Tiga Generasi Pendinginan Pusat Data—Dan Mengapa Sebagian Besar Operator Membangun Infrastruktur Lama

Tiga tahun lalu, industri pusat data memperdebatkan perlu tidaknya pendinginan cair. Dua tahun lalu, sebagian besar operator meyakini air fase tunggal akan menjadi solusinya. Kini, fasilitas-fasilitas terkemuka beralih ke arsitektur pendinginan generasi berikutnya, sementara banyak bangunan baru masih menggunakan sistem yang akan usang dalam beberapa tahun.

Divergensi ini didorong oleh fisika dan peta jalan prosesor yang sudah terlihat hingga tahun 2027. Bersama-sama, keduanya menciptakan perpecahan antara operator yang memahami bahwa pendinginan memasuki era arsitektur baru dan mereka yang mungkin segera menyadari bahwa mereka telah menginvestasikan ratusan juta dalam infrastruktur yang tidak dapat mendukung gelombang prosesor AI berikutnya.

Tiga Generasi Pendinginan

Pendinginan pusat data telah berkembang melalui tiga era arsitektur yang berbeda, masing-masing ditentukan oleh serangkaian kendala baru yang harus diatasi dan oleh kepadatan rak yang memerlukan dukungan ekonomi.

• Generasi 1: Pendinginan Udara (2000–2023): Puncaknya pada 10–15 kW per rak. Ekonomi mulai menurun sekitar tahun 2020 karena beban kerja AI melebihi 20 kW. Pada tahun 2023, pendinginan udara sebagian besar sudah tidak relevan lagi untuk penerapan baru dengan kepadatan tinggi.

• Generasi 2: Cairan Fase Tunggal (2020–2027): Pendekatan pendinginan cairan awal. Menggunakan air atau PG25 dengan laju alir tinggi untuk menghilangkan panas akibat perubahan suhu. Layak digunakan pada daya 20–120 kW per rak, tetapi menunjukkan regangan di atas 150 kW. Diperkirakan akan mencapai batas praktisnya pada tahun 2027 seiring prosesor melampaui daya 2,000 W.

• Generasi 3: Dua Fase + Penolakan Panas Canggih (2024–2035+): Menggunakan refrigeran yang menyerap panas melalui perubahan fase, alih-alih perubahan suhu. Dapat ditingkatkan dari 150 kW dan lebih per rak. Memungkinkan strategi penolakan panas baru dari chip hingga atmosfer. Sudah digunakan oleh operator terkemuka dan diperkirakan akan mendominasi pada tahun 2027–2028.

Setiap transisi menandai titik puncak—ketika fisika dan ekonomi mencapai batasnya secara bersamaan.

Masalah Fisika Generasi 2

Penerapan Generasi 2 gelombang pertama mulai mengungkap batasan pendinginan fase tunggal.

Sistem berbasis air membutuhkan laju aliran sekitar 1.5 liter per menit per kilowatt. Rak 120 kW membutuhkan sekitar 180 liter per menit; pada 250 kW, laju alirannya melonjak menjadi 375 liter per menit melalui pelat dingin dengan lubang yang diukur dalam milimeter.

Di GTC tahun ini, rak-rak yang terhubung ke saluran seukuran selang pemadam kebakaran membuat tantangannya terlihat jelas. Laju aliran yang tinggi menciptakan masalah berjenjang. Air yang bercampur glikol mengoksidasi struktur bersirip mikro, dan korosi diperparah oleh kecepatan aliran yang mengikis sirip yang melemah. Tuntutan perawatan mengejutkan banyak operator: penggantian filter bulanan, bukan triwulanan atau dua kali setahun, pemantauan kimia yang konstan, dan "kantong infus" glikol yang terpasang pada rak.

Tingkat kegagalan juga mengkhawatirkan. Data lapangan internal menunjukkan sekitar 4% GPU berpendingin air mengalami kegagalan selama siklus hidup tiga tahun akibat kebocoran. Dengan rak yang menampung peralatan senilai $3–5 juta, kerugian tersebut secara fundamental menghancurkan ekonomi Generasi 2.

Analisis fasilitas 10MW oleh Teknik Jacobs Hal ini juga menyoroti inefisiensi lainnya. Sistem fase tunggal membutuhkan suhu air yang lebih dingin dibandingkan sistem Generasi 3. Suhu air yang lebih dingin yang dibutuhkan oleh Generasi 2 meningkatkan kebutuhan kapasitas pendingin dan konsumsi energi.

Apa yang Membedakan Generasi 3

Generasi 3 merepresentasikan pergeseran arsitektur yang sesungguhnya. Refrigeran dua fase menangkap panas melalui perubahan fase, mengurangi laju aliran hingga empat hingga sembilan kali lipat. Kecepatan fluida yang lebih rendah secara signifikan mengurangi beban infrastruktur, meminimalkan erosi pelat dingin, dan menghilangkan sebagian besar beban pemeliharaan yang mengganggu Generasi 2.

Refrigeran juga memungkinkan desain pembuangan panas baru—seperti sistem refrigeran-ke-CO₂ dan refrigeran-ke-refrigeran—yang mengoptimalkan pendinginan dari chip ke atmosfer. Desain-desain ini sudah dalam tahap produksi, menunjukkan skalabilitas dan efisiensi ekonomi Generasi 3.

