Adottare tecniche di raffreddamento dei data center più sostenibili ed efficienti assume un’importanza crescente se si considera che circa il 40% del consumo energetico dei centri di elaborazione dati è attribuibile ai sistemi di raffreddamento, indispensabili per garantire l’affidabilità dell’hardware e la continuità operativa delle infrastrutture IT.
L’esigenza diventerà sempre più rilevante alla luce della crescita del mercato dei data center. Secondo una ricerca di IoT Analytics, il valore globale delle apparecchiature e delle infrastrutture per data center è destinato a passare da 290 miliardi di dollari nel 2024 a oltre mille miliardi entro il 2030, trainato soprattutto dall’espansione dell’intelligenza artificiale e dai massicci investimenti in infrastrutture IT sempre più potenti e complesse.
In questo scenario, la sostenibilità non rappresenta più soltanto un obiettivo ambientale, ma un fattore strategico anche dal punto di vista economico. Ridurre i consumi energetici e idrici significa infatti contenere i costi operativi, migliorare l’efficienza delle infrastrutture e rispondere ai requisiti normativi sempre più stringenti in materia di sostenibilità.
Perché il raffreddamento dei data center sta cambiando
L’esigenza di elaborare volumi di dati sempre maggiori porta i cluster dedicati all’intelligenza artificiale a raggiungere densità di potenza senza precedenti, imponendo nuove strategie di gestione termica. Per garantire la dissipazione del calore generato dai rack di ultima generazione diventa quindi indispensabile adottare soluzioni di raffreddamento dei data center sempre più efficaci.
La trasformazione è resa necessaria dall’evoluzione delle infrastrutture: se fino a pochi anni fa la densità media di un rack si attestava intorno ai 15-20 kW, oggi negli ambienti hyperscale e AI si superano frequentemente i 100 kW. In queste condizioni il raffreddamento ad aria sta raggiungendo i propri limiti fisici, sia in termini di efficienza sia di sostenibilità economica.
Per questo motivo il raffreddamento a liquido sta assumendo un ruolo centrale. Rispetto all’aria, infatti, il liquido è in grado di assorbire e trasferire il calore in modo molto più efficiente, consentendo di mantenere sotto controllo le temperature anche nei sistemi ad altissima densità.
L’obiettivo, tuttavia, non è soltanto migliorare le prestazioni. Occorre anche ridurre il consumo di acqua, una risorsa sempre più preziosa, e limitare l’energia necessaria per il funzionamento degli impianti di climatizzazione. È proprio su questo equilibrio tra efficienza, sostenibilità e continuità operativa che si concentra oggi la ricerca.
Le principali tecnologie per il raffreddamento dei data center
Negli ultimi anni sono stati sviluppati diversi approcci per migliorare il raffreddamento dei data center, ciascuno con caratteristiche specifiche e ambiti di applicazione differenti.
Tra le tecnologie più diffuse figura il Direct Liquid Cooling (DLC), noto anche come Direct-to-Chip Cooling. In questo sistema un fluido refrigerante circola all’interno di piastre installate direttamente sopra CPU e GPU, rimuovendo il calore nel punto in cui viene generato. I più recenti sviluppi consentono di utilizzare liquidi operanti fino a 45 °C, riducendo sensibilmente il fabbisogno energetico degli impianti di raffreddamento.
Un’altra soluzione in rapida diffusione è il Liquid Immersion Cooling, nel quale l’intero server viene immerso in un fluido dielettrico non conduttivo. Eliminando completamente le ventole e i punti caldi, questa tecnologia garantisce un trasferimento del calore nettamente superiore rispetto al raffreddamento ad aria e contribuisce a migliorare l’efficienza energetica complessiva del data center.
Tra le soluzioni intermedie si collocano invece i Rear Door Heat Exchangers (RDHx), che sostituiscono la porta posteriore del rack con uno scambiatore di calore raffreddato a liquido. L’aria calda espulsa dai server attraversa serpentine percorse da acqua refrigerata, cedendo immediatamente il calore prima che questo si diffonda nella sala macchine. Il sistema permette così di incrementare la capacità di raffreddamento senza modificare radicalmente l’infrastruttura esistente.
Sempre più interesse sta suscitando anche l’AI-Driven Thermal Management, che sfrutta algoritmi di machine learning, sensori intelligenti e analisi in tempo reale per monitorare temperature, carichi di lavoro e consumi energetici. Il software regola automaticamente la distribuzione dell’aria o del liquido refrigerante, ottimizzando l’efficienza dell’intero impianto e anticipando eventuali criticità.
