La eficiencia energética en tiempos de la IA

[14/03/2024] La inteligencia artificial está presionando a la industria de los centros de datos y lo hace por un lado muy sensible: el uso de la energía eléctrica. Las cargas de trabajo de inteligencia artificial (IA) son más demandantes de este escaso recurso y, por ello, hoy se ha hecho fundamental el uso eficiente de la energía. Desde hace años existen formas de medir esta eficiencia y maneras de mejorarla; sin embargo, ahora se está recurriendo a nuevas herramientas y a soluciones innovadoras.

El clásico aire acondicionado sigue siendo una de las herramientas fundamentales para los centros de datos, pero también un elemento que consume mucha de la energía en el centro; por ello no es de extrañar que la mejora en la eficiencia energética pase por la mejora del enfriamiento con elementos nuevos o con la simple mejor disposición de los ya existentes. Incluso se propone el uso de líquidos para mejorar el enfriamiento de los procesadores y mejorar la eficiencia del uso de la energía. Nos encontramos en el inicio de una serie de nuevas tendencias en el campo.

La eficiencia

El uso eficiente de la energía eléctrica en los centros de datos siempre ha sido uno de los temas de más estudio dentro de la industria, tanto que incluso tiene parámetros para medirla. Y de entre ellos, el más usado y conocido es el PUE o Power Usage Effectiveness, es decir, la efectividad en el uso de la energía eléctrica. Básicamente, se obtiene dividiendo el total de la energía proporcionada a un centro de datos entre la cantidad de energía que efectivamente llega a la infraestructura informática.

Si toda la energía que se proporciona a un centro de datos llegara a la infraestructura de TI el PUE sería de 1. Obviamente, eso nunca va a suceder. Dentro del centro de datos se encuentran una serie de otros dispositivos que soportan el funcionamiento del sitio como los UPS, los dispositivos de monitoreo y, especialmente, el sistema de aire acondicionado.

"El core de un centro de datos es el procesamiento de datos, con lo cual la eficiencia se puede entender como cuánta energía estamos destinando a procesar datos, y cuánta energía estamos destinando a todos los servicios auxiliares. [...] Todo es necesario, pero mientras menos energía gastemos en esa parte, más podemos dedicar al procesamiento de datos y eso es lo que hace a la eficiencia en un centro de datos”, señala Jerónimo Lucca, business development manager de Digitalización en la región Latam de Eaton CPDI (Energía Crítica e Infraestructura Digital).

Lo que generalmente se encuentra en un centro de datos promedio es un PUE que va de 1,4 a 1,5, en el diseño; en la vida real se encuentran entre 1,8 y 1,9.

Las diferencias en la eficiencia entre un centro y otro se pueden encontrar en diversos factores, pero en general se puede decir que mientras más dependa la compañía de su centro de datos, más medidas tomará para mejorar su eficiencia. Es por ello por lo que no es de extrañar que se pueda encontrar mayores eficiencias en los centros de datos que se dedican al negocio de proveer servicios de centros de datos, mientras que los centros de datos de una firma, un in house, probablemente, tiene menos medidas de eficiencia y, por consiguiente, es menos eficiente. Eso en líneas generales.

"Un centro de datos que mira mucho la conectividad nunca va a ser tan eficiente como un centro que trabaja con cargas de alta densidad, porque el trabajo que se exige a ese centro de datos es distinto”, sostiene Francisco Degelo, business development manager Data Center Latam de Vertiv.

De alguna forma, y en base a los recursos a los que tengan acceso, todos los centros de datos buscan mejorar su eficiencia energética, y para ello acuden a una serie de herramientas y prácticas que son las más populares en la industria. Y dado que el enfriamiento es uno de los elementos que más consume energía dentro de un centro de datos -se estima que hasta un 60%-, no es de extrañar que muchas de estas herramientas y prácticas apunten hacia este componente.

Uno de ellos es el diseño del centro de datos. La mejor forma de ahorrar energía, especialmente la dedicada a la refrigeración, es diseñar el centro de datos para que pueda aprovechar al máximo el lugar donde se encuentre. Algo tan simple como la localización del centro de datos puede ayudar a reducir el gasto en energía de enfriamiento. Por ejemplo, en Europa las temperaturas del exterior del centro de datos son, en gran parte del año, menores a las del interior. Colocar el centro de datos en un lugar frío, entonces, puede ayudar a reducir el gasto en enfriamiento, simplemente se puede usar la temperatura exterior. Eso es lo que se llama free cooling.

Entonces, ¿por qué no colocar todos los centros de datos en lugares muy fríos, como Alaska? Hay factores a considerar.

"Para poner un centro de datos en marcha se necesita un sistema de aclimatación, pero también se necesita un sistema de suministro de energía eléctrica. En Alaska, por ejemplo, no hay gran disponibilidad para eso”, enfatiza Degelo.

Además, hay otros factores a considerar. Por ejemplo, un centro de datos no se puede encontrar muy lejos de la zona a la que va a servir. Un centro de datos debe tomar en consideración la latencia que se va a producir al servir a sus clientes; se estima que, por lo general, no debe ser mayor a 20 milisegundos, lo cual significa que el centro de datos no puede estar a más de 400 o 500 kilómetros de la zona a la que sirve.

Además, también se debe considerar la mano de obra; es probable que no muchas personas deseen ir a trabajar a lugares muy lejanos y fríos. Por último, también se debe pensar en las consideraciones legales que existen en algunos países: los centros de datos con datos personales de la población puede que no puedan operar fuera del país al que sirven.

Eso en cuanto a la localización del centro de datos.

Pero el diseño también implica la forma en la que están dispuestos los componentes al interior del propio centro, y en este campo también hay mucho por tomar en cuenta.

