Refrigeración para computación de alto rendimiento ha superado un umbral decisivo. Los aceleradores de IA, como el NVIDIA H100 de 700 W y el Blackwell B200 de 1.000 W, elevan las densidades de rack por encima de los 100 kW, mientras que la refrigeración por aire tiene un límite de unos 25 a 30 kW por rack. La respuesta de la industria es la refrigeración líquida, un mercado que, según Dell'Oro Group, alcanzará aproximadamente los 7.000 millones de dólares en 2029. Para los operadores de HPC, la cuestión ya no es si adoptar la refrigeración líquida, sino qué arquitectura se ajusta a la carga de trabajo, el presupuesto y las limitaciones de las instalaciones.
¿Por qué la refrigeración de los sistemas de computación de alto rendimiento se ha convertido en el cuello de botella crítico de los clústeres de IA?
La física de la transferencia de calor por convección establece un límite máximo estricto para la refrigeración por aire; ni los ventiladores ni los disipadores de calor pueden superarlo. La potencia de los aceleradores ha aumentado considerablemente: el H100 funciona a 700 W, el Blackwell B200 a 1.000 W, y se espera que la próxima generación, Rubin, supere estas cifras, según The Cooling Report. Un clúster denso de entrenamiento de IA eleva la densidad por rack por encima de los 100 kW, acercándose a los 120 kW en algunas configuraciones. Los diseños de próxima generación apuntan a entre 200 y 250 kW por rack, razón por la cual la refrigeración de la informática de alto rendimiento ha pasado a ocupar un lugar prioritario en la agenda de diseño.
El MI300X de AMD y el Gaudi 3 de Intel también superan los límites de potencia que la refrigeración por aire puede soportar, por lo que no se trata de un problema exclusivo de un único proveedor. Se prevé que las cargas de trabajo de IA a nivel mundial alcancen unos 44 GW en 2026, superando a las cargas de trabajo no relacionadas con la IA, que rondarán los 38 GW. Cuando un rack consume más energía que un pequeño edificio de oficinas, la refrigeración limita la densidad de cálculo, el coste energético y el tiempo de actividad. Las decisiones sobre la refrigeración en la informática de alto rendimiento determinan ahora si un clúster funciona a plena capacidad o se ve limitado por el estrés térmico.
¿Cuáles son las principales tecnologías de refrigeración para la informática de alto rendimiento que se utilizan en la actualidad?
Tres familias tecnológicas dominan las instalaciones modernas de HPC. La refrigeración por aire convencional utiliza unidades de tratamiento de aire, ventiladores y disipadores térmicos en la sala de servidores para expulsar el calor. La refrigeración líquida directa al chip, también denominada refrigeración por placa fría, hace circular el líquido refrigerante a través de placas metálicas montadas en las CPU, las GPU y los módulos de memoria. La refrigeración por inmersión sumerge servidores completos en un fluido dieléctrico, en configuraciones monofásicas o bifásicas. Cada familia responde a una gama diferente de requisitos de refrigeración para la computación de alto rendimiento.
Los datos sobre la adopción de esta tecnología muestran la rapidez con la que está cambiando el panorama. La «Encuesta sobre sistemas de refrigeración 2024» del Uptime Institute, basada en 964 encuestados, reveló que el 22 % ya utiliza la refrigeración líquida directa en sus instalaciones, mientras que el 61 % se plantearía utilizarla en el futuro. Casi la mitad de los usuarios de DLC indican que menos del 10 % de sus racks de TI utilizan esta tecnología. En lo que respecta a la refrigeración para la computación de alto rendimiento, la cuestión práctica ya no es a qué proveedor acudir, sino qué arquitectura estandarizar a medida que aumentan las densidades.
¿Cuánto calor puede disipar el sistema tradicional de refrigeración por aire en la informática de alto rendimiento?
La refrigeración por aire tiene un límite práctico de entre 25 y 30 kW por rack, un límite que no ha variado de forma significativa desde hace años. La optimización no puede superar ese límite. Cualquier clúster de HPC que supere los 30 kW por rack requiere una estrategia diferente de disipación del calor. Comprender este límite es el primer paso en cualquier estrategia de refrigeración para la computación de alto rendimiento.
