Refrigerar los centros de datos de manera sostenible es el mayor desafío para el futuro. Keystone

El auge de la inteligencia artificial está obligando a la industria a reconsiderar cómo deben refrigerarse los centros de datos. Desde Suiza llegan propuestas tecnológicas que prometen reducir el consumo de energía y agua. Pero ¿hasta qué punto mejorar la refrigeración reduce realmente el impacto ambiental de la IA?  

En el interior del centro de datos de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), unos potentes ventiladores hacen circular aire frío a través de filas de servidores. Un zumbido constante llena la sala, pero Remco van Erp, cofundador y consejero delegado de la empresa suiza Corintis, asegura que esta instalación es relativamente silenciosa.

«En los grandes centros de datos hay que llevar cascos protectores», afirma. Aquí no hacen falta.

Según Van Erp, el menor nivel de ruido se debe a que esta instalación emplea menos ventilación de alta velocidad que los centros de datos convencionales. Fue precisamente la búsqueda de alternativas a los sistemas tradicionales de refrigeración lo que llevó a Corintis a la EPFL. Mientras la inteligencia artificial (IA) impulsa el auge mundial de los centros de datos, la start-up suiza y la universidad están colaborando para reducir la cantidad de electricidad y agua necesarias para mantenerlos en funcionamiento.

«Mucha gente cree que la IA es prácticamente un servicio gratuito con un impacto ambiental limitado. En realidad, su huella ambiental no es nada desdeñable», afirma Mario Paolone, profesor de la EPFL.

Según la Agencia Internacional de la EnergíaEnlace externo, los centros de datos representan actualmente alrededor del 1,5% del consumo mundial de electricidad, y se prevé que esa demanda aumente hasta situarse en algo menos del 3% para 2030. Además, un reciente estudio de las Naciones UnidasEnlace externo estima que la huella hídrica de los centros de datos se duplicará de aquí a 2030.

Paolone describe un centro de datos como una máquina gigantesca que transforma la electricidad en calor. Cada vez que hacemos una consulta a un sistema de IA, se consume electricidad. Casi toda esa energía acaba convirtiéndose en calor, que debe disiparse mediante aire o, cada vez con más frecuencia, mediante sistemas de refrigeración líquida.

La creciente demanda de electricidad y agua ha intensificado la oposición a los centros de datos en todo el mundo, también en Suiza. Recientemente, el estado de Nueva York ha sido el primero de Estados Unidos en imponer una moratoria de un añoEnlace externo a la construcción de grandes centros de datos nuevos.

«No podemos prescindir de los centros de datos. Sustentan casi todos los servicios digitales que utilizamos», afirma Van Erp. «El verdadero reto es conseguir que sean mucho más eficientes».

Los equipos de investigación de la EPFL y de Corintis sostienen que reducir las necesidades de energía y agua pasa por actuar sobre uno de los componentes más pequeños de un centro de datos, pero también de los que más se calientan: los chips. Su objetivo es refrigerar los procesadores de forma más eficiente y reutilizar después el calor residual para calentar edificios o generar electricidad.

Todo empieza en los chips

Durante décadas, el método habitual para evitar el sobrecalentamiento de los procesadores ha consistido en hacer circular grandes volúmenes de aire frío a través de los servidores. Sin embargo, los servidores actuales dedicados a la IA concentran una capacidad de procesamiento sin precedentes en bastidores de servidores (racks) cada vez más densos, y generan mucho más calor que los sistemas tradicionales.

Dado que el agua transfiere el calor de una forma mucho más eficaz que el aire, el sector está adoptando progresivamente la refrigeración líquida.

Van Erp lleva observando esta evolución unos diez años.

«En esencia, yo era un fontanero que trabajaba con personas que diseñaban chips», cuenta. «A medida que los chips se volvían más potentes, intentaba comprender cuáles eran los límites de su refrigeración».

«Cada chip es como un paisaje urbano único». Remco van Erp, cofundador y consejero delegado de Corintis, está intentando hacer que la refrigeración directa de cada chip sea más eficiente. EPFL

Explica que uno de esos límites es el enfoque de «talla única».

«Cada chip es como un paisaje urbano único», afirma. Algunas zonas se calientan mucho más que otras, dependiendo de la arquitectura del procesador y de la carga de trabajo. En lugar de utilizar los mismos canales de refrigeración para todos los procesadores, Corintis diseña sistemas adaptados a la huella térmica específica de cada chip. Según Van Erp, eso puede reducir en torno a un 20% la electricidad necesaria para los equipos de refrigeración.

La start-up, fundada en Lausana en 2022, está probando su tecnología en la EPFL y con algunas de las mayores empresas tecnológicas del mundo. Microsoft es el único socio cuya identidad se ha hecho pública.

Van Erp afirma que Corintis aumentará la producción hasta alcanzar un millón de placas de refrigeración al año y prevé desplegar su tecnología a gran escala a partir de 2027. Además, asegura que la solución de la empresa cuesta menos del 1% del precio de un chip de inteligencia artificial de última generación.

