¿Qué es la densidad de potencia de un centro de datos y cómo la afecta la IA?

Si comparamos un centro de datos de 2019 con uno de 2026, se aprecia la diferencia en la arquitectura de refrigeración, los nuevos nombres de los modelos de los servidores y los cables de alimentación y conductos de distribución cada vez más voluminosos. Todos estos cambios están directamente relacionados con el aumento de la densidad de potencia en los centros de datos. 

Las instalaciones más antiguas que no tienen que preocuparse por las cargas de trabajo de IA pueden ir aumentando gradualmente su capacidad y densidad de potencia a medida que crece la demanda. Los hiperescaladores deben superar los límites de la potencia que una instalación puede consumir de forma realista.

La demanda de cargas de trabajo de alta densidad de potencia en los centros de datos no ha disminuido, por lo que los operadores de estos centros deben planificar el aumento de la densidad de potencia de los mismos. El alcance de la expansión que deben planificar depende de las cargas de trabajo que ejecuten, de los sistemas de refrigeración existentes y del acceso a una potencia de red suficiente. 

Datos clave: lo que hay que saber sobre la densidad de potencia en los centros de datos

• El aumento de la densidad de potencia de los centros de datos viene impulsado por Basado en GPU La computación con IA, en la que el consumo energético a nivel de chip ha superado las previsiones del diseño de las instalaciones.
• La densidad media por rack en los centros de datos ha aumentado de unos 4-5 kW hace una década a 8-9 kW en la actualidad, según la Encuesta Global sobre Centros de Datos del Uptime Institute.
• Los racks de IA de alta densidad ya funcionan a más de 130 kW, y se prevé que los sistemas de próxima generación alcancen los 240 kW o más, según Schneider Electric.
• La refrigeración por aire no da abasto a partir de unos 30 kW por rack. La adopción de la refrigeración líquida directa al chip se ha mantenido estable en 22% durante dos años consecutivos, a pesar de que la demanda de esta tecnología va en aumento.
• A pesar del auge de los racks de alta densidad de potencia, el 82% de los centros de datos no cuenta con racks de unos 30 kW, según al Uptime Institute.
  

¿Qué es la densidad de potencia de un centro de datos?

La densidad de potencia es la cantidad de potencia que consume un rack con toda su capacidad, medida en kilovatios por rack. Es una medida de la cantidad de calor y de la carga eléctrica que se concentra en un espacio físico determinado. No mide los pies cuadrados ni el número de servidores, pero si se combina la densidad de potencia con esos factores, se obtiene una visión completa del consumo energético del centro de datos. 

Un rack de 10 kW y otro de 130 kW pueden ocupar la misma baldosa del suelo. La diferencia radica exclusivamente en lo que tiene que suceder alrededor de esa baldosa: 

• ¿Qué potencia le suministra la red eléctrica? 
• ¿Cuánta capacidad de refrigeración elimina el calor que genera?
• De qué margen estructural y eléctrico dispone la instalación circundante para soportarlo.
  

Por qué la densidad de potencia es más importante que la potencia total de la instalación

Dos instalaciones pueden consumir el mismo número total de megavatios y, sin embargo, enfrentarse a problemas de ingeniería totalmente distintos, dependiendo de cómo se distribuya esa potencia entre los racks.

Una instalación con 200 racks de 5 kW cada uno tiene una carga informática total de 1 MW. Concentrar esa misma carga en 20 racks requeriría 50 kW por rack, lo que supondría concentrar el mismo consumo eléctrico en una décima parte de las posiciones de rack y plantearía un reto de refrigeración mucho más intenso.  El calor tiene que salir rápidamente a algún sitio, y la refrigeración convencional por aire perimetral nunca se diseñó para evacuarlo.

Una amplia mayoría de los centros de datos no tiene que preocuparse por los racks de más de 50 kW, pero las nuevas construcciones de los hiperescaladores son casi exclusivamente de alta densidad de potencia. El Uptime Institute estima que aproximadamente un tercio de los operadores ya están construyendo nueva capacidad específicamente para albergar armarios de alta densidad, lo que da una idea de hacia dónde se dirige el mercado, aunque la base instalada actual aún no se haya puesto al día.

