Con oltre 100 rack, decine di migliaia di core e un numero crescente di GPU dedicate a HPC e intelligenza artificiale, il Green Data Center dell’Università di Pisa mette a disposizione della comunità accademica un’infrastruttura di calcolo ad alta densità. Una capacità di questo livello comporta una significativa produzione di calore e rende necessario adottare soluzioni di raffreddamento efficienti e sostenibili. La struttura è inoltre l’unico data center universitario italiano ad aver ottenuto la classificazione “A” da AgID, riconoscimento che attesta elevati standard di qualità, affidabilità e sicurezza dell’infrastruttura digitale.
In questo contesto, il Green Data Center (GDC) ha avviato negli ultimi anni una progressiva evoluzione verso architetture di raffreddamento a liquido, con particolare attenzione ai sistemi direct-to-chip (DTC), oggi considerati tra le soluzioni più efficaci per coniugare alte prestazioni ed efficienza energetica.
Il raffreddamento direct-to-chip
Nei sistemi DTC il calore viene trasferito direttamente dal package del processore al circuito idraulico attraverso cold plate dedicati, spesso basati su microcanali. Ogni server integra un circuito locale collegato tramite raccordi “dripless” a una Cooling Distribution Unit (CDU), che gestisce pompaggio, filtrazione, sensoristica e scambio termico verso il circuito dell’impianto.
Il Facility Water Loop alimenta le CDU ed è connesso a chiller, dry-cooler e sistemi di free cooling. Tra i parametri più critici rientrano la temperatura del fluido in ingresso (da mantenere sopra il punto di rugiada), la portata e il ΔT per nodo, la resistenza termica tra chip e cold plate, la pressione disponibile e la qualità chimico-fisica del fluido.
Al GDC di Pisa, CDU industriali come Vertiv XDU consentono il controllo centralizzato, la ridondanza e l’integrazione con i sistemi di supervisione dell’impianto.
Le scelte per la sostenibilità
L’introduzione del liquid cooling è avvenuta anche in un contesto preesistente, inizialmente progettato per il raffreddamento ad aria. Sono state adottate soluzioni tecnologiche che hanno permesso l’integrazione dei nuovi sistemi senza compromettere l’operatività della struttura.
Parallelamente, il GDC ha introdotto sistemi di calcolo di ultima generazione, tra cui Lenovo Neptune e Dell XE, capaci di garantire fino al 40% di riduzione dei consumi energetici a parità di prestazioni. L’Università di Pisa è stata tra le prime in Europa ad adottare queste tecnologie in ambito universitario.
Il passaggio al liquid cooling è diventato strategico con l’aumento della densità computazionale: mentre le architetture esclusivamente ad aria incontrano limiti oltre i 30 – 40 kW per rack, i nodi HPC e AI di nuova generazione possono superare i 100 – 300 kW per rack. In questi scenari, il raffreddamento a liquido consente di mantenere sotto controllo efficienza energetica (PUE) e costi operativi.
Monofase, bifase e micro-getti
Il GDC ha sperimentato diverse soluzioni.
Nei sistemi monofase, il fluido rimane nello stesso stato e il calore viene rimosso per convezione forzata: sono soluzioni robuste e adatte alla maggior parte dei data center fino a circa 150 kW/rack.
I sistemi bifase, invece, sfruttano la vaporizzazione locale del fluido per assorbire calore latente, garantendo maggiore stabilità termica e migliore gestione degli hotspot, in particolare in presenza di package superiori al kilowatt o architetture AI ad altissima densità. Al GDC sono state adottate anche soluzioni bifase dielettriche, che permettono elevate prestazioni e isolamento elettrico.
Tra le tecnologie sperimentate figurano inoltre sistemi a micro-getti (micro-jet impingement), come JetCool, che utilizzano ugelli micrometrici per raffreddare in modo estremamente localizzato le aree più critiche del chip, riducendo la resistenza termica e migliorando lo scambio di calore nei nodi HPC e AI più densi.
Integrazione e gestione operativa
L’esperienza del Green Data Center ha evidenziato come l’adozione del liquid cooling richieda un’integrazione stretta tra team IT e facility management. Commissioning accurato, monitoraggio continuo tramite sistemi BMS/DCIM, controllo della qualità dei fluidi e manutenzione programmata sono elementi fondamentali per garantire affidabilità e sicurezza.
Superata una certa densità di calcolo, il liquid cooling non rappresenta solo un’evoluzione tecnica, ma una scelta strutturale per la sostenibilità delle infrastrutture digitali.
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