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Refrigerar los chips, que pueden alcanzar temperaturas de hasta 100 °C, es solo el primer paso. El siguiente consiste en averiguar cómo extraer el calor del centro de datos.

En los centros de datos actuales con refrigeración líquida, el agua suele circular por circuitos cerrados a una temperatura de entre 20 y 30 °C. El calor que absorbe dentro de los servidores debe eliminarse posteriormente del edificio. En muchos centros de datos, ese calor se transfiere a torres de refrigeración evaporativa mediante intercambiadores de calor. Allí, una segunda corriente de agua, distinta de la que circula por los servidores, se evapora para disipar el calor en la atmósfera.

Como la refrigeración evaporativa requiere grandes cantidades de agua, el sector está optando por temperaturas de refrigeración más elevadas (en torno a los 45 °C). Eso permite aprovechar mejor la refrigeración en seco, que utiliza el aire exterior para enfriar los fluidos.

Sin embargo, Paolone y Van Erp quieren ir más allá. «Controlamos deliberadamente la refrigeración directa de los chips para extraer calor a unos 70-75 °C», explica Paolone. Una temperatura más alta hace que ese calor sea más fácil de reutilizar o convertir.

«Mucha gente cree que la IA es prácticamente un servicio gratuito con un impacto ambiental limitado. En realidad, su huella ambiental no es nada desdeñable», afirma Mario Paolone, profesor de la EPFL. EPFL / Alain Herzog

Refrigerar un procesador con agua caliente puede parecer contradictorio. Sin embargo, según Van Erp, cuanto más eficaz sea la extracción del calor del chip, mayor puede ser la temperatura del líquido refrigerante.

En lugar de disiparse en la atmósfera como un residuo, ese calor puede reutilizarse. Esa es la idea que hay detrás de Heating Bits, un proyecto de la EPFL dirigido por Paolone que experimenta con métodos para reducir la huella de carbono de los centros de datos, mientras los servidores siguen realizando tareas reales de procesamiento para el personal investigador del campus.

Durante el invierno, el calor recuperado alimenta la red de calefacción de la EPFL. En verano, cuando disminuye la demanda de calefacción, parte de ese calor se convierte de nuevo en electricidad mediante una tecnología específica: el ciclo Rankine orgánico (Organic Rankine Cycle).

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Las tecnologías desarrolladas en la EPFL parecen prometedoras. Pero ¿pueden adoptarse a gran escala y reducir de forma significativa la huella ambiental global de los centros de datos dedicados a la IA?

Jonathan Koomey, investigador independiente estadounidense que lleva décadas estudiando el consumo energético de los centros de datos, coincide en que la refrigeración líquida se está volviendo inevitable. «Cuando se alcanzan las densidades de potencia de los sistemas actuales de IA, el aire deja de ser suficiente para transferir el calor», afirma.

No obstante, Koomey advierte de que la refrigeración de los chips representa solo la mitad del problema. Un centro de datos puede adoptar sistemas de refrigeración líquida muy eficientes dentro de los servidores y, aun así, seguir utilizando instalaciones de refrigeración del edificio con un elevado consumo de agua.

En consecuencia, el consumo de agua varía enormemente de un centro de datos a otro. Koomey cita una reciente revisión científicaEnlace externo que señala que el consumo anual de agua puede variar hasta 10.000 veces, en función del diseño de la instalación, su ubicación, la carga de trabajo y las condiciones de funcionamiento. «Se trata de una cuestión compleja que obliga a equilibrar numerosos factores», observa.

Shaolei Ren, profesor de la Universidad de California en Riverside, llega a la misma conclusión. Afirma que la refrigeración directa de los chips puede reducir las necesidades de energía y agua, pero solo si todo el centro de datos está diseñado para gestionar el calor de forma eficiente. «No es correcto afirmar que la refrigeración directa de los chips, por sí sola, reduce necesariamente el consumo de energía y agua», sostiene.

Koomey advierte además de otro problema que podría acabar anulando estas mejoras de eficiencia. Las empresas que desarrollan IA siguen reinvirtiendo en modelos cada vez más potentes y en una mayor capacidad de procesamiento a un coste cada vez menor, lo que alimenta la demanda de servicios de inteligencia artificial.

«Estamos asistiendo a un enorme aumento de la demanda de servicios de procesamiento para la IA, que supera los beneficios obtenidos en términos de eficiencia energética», afirma. «¿Podemos seguir así? Nadie lo sabe».

Aunque todos los centros de datos fueran más eficientes, ninguna tecnología puede controlar la velocidad a la que crecerá la demanda de capacidad de procesamiento para la IA.

«Debemos plantearnos una cuestión fundamental», concluye Paolone. «¿Podemos permitirnos el ritmo actual de crecimiento de la IA y de los centros de datos en plena transición energética?».

Artículo editado por Gabe Bullard; y adaptado al español por Cristina Esteban. Revisado por Carla Wolff.  

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