La brecha de eficiencia es igualmente evidente en la eficacia en el uso de la energía (PUE). Los centros de datos tradicionales refrigerados por aire llevan mucho tiempo funcionando por encima de un PUE de 1,8, según informa China Economic Net. La refrigeración suele consumir entre el 30 y el 40 % de la energía total del centro de datos, solo por detrás de los propios equipos informáticos, que representan entre el 45 y el 60 %. Las instalaciones refrigeradas por líquido pueden reducir el PUE por debajo de 1,1, y los ocho nodos centrales nacionales de China registran ahora una media de alrededor de 1,25. En el caso de la refrigeración para la computación de alto rendimiento, esta diferencia de eficiencia se traduce directamente en los costes operativos, la huella de carbono y la capacidad de añadir potencia de cálculo dentro de un límite energético ya establecido.
«Direct-to-Chip» o inmersión: ¿qué arquitectura de refrigeración para la computación de alto rendimiento deberías elegir?
La refrigeración líquida directa al chip consiste en colocar placas de refrigeración sobre los componentes que generan más calor y eliminar la mayor parte del calor en el propio origen. La refrigeración por inmersión consiste en sumergir todo el servidor en un fluido dieléctrico y eliminar prácticamente todo el calor de cada componente. La elección entre ambas opciones determina toda la estrategia de refrigeración para la informática de alto rendimiento, por lo que la decisión merece un análisis minucioso.
Dell’Oro Group señala que la refrigeración líquida directa monofásica ha consolidado su posición como la arquitectura dominante para los clústeres de IA. Para la mayoría de las organizaciones, la refrigeración directa al chip ofrece la vía más rápida para alcanzar una capacidad de refrigeración de alto rendimiento con la mínima interrupción operativa. La refrigeración por inmersión sigue siendo una opción atractiva cuando los objetivos de densidad superan la capacidad de adaptación de las instalaciones existentes o cuando los operadores desean eliminar el tratamiento del aire.
¿Cuánto cuesta una mejora del sistema de refrigeración de un sistema de computación de alto rendimiento y cuánto se ahorra con ella?
La rentabilidad de la refrigeración para la computación de alto rendimiento está mejorando a medida que el mercado crece. Dell’Oro Group prevé que el mercado mundial de la refrigeración líquida alcance unos ingresos de los fabricantes de aproximadamente $7 mil millones para 2029. En China, el mercado de la refrigeración líquida para centros de datos inteligentes alcanzó los 18.4 mil millones de RMB en 2024, con un crecimiento interanual del 66,1 %, y podría alcanzar unos 130 mil millones de RMB para 2029, según la Academia China de Tecnología de la Información y las Comunicaciones.
El ahorro en la refrigeración de la informática de alto rendimiento se debe a la reducción del PUE. Pasar de un PUE de 1,8 a menos de 1,2 puede reducir el consumo energético relacionado con la refrigeración en más de la mitad. Los nodos centrales nacionales tienen ahora un PUE medio de entre 1,2 y 1,3, y los diseños con refrigeración líquida han demostrado un PUE inferior a 1,1. La reutilización del calor añade otra fuente de ingresos: el refrigerante caliente puede alimentar la calefacción urbana, convirtiendo el calor residual en un activo. A lo largo de los cinco años de vida útil de una instalación, el ahorro energético derivado de las mejoras en la refrigeración de la informática de alto rendimiento suele superar el coste de capital del propio equipo.
¿Cómo se migra un sistema de refrigeración para computación de alto rendimiento sin tiempo de inactividad?
La migración sigue un patrón por fases que protege las cargas de trabajo en ejecución. En primer lugar, se debe auditar la carga térmica real por rack utilizando datos de telemetría, en lugar de los valores nominales indicados en la placa de características. En segundo lugar, se lleva a cabo una prueba piloto en una fila o partición, validando el flujo del refrigerante, la detección de fugas y el control de la temperatura bajo carga de producción. En tercer lugar, se amplía de forma incremental, dando prioridad a los racks más densos en los que la refrigeración por aire ya es insuficiente. Un plan por fases permite que las mejoras en la refrigeración de los sistemas de computación de alto rendimiento sean predecibles.
