infrastructure: Recommendations

En los centros de datos, la mayor parte de la energía consumida se convierte finalmente en calor, por lo que la refrigeración es una parte fundamental de las operaciones.
La guía de diseño del DOE considera la gestión del flujo de aire como una medida importante para evitar la mezcla del aire frío suministrado con el calor residual del servidor y para proporcionar la cantidad de refrigeración necesaria en los lugares requeridos. ^*9　
En particular, las configuraciones de pasillo caliente/pasillo frío, que separan claramente la entrada y la salida de los racks, son un concepto fundamental en los centros de datos de alta densidad. Un diseño adecuado puede traducirse en menores costes operativos, menor riesgo de interrupciones en el procesamiento y mayor densidad de potencia.
En los centros de datos refrigerados por aire, incluso una pequeña fuga de aire o una alteración en el flujo de aire pueden afectar significativamente la eficiencia de la refrigeración. El Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y ENERGY STAR presentan la prevención de la mezcla de aire frío y aire de escape, la supresión del flujo de aire de derivación innecesario y la gestión de las aberturas dentro y fuera de los racks como medidas eficaces de ahorro de energía. ^*10　
ENERGY STAR señala que, en algunos casos, el correcto sellado del espacio vacío en los racks puede generar ahorros de energía del 1 al 2 % por rack. Ejemplos de casos del Departamento de Energía (DOE) también han confirmado que una mejor gestión del flujo de aire puede aumentar la capacidad de refrigeración y reducir el consumo de energía de los ventiladores. ^*11　
Por lo tanto, los elementos de diseño importantes en los centros de datos incluyen no solo equipos de refrigeración a gran escala, sino también un control preciso del flujo de aire alrededor de los racks y la supresión de las vías de fuga de aire.​
En servidores de alta densidad, el consumo de energía de los ventiladores internos es un factor crucial. La guía de diseño del Departamento de Energía de EE. UU. explica que, a medida que aumenta la temperatura de entrada del servidor, también aumenta la velocidad de los ventiladores internos. Por ejemplo, un aumento de 25 °C a 33 °C puede incrementar la velocidad del ventilador en aproximadamente un 30 % y duplicar con creces su consumo de energía.
Por este motivo, en lugar de simplemente elevar la temperatura ambiente, es importante estabilizar el entorno térmico en la entrada del servidor. Para servidores GPU que generan mucho calor, el Departamento de Energía de EE. UU. también recomienda considerar la refrigeración líquida directa. En el futuro, se prevé que los mecanismos que transportan calor mediante líquidos, en lugar de solo aire, adquieran cada vez mayor importancia.

*9: Best Practices Guide for Energy-Efficient Data Center Design*10: Manage Airflow for Cooling Efficiency | ENERGY STAR*11: DOE AM Tool–User’s Manual v3.1 (7-25-2023).pdf

El impacto ambiental de los centros de datos no puede evaluarse completamente solo con base en el consumo de energía.
El Departamento de Energía (DOE) afirma que en los centros de datos que utilizan refrigeración por agua o torres de refrigeración, el consumo de agua no solo está influenciado por el calor generado por los equipos informáticos, sino también por la eficiencia de cada etapa de eliminación de calor. Presenta la Eficiencia en el Uso del Agua (WUE, por sus siglas en inglés) como métrica de evaluación. ^*12　
En la UE también se ha establecido un sistema de informes para recopilar y publicar datos sobre la huella hídrica, además del rendimiento energético. ^*13 En adelante, los centros de datos se evaluarán no solo por su capacidad de procesamiento, sino también por su eficiencia operativa, minimizando las pérdidas de energía y el consumo de agua.
Por este motivo, los centros de datos del futuro requerirán no solo un mejor rendimiento de los servidores, sino también un suministro de energía eficiente, un funcionamiento estable durante las interrupciones y un flujo de aire y líquido optimizado para disipar el calor de manera efectiva.​
En otras palabras, creemos que hemos entrado en una era en la que la competitividad de un centro de datos no está determinada únicamente por el equipo informático, sino por la capacidad de diseño de la infraestructura circundante: cómo se gestionan la electricidad, la calefacción y el agua.

*12: Best Practices Guide for Energy-Efficient Data Center Design*13: Energy performance of data centres – Energy – European Commission