¿Podría la refrigeración por plasma encontrar su lugar en los centros de datos?

Aunque la industria de los centros de datos se centra actualmente en la refrigeración líquida directa al chip, la mayor parte del mundo aún utiliza refrigeración por aire. Miles y miles de servidores siguen equipados con ventiladores que impulsan aire frío hacia las CPU y expulsan aire caliente de ellas.

Y aunque las GPU de última generación han llegado al punto en que la refrigeración por aire ya no es factible, la refrigeración por aire sigue siendo la norma para muchas cargas de trabajo de menor densidad y seguirá siéndolo durante los próximos años.

La startup española YPlasma quiere ofrecer un sustituto para los ventiladores de los servidores que podría aumentar la eficiencia y la fiabilidad de la refrigeración por aire. Esta tecnología utiliza campos electrostáticos para convertir la corriente eléctrica en flujo de aire.

Lanzada en 2024, la empresa es una escisión del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), la agencia espacial española dependiente del Ministerio de Defensa, y descrita por el director general de YPlasma, David García, como la NASA de España.

La tecnología de la empresa madrileña utiliza actuadores de plasma, que, según afirma, permiten un control preciso del flujo de aire iónico. Si bien el interés por los actuadores de plasma se remonta a la Guerra Fría, su uso en laboratorios se remonta a la década de 1990, cuando se utilizaron para mejorar la aerodinámica.

El actuador de la empresa se denomina Descarga de Barrera Dieléctrica (DBD) y está compuesto por dos finas tiras de electrodos de cobre, una de ellas recubierta de un material dieléctrico como el teflón. Los actuadores pueden tener un grosor de entre 2 y 4 mm.

Al aplicar alto voltaje, el aire alrededor del actuador se ioniza, creando plasma justo por encima de la superficie dieléctrica. Esto puede producir un flujo de aire laminar controlable de partículas cargadas, conocido como viento iónico, que puede utilizarse para soplar aire frío a través de los componentes electrónicos.

La dirección y la velocidad se pueden controlar modificando el voltaje que pasa por los electrodos. García afirma que el viento iónico del actuador puede alcanzar velocidades de hasta 40 km/h, o unos 10 metros por segundo.

La tecnología de INTA se desarrolló inicialmente con fines aerodinámicos, mientras que YPlasma se centró inicialmente en turbinas eólicas. Los actuadores permiten impulsar el aire de forma más uniforme sobre las palas de la turbina, generando así más energía.

En el sector de TI, la empresa está considerando usar sus actuadores para impulsar el aire a través de los chips, eliminando así la necesidad de ventiladores. Esto podría ahorrar espacio y energía, ofreciendo mayor confiabilidad que los sistemas con ventiladores, y eliminar las vibraciones, lo que podría aumentar la vida útil del hardware. La empresa afirma que sus actuadores DBD pueden igualar o incluso superar la capacidad de disipación de calor de los ventiladores pequeños.

Este viento iónico, según la compañía, también elimina el aire de la capa límite de los componentes electrónicos, lo que permite una mejor disipación del calor, lo que resulta en una convección térmica natural combinada con la convección forzada del flujo de aire sobre los chips. La refrigeración, según la compañía, también puede ser más uniforme, eliminando los puntos calientes.

YPlasma está trabajando actualmente con Intel y Lenovo para estudiar el uso de su tecnología de plasma en computadoras portátiles y estaciones de trabajo, pero cree que también podría tener utilidad dentro del espacio de los servidores.

Intel ha estado explorando el viento iónico en la refrigeración de chips desde al menos 2022. Anteriormente, en asociación con la Universidad de Purdue en Indiana, el gigante de los chips ha presentado patentes para un disipador de calor de enfriamiento de plasma que utilizaría un flujo de gas impulsado por plasma para enfriar dispositivos electrónicos.

«Teníamos curiosidad por saber si podíamos proporcionar capacidad de refrigeración a la industria de semiconductores», dice García. «Así que contactamos con Intel. Intel lleva años investigando la refrigeración por plasma, o viento iónico, así que teníamos la misma opinión, y nos preguntaron si podíamos desarrollar un actuador para aplicaciones portátiles que refrigerara una CPU».

«Empezamos a trabajar con Intel en agosto de 2024 y desarrollamos un prototipo final en enero», añade. «En mayo o junio, estaremos listos para implementarlos en portátiles reales».

Actualmente, YPlasma busca un socio para el proyecto que inicie el desarrollo y las pruebas de productos basados en servidores. García ha estado en conversaciones con posibles colaboradores, pero aún no ha conseguido un socio para el proyecto.

«Hemos estado explorando este campo y nos hemos dado cuenta de que cada semana podemos reducir considerablemente la demanda en las aplicaciones», continúa. «Hemos visto que podemos lograr mayores niveles de disipación de calor. Y nuestro objetivo es evaluar si esta tecnología puede ser útil en la industria de los centros de datos. Quizás no en las aplicaciones más exigentes donde se requiere refrigeración líquida, pero sí en algunas aplicaciones intermedias donde podemos reemplazar los ventiladores».

En una charla en la Cumbre OCP EMEA en Dublín en abril, YPlasma presentó sus objetivos en el espacio de los centros de datos, diciendo que ha estado colaborando con «una de las principales empresas de la industria de semiconductores» y que hasta ahora «se han superado todas las expectativas», con el sistema mostrando un mejor rendimiento que un ventilador de refrigeración normal.