Ketika Jacobs Engineering—yang bertanggung jawab atas lebih dari 80% desain MEP pusat data global—menciptakan model referensi 10MW berdampingan, mereka menghilangkan bias vendor dari perbandingan.

Temuan:

• CapEx: $10.39 juta fase tunggal vs. $10.38 juta fase dua

• OpEx Tahunan: $1.04 juta vs. $679 ribu (pengurangan 35%)

• TCO Lima Tahun: $15.6 juta vs. $13.8 juta (penghematan 12%)

Paritas CapEx mengejutkan banyak pihak yang mengharapkan premi untuk sistem dua fase. Sistem dua fase saat ini membutuhkan lebih banyak CDU, sementara desain fase tunggal membutuhkan manifold baris yang kompleks, deteksi kebocoran yang andal, dan filtrasi harmonik—kompleksitas yang dapat dihindari dengan CDU dua fase saat ini. CDU generasi berikutnya yang akan hadir pada tahun 2026 akan semakin mengurangi biaya, sehingga Generasi 3 menjadi lebih ekonomis untuk diterapkan.

Keunggulan OpEx berasal dari termodinamika. Sistem dua fase mempertahankan suhu chip yang identik meskipun menggunakan air fasilitas yang lebih hangat—rata-rata sekitar 8°C lebih tinggi. Setiap derajat yang dihemat mengurangi penggunaan energi tahunan sekitar 4%, yang menghasilkan pengurangan OpEx sebesar 35% yang didokumentasikan Jacobs di berbagai iklim, mulai dari Phoenix hingga Stockholm.

Operator yang berpikiran maju melangkah lebih jauh, mengonversi margin termal tersebut menjadi sekitar 5% kapasitas komputasi lebih besar dalam rentang daya yang sama. Di dunia di mana setiap GPU mewakili pendapatan dan daya terbatas, keunggulan tersebut menjadi pembeda yang kompetitif.

Peta Jalan Silikon Memaksa Masalah

Peralihan ke Generasi 3 tidak didorong oleh vendor pendingin—melainkan ditentukan oleh desain prosesor.

Arsitektur Rubin NVIDIA adalah diperkirakan akan melebihi 2,000W per prosesor. AMD MI450 berada di jalur yang sama. Setiap produsen chip besar mengemas performa yang lebih tinggi ke dalam ukuran yang lebih kecil, mendorong kepadatan termal meningkat tajam.

Tantangan utamanya adalah fluks panas—konsentrasi panas yang diukur dalam watt per sentimeter persegi. Seiring meningkatnya fluks panas, solusi Generasi 2 mencapai batas fisik dan ekonomi. Laju aliran menjadi destruktif, delta suhu tak tertahankan, dan biaya sistem menjadi tidak berkelanjutan.

Generasi 3 dirancang untuk menghadapi kenyataan ini. Operator-operator terkemuka sudah menetapkan spesifikasi rak 250 kW dengan jalur yang jelas menuju 1 MW+. Menunggu untuk "melihat apa yang menang" mungkin terasa konservatif, tetapi itu adalah pendekatan yang paling berisiko. Peta jalan silikon sudah pasti; fisika tidak akan berubah. Satu-satunya keputusan yang tersisa adalah kapan harus bertindak.

Dilema Brownfield

Miliaran dolar sedang diinvestasikan saat ini untuk infrastruktur Generasi 2 yang akan dibatasi dalam 36 bulan. Fasilitas yang dirancang saat ini dengan air fase tunggal akan kesulitan mendukung prosesor kelas 2027. Renovasi di kemudian hari akan jauh lebih mahal daripada membangun dengan Generasi 3 saat ini.

Untuk lokasi yang sudah ada, sistem refrigeran-ke-udara dapat berfungsi sebagai jembatan, tetapi bukan solusi jangka panjang. Arah industri ini jelas: arsitektur Generasi 3 akan menjadi jangkar bagi pembangunan baru pada dekade berikutnya.

Pilihan Generasi

Setiap transisi pendinginan tampak memadai hingga generasi berikutnya membuatnya usang. Operator yang mengadopsi pendinginan cair sejak awal—mengadopsinya pada tahun 2020–2021, alih-alih 2023—mendapatkan keuntungan penerapan hampir dua tahun.

Perubahan yang sama kembali terjadi. Fisika telah terbukti. Ekonomi telah divalidasi oleh analisis independen. Peta jalan prosesor membuat transisi ini tak terelakkan.

Pertanyaannya bukanlah apakah perubahan itu akan terjadi—melainkan apakah Anda akan memimpinnya atau dipaksa melakukannya setelah Generasi 2 mencapai batasnya.

Pusat data yang dirancang saat ini akan beroperasi dengan baik hingga tahun 2030-an. Membangun dengan arsitektur Generasi 3 memastikan pusat data tetap layak untuk era AI, alih-alih menjadi aset yang terbatas sebelum stabil.

Masa depan pendinginan pusat data adalah transformasi generasi—dan Generasi 3 sudah ada di sini.