Soluções de gerenciamento térmico para data centers

1. O poder computacional da IA está redefinindo a infraestrutura dos data centers.

Na era da economia digital, o poder computacional tornou-se o principal fator de produtividade, depois da energia térmica e da eletricidade. Com o rápido desenvolvimento da inteligência artificial, da computação em nuvem e da computação de alto desempenho (HPC), os data centers estão se tornando a espinha dorsal de setores como transporte, finanças, manufatura, saúde, telecomunicações, energia e pesquisa científica.

De acordo com as previsões da IDC e da CAICT, a capacidade computacional global de IA deverá ultrapassar 16 zflops até 2030, com a computação inteligente orientada por IA representando mais de 90% da demanda total por computação. De 2023 a 2030, o mercado global de IA deverá crescer a uma taxa composta de crescimento anual superior a 35%, com um tamanho de mercado que ultrapassará US$ 11 trilhões.

Com a inteligência artificial se tornando a principal força motriz do mercado, o rápido aumento na densidade de potência dos chips está remodelando fundamentalmente os requisitos de gerenciamento térmico dos data centers.

2. O aumento da densidade de potência dos chips de IA cria desafios térmicos severos.

Os chips de IA modernos — incluindo GPUs, ASICs e aceleradores de ponta — estão elevando a potência de projeto térmico (TDP) a níveis sem precedentes:

• As GPUs de alto desempenho para treinamento de IA agora ultrapassam 700–1400 W, com os produtos da próxima geração se aproximando de 2000 W ou mais.

• Os aceleradores ASIC e as plataformas FPGA continuam a aumentar a densidade de potência para maximizar o desempenho por rack.

• Implantações de servidores de alta densidade reduzem significativamente as margens disponíveis para fluxo de ar e dissipação de calor.

Nessas condições, as arquiteturas tradicionais de refrigeração a ar enfrentam limitações claras.

De acordo com a "regra dos 10 graus" na confiabilidade eletrônica, cada aumento de 10°C na temperatura de operação reduz a vida útil dos componentes em 30 a 50%. O superaquecimento não só ameaça a estabilidade do sistema, como também aumenta as taxas de falha e os custos de manutenção.

3. Por que o resfriamento líquido está se tornando essencial para data centers

3.1 Eficiência energética e otimização do PUE

A eficiência do uso de energia (PUE) tornou-se uma métrica crítica para os centros de dados modernos:

• Os centros de dados tradicionais refrigerados a ar normalmente operam com pue de 1,4 a 1,5.

• Os data centers com refrigeração líquida podem atingir um PUE abaixo de 1,2 e, em algumas arquiteturas, até mesmo valores mais baixos.

O resfriamento líquido reduz significativamente o consumo de energia dos ventiladores e melhora a utilização geral de energia, diminuindo diretamente os custos operacionais e a pegada de carbono.

3.2 Suporte para implantação de alta densidade

Com o aumento contínuo da densidade de energia nos racks, o resfriamento baseado em fluxo de ar enfrenta dificuldades para se manter em escala. O resfriamento líquido possibilita:

• maior capacidade de lidar com fluxo de calor por unidade de área

• layouts de servidor mais compactos

• Implantação flexível em espaços limitados

3.3 Confiabilidade e controle térmico aprimorados

O resfriamento líquido permite a extração direta de calor do chip, reduzindo a resistência térmica e garantindo temperaturas de junção estáveis sob cargas elevadas e contínuas.

4. Visão geral das tecnologias de refrigeração líquida para data centers

4.1 Tipos de sistemas de refrigeração líquida

Dentre essas soluções, o resfriamento líquido por placa fria continua sendo a abordagem mais madura e amplamente implementada em data centers de IA devido ao seu equilíbrio entre eficiência, facilidade de manutenção e compatibilidade com as arquiteturas de servidor existentes.

5. Fluidos de refrigeração e considerações sobre desempenho térmico

As propriedades do fluido refrigerante influenciam diretamente a segurança, a eficiência e a sustentabilidade do sistema. Comparados aos sistemas à base de água, os refrigerantes dielétricos usados no resfriamento bifásico oferecem vantagens distintas, incluindo isolamento elétrico e transferência de calor por mudança de fase.

Os principais indicadores de desempenho incluem ponto de ebulição, calor latente, pressão de operação, condutividade térmica e impacto ambiental (GWP).

Os refrigerantes bifásicos permitem uma alta transferência de calor com taxas de fluxo mais baixas, reduzindo a potência da bomba e melhorando a eficiência geral do sistema.

6. Desafios das placas frias de água convencionais

Embora as placas frias à base de água sejam amplamente utilizadas, elas apresentam diversos riscos inerentes à operação a longo prazo:

6.1 riscos de corrosão

Placas frias de microcanais de cobre, montadas por brasagem, podem sofrer corrosão galvânica devido às diferenças de potencial do material, agravadas pelo oxigênio, acidez e atividade microbiana.

6.2 riscos de bloqueio

Os microcanais são suscetíveis à formação de incrustações, subprodutos da oxidação e crescimento biológico, o que pode restringir o fluxo e reduzir drasticamente a eficiência da transferência de calor.

6.3 riscos de vazamento

O envelhecimento das vedações, a degradação dos tubos e a fadiga dos conectores aumentam o risco de vazamento do líquido refrigerante. Como a água é condutora, os vazamentos podem causar curtos-circuitos e danos catastróficos aos equipamentos.

7. O papel da Kingka no gerenciamento térmico de data centers

7.1 Fornecedor de soluções térmicas completas

Com 15 anos de experiência, a Kingka é uma fabricante confiável especializada em dissipadores de calor de alto desempenho, placas de refrigeração líquida personalizadas e componentes usinados com precisão para data centers, eletrônica e aplicações de energia renovável.

Nossas capacidades abrangem todo o ciclo de vida do produto — desde o projeto térmico e a simulação CFD até a fabricação de precisão, testes, embalagem e entrega global.

7.2 capacidades avançadas de fabricação

• Usinagem CNC de alta precisão com tolerâncias de até ±0,01 mm

• Usinagem de 5 eixos para geometrias complexas de placas frias

• Corte por extrusão, corte a frio e soldagem por fricção (FSW) para estruturas térmicas de alto desempenho.

• Fabricação e montagem integrada de placas frias à prova de vazamentos para líquidos.

7.3 Garantia de qualidade rigorosa

• Processos certificados pelas normas ISO 9001:2015 e IATF 16949

• Inspeção dimensional e medição em mm (precisão de 1,5 μm) em 100% dos casos.

• Teste de vazamento de gás/líquido e teste de sustentação de pressão

7.4 personalização orientada pela engenharia

A Kingka trabalha em estreita colaboração com os clientes para otimizar projetos com base em condições operacionais reais, equilibrando desempenho, confiabilidade, capacidade de fabricação e custo.

8. Viabilizando a próxima geração de data centers de IA

Com o aumento exponencial da capacidade computacional da IA, o gerenciamento térmico tornou-se um desafio estratégico de infraestrutura, e não apenas uma consideração secundária de engenharia. Soluções de resfriamento eficientes, confiáveis e escaláveis são essenciais para liberar todo o potencial dos chips de IA de alto desempenho e das arquiteturas de data center.

Combinando engenharia térmica avançada, fabricação de precisão e personalização completa, a Kingka está comprometida em apoiar clientes globais na construção de soluções de gerenciamento térmico de data centers altamente eficientes e preparadas para o futuro.