Infine, stanno guadagnando terreno i sistemi di Hybrid Cooling, che combinano il free cooling stagionale, sfruttando aria o acqua esterna quando le condizioni climatiche lo consentono, con circuiti di raffreddamento a liquido. L’obiettivo è massimizzare il risparmio energetico e ridurre il consumo idrico senza compromettere le prestazioni.
Il raffreddamento con liquido a 45 °C
Tra le innovazioni più interessanti nel campo del raffreddamento dei data center spicca la soluzione sviluppata da Nvidia, basata su un principio tanto semplice quanto efficace: utilizzare un circuito di raffreddamento a liquido in grado di operare fino a 45 °C.
In questo modo il calore viene intercettato direttamente sul chip e trasportato attraverso un circuito che lavora a temperature significativamente più elevate rispetto ai sistemi tradizionali. Ciò consente agli impianti di dissipare il calore sfruttando sistemi di raffreddamento a secco per gran parte dell’anno, riducendo drasticamente il ricorso ai refrigeratori meccanici e abbattendo il consumo di acqua.
Il liquido refrigerante, composto per il 75% da acqua e per il 25% da glicole propilenico, attraversa piastre fredde installate direttamente sopra processori e acceleratori AI, rimuovendo il calore alla fonte. Un ulteriore vantaggio consiste nella possibilità di recuperare il calore di scarto, che può essere riutilizzato per il riscaldamento di edifici o in processi industriali, migliorando ulteriormente la sostenibilità dell’infrastruttura.
La startup che RAFFREDDA ISPIRANDOSI al nucleare
Tra gli approcci più innovativi merita attenzione anche quello sviluppato da Ferveret, startup fondata da due ricercatori del MIT di Boston. L’azienda sta adattando un principio impiegato nei reattori nucleari per raffreddare i chip senza utilizzare grandi quantità di acqua e con consumi energetici significativamente inferiori.
Il sistema immerge i server in uno speciale liquido dielettrico che assorbe il calore con un’efficienza molto superiore rispetto all’aria. L’elemento distintivo della tecnologia Adaptive Phase Cooling (APC) è però il modo in cui avviene la formazione delle bolle: queste sono molto più piccole, si staccano più rapidamente dalla superficie dei componenti elettronici e accelerano il trasferimento del calore.
I primi risultati sono incoraggianti. Secondo uno studio realizzato con il Dipartimento di Informatica Samueli dell’Università della California di Los Angeles, la soluzione APC ha consentito un miglioramento del 15% dell’efficienza energetica computazionale rispetto ad altri sistemi di raffreddamento a liquido, così riporta MIT.
Oltre ai benefici in termini di efficienza, la tecnologia potrebbe facilitare la realizzazione di data center in aree remote alimentate prevalentemente da fonti rinnovabili, riducendo la dipendenza dalle infrastrutture idriche e ampliando le possibilità di localizzazione degli impianti.
Il futuro del raffreddamento dei data center: sott’acqua e nello spazio
L’innovazione nel raffreddamento dei data center guarda anche a scenari fuori dagli schemi. Due delle prospettive più interessanti sono rappresentate dai data center sottomarini e da quelli orbitali.
Nel primo caso le sperimentazioni stanno entrando in una fase più concreta. In Cina è stato recentemente avviato un data center sommerso a circa dieci metri di profondità nella zona speciale di Lin-gang, nell’area di libero scambio di Shanghai. L’impianto, realizzato con un investimento di circa 226 milioni di dollari, ospita circa duemila server ed è progettato per raggiungere una potenza di 24 MW. Il raffreddamento naturale garantito dall’acqua marina consente di ridurre sensibilmente i consumi energetici, mentre l’alimentazione elettrica è assicurata da un vicino parco eolico offshore.
L’altra frontiera è rappresentata dai data center spaziali. Secondo un’analisi di Wood Mackenzie, oggi il loro costo è ancora circa tre volte superiore rispetto a quello delle strutture terrestri. Tuttavia, numerose aziende e istituzioni stanno lavorando per renderli economicamente sostenibili. In questa direzione si inserisce anche il progetto finanziato dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA) nell’ambito del programma Discovery, che punta a valutare la fattibilità tecnica ed economica di infrastrutture di elaborazione dati collocate in orbita, sfruttando le basse temperature dello spazio per ridurre drasticamente le esigenze di raffreddamento.
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