En pruebas preliminares, la compañía afirma que sus actuadores han logrado igualar o incluso superar el rendimiento de refrigeración de un ventilador de 80 mm con una carga térmica de 10 W. Los actuadores también pueden funcionar con menos de 0,05 W, lo que requiere menos energía que un ventilador. Un video de prueba en el sitio web de la compañía muestra un chip enfriándose desde 84°C hasta 49°C.

Además de las ventajas generales de refrigeración, YPlasma afirma que su tecnología ofrece ventajas adicionales para las empresas de centros de datos. La empresa afirma que los recubrimientos de plasma pueden proporcionar una barrera contra la corrosión y la oxidación, protegiendo los componentes de la humedad y otros contaminantes ambientales en entornos industriales o de alta humedad, donde los equipos están más expuestos a condiciones adversas.

El plasma, añade, puede eliminar eficazmente contaminantes como polvo, aceites y residuos orgánicos sin contacto físico ni productos químicos agresivos. En implementaciones Edge con polvo y suciedad, como minas o fábricas, los servidores podrían beneficiarse de menos ventiladores y un aire más limpio circulando por los sistemas.

Más allá de los propios servidores, YPlasma cree que su tecnología podría tener aplicación en el sistema de climatización (HVAC). Al ionizar el gas dentro de los intercambiadores de calor, se podría mejorar el coeficiente de transferencia de calor.

El sistema también puede producir calor en lugar de aire frío, lo que podría utilizarse como un tipo de anticongelante; García dice que puede generar calor hasta 300°C.

Otro uso potencial, sugiere la compañía, es crear agua activada por plasma, que puede tener un mejor coeficiente de transferencia de calor que el agua convencional en sistemas de refrigeración líquida. La investigación en este campo continúa. En el futuro, la compañía afirmó que será posible combinar actuadores con algoritmos de IA, lo que permitirá optimizar el control del flujo de aire en tiempo real, adaptándose automáticamente a las condiciones cambiantes.

Los inversores en YPlasma incluyen a SOSV/HAX y Esade Ban, que contribuyeron a rondas de financiación inicial por un total de 1,1 millones de euros en 2024. Otros inversores incluyen Collider de MWC y Commercialisation Gateway de la Agencia Espacial Europea.

García fue anteriormente director ejecutivo de Quimera Energy Efficiency, empresa que utiliza software para reducir la demanda energética en el sector hotelero, y de la firma de realidad virtual inmersiva Kiin. La empresa ha cerrado recientemente otra ronda de financiación de 2,5 millones de euros.

Aunque Intel lleva años explorando este campo, no es la única empresa que ha considerado la refrigeración por plasma para la electrónica. Apple presentó una patente para un sistema de refrigeración por viento iónico en 2012, pero no está claro si la empresa llegó a desarrollar la idea. Tessera, una empresa de empaquetado de chips que posteriormente cambió su nombre y se escindió en Xperi Inc. y Adeia, realizó una demostración de la refrigeración por viento iónico para una computadora portátil en 2008 junto con la Universidad de Washington.

YPlasma no es la única empresa que actualmente está considerando el plasma para la refrigeración, y podría desatarse una carrera por comercializar esta tecnología. Ionic Wind Technologies, una filial de los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales (Empa), también está estudiando el desarrollo de su propio amplificador de viento iónico que podría utilizarse para la refrigeración de chips.

Un producto más grande que el de YPlasma y desarrollado para deshidratar fruta, la empresa afirma que sus electrodos de punta de aguja, hechos a medida, alcanzan velocidades de flujo de aire hasta el doble que los electrodos convencionales y consumen menos energía. El programa de financiación de empresas derivadas Venture Kick y la Fundación Gebert Rüf brindan apoyo financiero a la empresa derivada Empa como parte del programa InnoBooster para que el producto alcance su madurez comercial.

“Fabricamos los amplificadores de flujo de aire nosotros mismos y queremos vender componentes en el futuro. Sin embargo, como tenemos patentes y otras ideas, también podría ser viable un modelo de licencia”, declaró el fundador de Ionic Wind, Donato Rubinetti, en el anuncio de lanzamiento de la compañía a principios de 2025. “Veo potencial allí donde sea necesario mover aire con una pequeña diferencia de presión. En el futuro, sin embargo, sobre todo en la refrigeración de ordenadores, servidores o centros de datos”.

Mientras tanto, García de YPlasma dice que una vez que la compañía encuentre un socio centrado en servidores con el cual colaborar, podría tener un prototipo funcional en una aplicación específica dentro de seis meses.

“Solo necesitamos entender cuáles son los requisitos que queremos cumplir”, dice. “Es fácil de construir; tenemos mucha experiencia en pruebas”.

Si bien podría ser beneficioso en algunos escenarios, la compañía admite que su tecnología no será aplicable a todos los chips de un centro de datos. Por ejemplo, no pretende competir con las densidades que la refrigeración líquida está diseñada para refrigerar, pero puede ayudar a eliminar los ventiladores en algunas aplicaciones refrigeradas por aire.

«Nunca vamos a tener la capacidad de eliminar tanto calor como el enfriamiento líquido o por inmersión», dice García, «pero creo que hay mucho calor que podemos eliminar sin esas tecnologías».

(datacenterdynamics.com)

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