Arrefecimento para Clusters de GPU: Ar vs Líquido vs Imersão — Números Reais
Em 2026, os clusters de GPU tornaram-se a base do treino de modelos de IA, da modelação científica e da análise de dados em larga escala. Um único rack com oito aceleradores NVIDIA H100 ou equivalentes pode ultrapassar facilmente os 10–12 kW, enquanto racks densos dedicados a IA já superam 80–120 kW. Nestes níveis de potência, o arrefecimento deixa de ser um detalhe secundário de engenharia e passa a ser uma limitação estrutural do projeto. A escolha entre arrefecimento avançado a ar, arrefecimento líquido direto ao chip e sistemas de imersão total afeta diretamente o investimento inicial, os custos operacionais, a eficiência energética e a fiabilidade a longo prazo. Este artigo analisa as três abordagens dominantes com base em dados atuais do setor.
Arrefecimento Avançado a Ar: Limites do Design Tradicional de Data Centers
O arrefecimento a ar continua a ser a solução mais comum nos data centers existentes. Instalações modernas de alto desempenho utilizam contenção de corredores quentes ou frios, ventiladores de alta pressão estática e permutadores de calor traseiros. Em 2026, um rack bem otimizado com arrefecimento a ar suporta normalmente entre 20–30 kW sem alterações estruturais profundas. Com gestão agressiva do fluxo de ar e sistemas in-row, alguns operadores atingem 40–50 kW por rack, mas este valor aproxima-se do limite prático em ambientes convencionais.
Do ponto de vista da eficiência, instalações dedicadas a IA com arrefecimento a ar apresentam geralmente um PUE entre 1,3 e 1,6, dependendo do clima e do uso de free cooling. O consumo energético dos ventiladores pode representar 5–10% da carga total de TI em ambientes densos com GPUs. À medida que a densidade por rack ultrapassa os 40 kW, a necessidade de fluxo de ar aumenta de forma desproporcional, elevando o ruído, o desgaste mecânico e o risco de distribuição térmica desigual.
À primeira vista, o investimento inicial pode parecer inferior, sobretudo quando se reutilizam infraestruturas existentes. No entanto, adaptar uma instalação para suportar racks acima de 40 kW exige frequentemente reforço da distribuição elétrica, novas unidades CRAC e sistemas de contenção. Considerando também a menor densidade por metro quadrado — que implica mais racks para a mesma capacidade — o custo total por kW pode tornar-se menos competitivo em projetos de IA de grande escala.
Onde o Arrefecimento a Ar Continua a Ser Adequado
O arrefecimento a ar mantém-se viável em clusters de IA de menor escala, laboratórios de investigação e ambientes de edge computing onde a densidade não excede 25–30 kW por rack. Nestes cenários, a rapidez de implementação e a compatibilidade com infraestruturas existentes podem ser fatores decisivos.
Em regiões de clima frio, o uso intensivo de ar exterior reduz significativamente os custos operacionais. Em partes do Norte da Europa, por exemplo, é possível utilizar economização de ar durante grande parte do ano, reduzindo o consumo energético associado ao arrefecimento em 20–30% comparativamente a regiões mais quentes.
Outra vantagem é a familiaridade operacional. Técnicos de data center possuem ampla experiência em otimização de fluxo de ar e manutenção de sistemas HVAC, não sendo necessário implementar monitorização de fluidos ou sistemas hidráulicos especializados.
Arrefecimento Líquido Direto ao Chip: Eficiência em Alta Densidade
O arrefecimento líquido direto ao chip tornou-se, em 2026, a solução predominante para clusters de IA de alta densidade. Neste modelo, placas frias são instaladas diretamente sobre GPUs e CPUs, removendo calor através de um circuito fechado de água ou água com glicol. Sistemas modernos suportam facilmente densidades entre 60–100 kW por rack, e projetos especializados ultrapassam 120 kW.
A capacidade térmica da água é milhares de vezes superior à do ar por volume, permitindo transportar muito mais calor com menor esforço energético. Como resultado, instalações com arrefecimento líquido direto registam frequentemente valores de PUE entre 1,1 e 1,25. O uso de ventiladores internos é reduzido, podendo o consumo energético associado à ventilação descer para menos de 5% da carga de TI.
Em termos de investimento, esta tecnologia implica custos iniciais superiores. Placas frias, unidades CDU, tubagens e sistemas de deteção de fugas aumentam o CAPEX. Em 2026, estima-se um acréscimo aproximado entre £700 e £1.200 por kW face a uma solução exclusivamente a ar. No entanto, a poupança energética e a maior densidade por rack tendem a compensar este diferencial num horizonte de 3–5 anos.
Realidade Operacional do Arrefecimento Líquido
Dados de operadores hyperscale indicam que os sistemas modernos de ligação rápida e circuitos selados reduziram as incidências de fugas para menos de 0,1% ao ano em grandes frotas. A correta instalação e testes de pressão são determinantes para alcançar estes níveis de fiabilidade.
As temperaturas típicas de fornecimento situam-se entre 25–35°C, com retorno até 45–50°C. Esta temperatura elevada de retorno facilita a reutilização do calor em redes de aquecimento urbano ou processos industriais, melhorando o desempenho energético global da instalação.
A complexidade operacional é superior à do arrefecimento a ar. É necessário monitorizar a qualidade do fluido, prevenir corrosão e garantir redundância de bombas. Ainda assim, os benefícios em ambientes densos com GPUs fazem desta a opção preferencial em novos data centers dedicados a IA.
Arrefecimento por Imersão: Máxima Densidade e Estabilidade Térmica
O arrefecimento por imersão consiste em submergir totalmente os servidores em fluido dielétrico, eliminando o fluxo de ar tradicional. Em 2026, sistemas monofásicos suportam densidades superiores a 100 kW equivalentes por rack, enquanto soluções bifásicas ultrapassam 150 kW em implementações especializadas. A uniformidade térmica é significativamente superior, uma vez que todos os componentes são arrefecidos de forma homogénea.
Em termos de eficiência, instalações bem projetadas alcançam valores de PUE entre 1,05 e 1,15. A ausência de ventiladores internos pode reduzir o consumo energético dos servidores em 10–15%. A eliminação de pontos quentes também contribui para menor throttling térmico e maior estabilidade sob cargas intensivas de treino de IA.
Contudo, esta abordagem exige investimento inicial mais elevado e adaptação operacional. Os fluidos dielétricos têm custo significativo e a infraestrutura baseada em tanques difere substancialmente dos layouts convencionais. A compatibilidade de hardware deve ser validada, embora o suporte por parte dos fabricantes tenha aumentado até 2026.
Compromissos Práticos dos Sistemas de Imersão
A gestão do fluido é fundamental para garantir desempenho estável a longo prazo. É necessário monitorizar níveis de contaminação e realizar filtragem periódica. Embora os fluidos modernos sejam estáveis e não condutores, exigem procedimentos rigorosos de manuseamento.
A manutenção difere dos ambientes tradicionais. A remoção de um servidor requer procedimentos específicos e equipamento de proteção adequado. Com formação apropriada, este processo torna-se rotineiro, mas representa mudança cultural significativa para equipas habituadas a racks convencionais.
O arrefecimento por imersão apresenta melhor retorno económico em clusters de IA extremamente densos, especialmente onde o espaço físico é limitado e os custos energéticos são elevados. Em ambientes de colocation ou projetos de retrofit, as restrições físicas podem limitar a sua adoção, apesar das excelentes métricas de eficiência.