"En un centro de datos no solamente vamos a colocar equipos activos, sino vamos a tener también otra clase de componentes tales como gabinetes, bandejas en el techo o mazos de cables, los cuales tienen el potencial muy grande de alterar o incluso bloquear el flujo regular de enfriamiento que tienen los sistemas de aire acondicionado”, indicó Pablo Huapaya, gerente de cuentas Perú en Panduit.

Todos estos problemas se deberían de contemplar desde el diseño del centro de datos y, de hecho, se hace. Los inconvenientes surgen cuando el centro de datos crece debido al crecimiento de las demandas del negocio. Es entonces que se incorporan más gabinetes, más cables y más elementos que podrían terminar realizando los bloqueos de los flujos de aire que menciona Huapaya.

"Hemos ido a centros de datos donde hay frío y el gabinete tiene puerta de vidrio, el frío nunca va a entrar al gabinete porque la puerta era de vidrio. Y es muy seguro que ese gabinete no lo ha puesto ahí el que lo diseñó, fue algo que ocurrió en el camino durante la parte de operación”, añadió Huapaya.

Para evitar estos inconvenientes, el ejecutivo recomienda realizar una evaluación relacionada con el estado actual de la infraestructura del centro de datos, para identificar aquellos componentes que pudieran obstruir o bloquear el flujo regular de aire frío y el retorno del aire caliente.

También aconseja la incorporación de sensores de temperatura y humedad al interior de los gabinetes, para comprobar que realmente se enfrían los interiores de los gabinetes; y llevar a cabo un estrategia de zonificación; es decir, establecer sistemas de contenciones de pasillos fríos y calientes que lo que hacen es garantizar que el aire frío de los sistemas de enfriamiento esté concentrado en las zonas donde tiene que dar servicio a los equipos de TI, y no se difunda, ni se distribuya a lo largo de todo el centro de datos, donde probablemente hay zonas que no requieren de un enfriamiento.

La inteligencia artificial

El diseño no es el único campo en el cual se puede buscar la mejora en la eficiencia energética, también se puede hacer uso de tecnologías nuevas.

"Con el uso de la inteligencia artificial existe un incremento en la demanda y eso también ha aumentado el consumo de la energía y obliga a ser más eficiente, porque los centros de datos siguen creciendo en el mundo”, anota Martín Vela, gerente regional de Perú, Ecuador y Bolivia de Hitachi Vantara.

De hecho, la inteligencia artificial ha empujado a las compañías con centros de datos a buscar nuevas alternativas tecnológicas. Una de ellas es el liquid cooling o enfriamiento mediante líquidos.

"Antes podíamos pensar que un rack podría tener hasta 3 kW de carga; pero hoy debido a las aplicaciones de inteligencia artificia,l podemos hablar de más de 50 kW por rack. Con lo que tenemos hoy como tecnología eso ya no se permite más por el tema de la alta densidad”, explica Marcio Kenji, gerente del Segmento de Cloud & Service Provider para SAM de Schneider.

El liquid cooling es la respuesta de la industria al incremento en las cargas de trabajo de inteligencia artificial, y básicamente lo que se propone es utilizar líquidos para enfriar el servidor o, directamente, el procesador. En una versión del liquid cooling se sumerge la totalidad del servidor en un líquido para enfriarlo, mientras que en otra se incorpora una tubería que se dirige directamente hasta el procesador para enfriarlo mediante un líquido. Obviamente, en esta segunda opción, es necesario contar con la ayuda de los fabricantes de servidores.

Cuando se utiliza el liquid cooling se pasa de PUEs de 1,4 o 1,3 a un PUE de 1,05. Aunque, claro, no todo se puede pasar a esta nueva tecnología.

Y aunque es la inteligencia artificial la que ha demandado más energía a los centros de datos; también puede ser una aliada, ya que ayuda con el monitoreo del centro de datos.

"Si antes el monitoreo se hacía con automatización, hoy al utilizar inteligencia artificial va a ser más eficiente ese monitoreo y control para poder hacer una regulación en tiempo real y eso contribuye con la eficiencia en general en un centro de datos”, agrega Vela.

Otros elementos

Se ha hablado mucho del enfriamiento, pero este no es el único elemento. Dentro de los centros de datos se pueden encontrar UPS que también pueden colaborar con mejorar la eficiencia en el uso de la energía. Por supuesto, el que se hable poco de ellos se debe a que son dispositivos que han alcanzado niveles de eficiencia muy altos, pueden ir desde un 89% de eficiencia hasta un 97% de eficiencia. Pero también pueden mejorar.

"La eficiencia en un UPS depende del nivel de carga; es decir, podemos diseñar un centro de datos que va a operar a dos megavatios, pero el primer año está operando al 20% de su carga. Tenemos sistemas, que son un conjunto de hardware y software, que permiten desactivar automáticamente algunos módulos para que solo los que sean necesarios respalden la carga”, indicó Roberto Icochea, senior sales engineer de Eaton CPDI (Energía Crítica e Infraestructura Digital).

Entonces, hay muchas alternativas en el mercado y todas, al final, terminan dependiendo de un último factor a considerar: la cultura. Si es que en la empresa o el centro de datos no se tiene la cultura del orden y el mantenimiento, va a ser poco lo que las tecnologías antes señaladas puedan hacer. Hacer un uso eficiente de la energía es en gran medida una práctica que se sustenta en la cultura de la organización.

"No tiene sentido un buen diseño con una buena tecnología, si se tiene una utilización mala de esa tecnología, con malos ajustes y sin mantenimiento ni limpieza de filtros del aire acondicionado, por ejemplo”, finaliza Degelo.

Jose Antonio Trujillo, CTOPerú