Una unidad de distribución de refrigerante es el punto central de integración, que aísla el agua de la instalación del refrigerante de los servidores y controla el caudal y la temperatura. Los colectores dirigen el refrigerante a cada servidor, y los racores de desconexión rápida permiten realizar tareas de mantenimiento sin necesidad de vaciar el circuito. Debe haber un sistema de detección de fugas en cada conexión, y la monitorización debe controlar las temperaturas del refrigerante y de la unión del chip. En el caso de generaciones mixtas de hardware, mantén una pequeña zona refrigerada por aire para los servidores antiguos. Toda migración del sistema de refrigeración de la informática de alto rendimiento debe ser reversible a nivel de rack, de modo que un fallo en la implementación afecte solo a una partición, y no a todo el clúster.
¿Qué mejoras en cuanto a fiabilidad y rendimiento puede aportar la refrigeración para la informática de alto rendimiento?
La refrigeración líquida elimina la limitación térmica que afecta a los aceleradores refrigerados por aire. Las bajas temperaturas constantes permiten que las GPU funcionen a plena velocidad de reloj durante períodos prolongados, lo que acorta los tiempos de entrenamiento y simulación. La plataforma Neptune de Lenovo, que coloca placas de refrigeración directamente sobre las GPU y los módulos de memoria, destaca una reducción de las ralentizaciones y una mayor vida útil del hardware gracias a la eliminación de los picos térmicos. Estas ventajas convierten la refrigeración de la informática de alto rendimiento en una palanca de rendimiento, y no solo en una herramienta auxiliar.
Los operadores también están utilizando gemelos digitales para ajustar el comportamiento de la refrigeración. El equipo del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, responsable de «Frontier», el superordenador a exaescala, creó un gemelo digital que simula la telemetría de potencia y refrigeración, lo que permite a los ingenieros probar la temperatura del agua de refrigeración y los cambios en la programación antes de aplicarlos a la máquina real. Esto reduce el riesgo de experimentar con un sistema demasiado valioso como para probarlo directamente. La refrigeración de los sistemas de computación de alto rendimiento está evolucionando, por tanto, de ser un elemento estático a convertirse en un subsistema gestionado de forma activa en el que se optimizan conjuntamente la fiabilidad, la eficiencia y el rendimiento.
¿Cómo evolucionará la refrigeración de los sistemas de computación de alto rendimiento de aquí a 2030?
Tres tendencias marcarán la refrigeración de la informática de alto rendimiento hasta finales de la década. En primer lugar, la refrigeración líquida directa monofásica seguirá siendo la opción predeterminada para los clústeres de IA, mientras que los sistemas bifásicos y de inmersión madurarán para segmentos de nicho. En segundo lugar, la densidad de los racks seguirá aumentando; ya se están barajando diseños que apuntan a entre 200 y 250 kW por rack, lo que elevará aún más las temperaturas del refrigerante y hará que la reutilización del calor resulte más atractiva. En tercer lugar, se intensificará la integración de las instalaciones, con sistemas de refrigeración líquida integrados en los edificios desde el principio y la recuperación de calor como norma en climas fríos.
La implicación estratégica es clara: la refrigeración de los sistemas de computación de alto rendimiento es ahora una decisión arquitectónica fundamental, y no un aspecto secundario de las instalaciones. Las organizaciones que adopten como estándar los racks preparados para refrigeración líquida, cuenten con equipos cualificados y dispongan de herramientas de monitorización podrán incorporar cada nueva generación de GPU sin necesidad de rediseñar sus instalaciones. Aquellas que esperen a que la refrigeración por aire falle bajo carga se enfrentarán a migraciones apresuradas y a tiempos de inactividad que podrían haberse evitado.
Conclusión
La refrigeración para la computación de alto rendimiento ha pasado de ser una medida de eficiencia opcional a convertirse en un requisito imprescindible para los clústeres a escala de IA. La refrigeración por aire tiene un límite de entre 25 y 30 kW por rack, aproximadamente, mientras que los aceleradores de clase B200 superan los 100 kW por rack. La refrigeración líquida directa al chip es la solución predominante a corto plazo. Los datos del Uptime Institute muestran que el 22 % de las instalaciones ya utilizan DLC; Dell’Oro prevé un mercado de $7 mil millones para 2029, y las instalaciones con refrigeración líquida alcanzan habitualmente un PUE inferior a 1,2. El marco de trabajo es práctico: auditar la carga térmica, realizar una prueba piloto en una partición, estandarizar el uso de racks preparados para la refrigeración líquida y escalar con supervisión. Cada decisión que se tome hoy en materia de refrigeración para la computación de alto rendimiento determinará qué organizaciones podrán implementar la próxima generación de aceleradores a pleno rendimiento.
