Quando Daniel Pope propôs pela primeira vez a ideia de submergir servidores em líquido como uma forma energeticamente eficiente de resfriá-los há alguns anos, sua proposta foi recebida com enorme ceticismo pelos fabricantes de equipamentos para data centers.
Mas agora, a startup de Pope —a Submer, sediada em Barcelona— é um negócio multimilionário, fazendo parcerias com gigantes da tecnologia como Intel e Dell Technologies.
A mudança de atitude reflete um desafio urgente: descobrir como operar data centers com menos energia. As instalações, que suportam serviços digitais que vão desde o TikTok até o ChatGPT e o Google Maps, consumiram no ano passado mais eletricidade do que a Polônia, a Bélgica e a Noruega combinadas, de acordo com um relatório de abril da Agência Internacional de Energia.
Essa cifra deve mais que dobrar até 2030, impulsionada principalmente pelos enormes requisitos computacionais da inteligência artificial. Até 40% do uso de energia dos data centers é destinado ao resfriamento de hardware computacional, tornando-o um espaço propício para inovação.
Entre os possíveis caminhos para alcançar melhor eficiência, o resfriamento líquido —um termo guarda-chuva que inclui soluções como a da Submer— provavelmente ajudará a reduzir a demanda de energia dos data centers em mais de 10%, de acordo com a Schneider Electric, uma empresa líder em gestão de energia.
“Embora 10% possa não parecer muito, considere o fato de que um grande data center de IA pode consumir mais de 100 megawatts de energia, equivalente a cerca de 75 mil residências americanas”, diz Steven Carlini, especialista em soluções para data centers na Schneider Electric. “Nessa escala, reduzir o uso de energia em 10% é um progresso para se entusiasmar.”
A natureza intensiva em energia dos data centers os tornou vizinhos indesejados. As autoridades locais em Dublin rejeitaram no ano passado um pedido do Google para construir um data center lá, citando preocupações sobre seu potencial impacto em uma rede elétrica já sobrecarregada. Nos últimos meses, placas contra data centers apareceram em comunidades por todos os EUA.
Embora as grandes empresas de tecnologia tenham gasto bilhões de dólares patrocinando projetos de energia limpa, seus esforços para adicionar mais eletricidade livre de carbono estão muito aquém do necessário.
A Microsoft, por exemplo, emitiu 23% mais dióxido de carbono no ano passado em comparação com 2020, devido em parte à rápida expansão dos data centers. Da mesma forma, o Google viu suas emissões de carbono aumentarem 48% nos últimos cinco anos.
Para ajudar a resolver esse problema, fabricantes de semicondutores e operadores de data centers nos últimos anos têm explorado o uso de líquido para resfriar diretamente os chips.
O chip Maia 100 da Microsoft, por exemplo, foi projetado para ser conectado a uma placa fria, um dispositivo metálico que é mantido resfriado pelo líquido que flui sob sua superfície. A empresa de tecnologia também expressou interesse em dar um passo adiante, desenvolvendo data centers onde todo o hardware de computação possa operar em banhos líquidos.
Conhecido como resfriamento por imersão, a tecnologia envolve mergulhar um rack de servidor inteiro —o gabinete que abriga servidores, switches, roteadores e outros componentes de computação— em um líquido especializado que não conduz eletricidade.
A abordagem pode ser mais eficiente do que o resfriamento direto do chip, dizem os analistas da indústria, mas o resfriamento por imersão não vem sem seus problemas, e o setor nascente tem um longo caminho a percorrer antes que possa atingir uma escala significativa.
A Submer usa um líquido sintético não inflamável que se parece com óleo hidratante para bebês. O refrigerante —criado no laboratório da startup com matérias-primas da indústria de petróleo e gás— também pode ser feito com óleo de palma, diz Pope, cofundador da empresa.
Muitos líquidos de resfriamento por imersão no mercado contêm PFAS, também conhecidos como “produtos químicos eternos” que não se degradam naturalmente, mas Pope diz que o refrigerante da Submer é biodegradável.
O líquido absorve o calor gerado pelos eletrônicos, o dissipa através de um trocador de calor construído dentro do contêiner de resfriamento e depois retorna ao rack para a próxima rodada de resfriamento.
A abordagem não apenas reduz o uso de energia; também resolve outro problema. Nos EUA, um data center médio de 100 megawatts consome cerca de 2 milhões de litros de água por dia, uma grande parte dos quais é usada para resfriamento, diz a AIE.