¿Por qué tiende a aumentar la densidad de potencia?

La respuesta breve: ahora son las GPU, y no los servidores de uso general, las que marcan el ritmo.

Tradicional informática empresarial ha crecido de forma constante, aunque previsible. No ha sido así en el caso del hardware de entrenamiento e inferencia de IA.

Los sistemas a escala de rack de NVIDIA agrupan docenas de GPU en una única unidad interconectada precisamente porque una mayor integración mejora el rendimiento del entrenamiento, y esa integración es lo que hace que el consumo de energía aumente de forma tan significativa. Los 132 kW del NVL72 son una ventaja, no un inconveniente. Es el resultado directo de agrupar 72 GPU (entre otros componentes) en un único rack para minimizar la latencia entre ellas.

Vertiv prevé que la densidad de IA a nivel de rack aumentará de unos 50 kW a 1 megavatio entre 2024 y 2029. Que todos los operadores necesiten un rack de un megavatio es otra cuestión.

Esto es lo que no se discute: la trayectoria. Cada generación de GPU de NVIDIA ha salido al mercado con un consumo energético por rack superior al de la anterior, y el diseño de las instalaciones tiene que adaptarse a esa hoja de ruta. 

El resultado es un mercado que se divide en dos niveles. 

Por un lado, los hiperescaladores y los proveedores de coubicación especializados en IA compiten por alcanzar racks de potencia de tres dígitos en kilovatios. Por otro lado, están los centros de datos empresariales tradicionales, que siguen situándose en el rango de los 8-9 kW, sin motivos a corto plazo para cambiar.

¿Qué implica el aumento de la densidad para la infraestructura de los centros de datos?

La refrigeración por aire tiene un límite máximo, y la mayoría de los operadores ya se encuentran cerca de él.

Los sistemas de refrigeración por aire perimetrales y en fila suelen perder eficacia a partir de unos 30 kW por rack. A partir de ese punto, mover suficiente aire a la velocidad necesaria para extraer el calor del armario deja de ser físicamente viable. 

Por eso, la refrigeración líquida directa al chip ha pasado de ser una solución de nicho a convertirse en el tema habitual de conversación para cualquier densidad superior a 30 kW. Actualmente representa aproximadamente el 22% de las soluciones de refrigeración entre los operadores encuestados, una cifra que se ha mantenido estable durante dos años consecutivos, a pesar de que el 61% de los operadores afirma que se plantearía adoptarlo.

Esa brecha entre el aumento de la demanda y la estagnación de la adopción es la verdadera clave en lo que respecta a la infraestructura y la densidad de potencia. La tecnología está probada, pero la adaptación de la distribución eléctrica, las instalaciones de fontanería y el soporte estructural en una instalación ya existente es un proceso lento y costoso.

Ten en cuenta que la refrigeración híbrida, que utiliza refrigeración por aire en las zonas de baja densidad de potencia y refrigeración líquida en las de alta densidad de potencia, es el enfoque predominante. Esto hace que sea aún más importante comprender la densidad de potencia del centro de datos, para que puedas diseñarlo con el enfoque de refrigeración óptimo. 

Una mayor densidad también reduce la vida útil de la infraestructura construida a su alrededor. Las unidades de distribución eléctrica, los conductos de alimentación y los sistemas de refrigeración, dimensionados para una media de 10 kW, no soportan sin problemas un rack de 130 kW. Se sustituyen, no se actualizan.

Esto tiene consecuencias directas en los ciclos de renovación: el hardware que se basa en las hipótesis de densidad de ayer queda obsoleto más rápido de lo que prevé su plan de amortización, y se retira del servicio de forma masiva cuando una instalación da finalmente el salto a los racks de última generación.

Cuando una instalación se moderniza para dar cabida a racks de mayor densidad, los servidores, las PDU y los equipos de refrigeración dimensionados para la densidad anterior no se reutilizan. Se retiran del servicio, normalmente en grandes cantidades y, por lo general, en un plazo más ajustado de lo que nadie había presupuestado. Si esa transición forma parte de tu plan de acción, Servicios de desmantelamiento de centros de datos de exIT gestionar la logística, la cadena de custodia y la eliminación de datos precisamente para ese tipo de traspaso de infraestructuras a gran escala.