Demandas intensivas de água tornaram-se um ponto adicional de atrito entre desenvolvedores de data centers e comunidades locais, embora alguns operadores tenham começado a equipar data centers com sistemas de reuso ou reciclagem de água para mitigar seu impacto ambiental.
De certa forma, o hardware de computação é como um corpo humano: funciona melhor em certas temperaturas.
Para evitar o superaquecimento dos servidores, muitos data centers implantam uma versão potente de ar condicionado para soprar ar refrigerado em enormes salas de servidores. Mas os líquidos podem remover o calor dos sólidos de forma mais eficiente do que o ar, e a Submer diz que seu contêiner de resfriamento é capaz de completar a mesma tarefa a uma temperatura mais alta.
Essa diferença de temperatura, combinada com o fato de que o resfriamento por imersão visa o equipamento que gera calor em vez de uma sala inteira, significa que essa estratégia usa menos energia, diz Pope.
Em um estudo de 2023 financiado pelo governo holandês, pesquisadores da Universidade de Groningen concluíram que data centers equipados com resfriamento por imersão usavam cerca de 50% menos energia do que o resfriamento tradicional por ar. Também permite que os data centers ocupem menos espaço, disseram os pesquisadores.
Líquidos têm sido usados para resfriamento em equipamentos de alta tensão como transformadores por mais de um século, mas a técnica era praticamente inexistente em data centers até que o recente boom da computação começou a levar os métodos convencionais de resfriamento ao limite.
O apetite mundial por ferramentas de IA de alto desempenho não apenas desencadeou uma onda de construção de data centers, mas também tornou muito mais difícil manter o hardware de computação operando em sua temperatura ideal, diz Carlini, da Schneider Electric.
Por exemplo, o mais recente chip de IA da Nvidia, o GPU Blackwell B200, consome quase duas vezes mais energia do que seu antecessor, o Hopper H200.
Quanto mais energia um chip usa, mais calor ele dissipa e, portanto, mais resfriamento ele precisa. E um data center pode implantar centenas, ou até milhares, desses chips.
Até agora, a Submer implantou seus contêineres de resfriamento em dezenas de data centers em 17 países. A receita da startup subiu para mais de 150 milhões de euros (US$ 169 milhões) no ano passado, acima dos cerca de 600 mil euros em 2018, quando suas vendas comerciais estrearam, diz Pope. “Tornou-se exponencial nos últimos dois anos.”
Outras empresas também estão de olho em uma fatia desse mercado emergente. Essa lista inclui a Asperitas, da Holanda, a LiquidStack, do Texas, e a Fujitsu, do Japão.
Mas mesmo assim, o mercado para essa tecnologia continua sendo uma fração do que a indústria gasta com resfriamento: o mercado global de resfriamento por imersão atingiu US$ 400 milhões em 2023, em comparação com quase US$ 13 bilhões em gastos globais com resfriamento de data centers.
Alguns obstáculos impedem uma adoção mais ampla. Embora o resfriamento por imersão possa ajudar os data centers a reduzir suas contas de serviços públicos, ele não é barato. O sistema da Submer pode custar até 25% mais para implantar do que a média, estima a empresa, embora diga que atingiu a paridade de custos contra o resfriamento a ar em data centers com uma demanda substancial de resfriamento.
E para operadores de data centers com instalações existentes, mudar para uma técnica de resfriamento completamente diferente não apenas requer modificação do hardware de computação, mas também levanta preocupações sobre a segurança da infraestrutura: seus pisos podem suportar o peso de todos os contêineres de resfriamento inundados por líquidos?
A falta de padrões da indústria em soluções de resfriamento por imersão adiciona outra camada de complexidade.
Como os data centers normalmente descartam servidores a cada poucos anos, os operadores teriam que considerar, por exemplo, como garantir que os contêineres de resfriamento que implantam hoje permaneçam compatíveis com o hardware de computação futuro. Mergulhar servidores em líquido também torna mais difícil fazer manutenção.
“Uma vez que você os coloca nas banheiras, é muito complicado fazer qualquer tipo de substituição”, diz Carlini.
Isso não preocupa Pope, que compara servidores projetados para resfriamento a ar com carros. “Você não deveria colocar um carro na água”, diz ele.
Para esse fim, a Submer está trabalhando com a indústria de semicondutores para desenvolver “barcos” —uma nova geração de servidores projetados para o novo método de resfriamento.
