Alors que la demande en serveurs et en infrastructures informatiques ne cesse de croître, l’un des principaux défis consiste à refroidir les serveurs et les environnements des data centers. Un refroidissement efficace des data centers améliore les performances des serveurs et optimise l’ensemble des processus opérationnels. C’est pourquoi diverses méthodes de refroidissement ont été développées au fil des années.
Pourquoi le refroidissement des data centers est-il important ?
Les data centers abritent un grand nombre de serveurs utilisés à des fins diverses. Ces serveurs ont un point commun : leur charge de travail élevée, qui pousse leurs processeurs et leurs puces à dégager une quantité importante de chaleur.
Pour mieux le comprendre, pensez à votre ordinateur portable ou à votre ordinateur personnel. Lorsqu’il est sollicité au-delà de sa charge habituelle, remarquez avec quelle intensité le ventilateur fonctionne et combien de chaleur l’appareil produit.
Les serveurs étant souvent qualifiés de superordinateurs, ils produisent eux aussi beaucoup de chaleur. Si cette chaleur n’est pas évacuée, les performances des serveurs diminueront progressivement et ceux-ci ne pourront plus fonctionner aussi efficacement qu’auparavant. Un environnement comme un data center, qui héberge de nombreux serveurs, doit donc également disposer d’un système de refroidissement adapté.
Aujourd’hui, les systèmes de refroidissement sont devenus l’un des principaux critères pris en compte par les entreprises lorsqu’elles choisissent un data center. Compte tenu de leur importance pour les performances des serveurs, de nombreuses méthodes de refroidissement ont été mises au point pour les data centers. Certaines se sont révélées pratiques, d’autres non. Une chose est toutefois certaine : à mesure que l’utilisation des serveurs s’est intensifiée, le besoin de nouvelles technologies de refroidissement s’est lui aussi accru.
Méthodes de refroidissement des data centers
Plusieurs méthodes permettent de refroidir les data centers ; nous allons les examiner dans cette section.
Refroidissement par air
Cette méthode de refroidissement utilise des ventilateurs, des systèmes de climatisation, des bouches d’aération et d’autres équipements pour créer un flux d’air. Le refroidissement par air évacue l’air chaud produit à l’intérieur du data center et le remplace par de l’air frais. Il s’agit de l’une des méthodes les plus répandues, présente dans de nombreux data centers.
Par le passé, le refroidissement par air suffisait à répondre à de nombreux besoins. Aujourd’hui, cependant, les charges de travail ont augmenté en volume comme en intensité, si bien que cette méthode n’est plus forcément adaptée ni suffisamment efficace pour tous les data centers.
Le refroidissement par air est généralement utilisé pour les baies dont la densité de puissance est inférieure à 20 kW.
Refroidissement liquide
Dans le refroidissement liquide direct, le liquide de refroidissement est acheminé par un réseau de tuyaux jusqu’aux composants qui produisent de la chaleur, comme les CPU et les GPU. En traversant des éléments tels que les plaques froides, le liquide absorbe la chaleur. Une fois réchauffé, il retourne dans la boucle de refroidissement pour être refroidi puis remis en circulation.
Dans cette méthode, le liquide est en contact direct avec les puces ou leurs composants de refroidissement, mais le serveur n’est pas entièrement immergé.
Refroidissement par immersion
Dans cette méthode, le serveur est entièrement immergé dans un liquide. On pourrait croire que cela endommagerait le serveur tout en évacuant la chaleur, mais ce n’est pas le cas. Avec le refroidissement par immersion, le serveur est plongé dans un liquide non conducteur, ce qui n’endommage aucunement ses composants.
Le liquide absorbe la chaleur produite et empêche le serveur de surchauffer. Cette méthode est si efficace qu’elle permet de déployer des équipements à très haute densité dans des installations initialement conçues pour des densités de puissance faibles ou moyennes.
Le refroidissement par immersion peut être utilisé pour pratiquement tous les types de serveurs et de charges de travail.
Refroidissement par évaporation
Comme le refroidissement par air ne suffit plus à lui seul à répondre aux besoins de nombreux data centers, et que le remplacement complet du système de refroidissement peut s’avérer extrêmement coûteux, le refroidissement par évaporation peut constituer la meilleure option pour ces installations.
Des ventilateurs font entrer l’air extérieur dans le data center pour le refroidir. Avant que cet air n’atteigne les équipements, l’évaporation de l’eau lui retire de la chaleur et abaisse sa température.
Free cooling
Le free cooling (refroidissement naturel) est une méthode qui exploite les ressources naturelles disponibles pour abaisser la température d’un data center lorsque les conditions environnementales s’y prêtent, ce qui réduit la nécessité de faire fonctionner en continu les équipements de refroidissement conventionnels. Dans cette méthode, l’air extérieur ou des sources d’eau naturellement fraîche peuvent jouer un rôle important dans le transfert de chaleur.
Des technologies telles que les économiseurs, le refroidissement indirect par air, les roues thermiques et les échangeurs de chaleur à plaques peuvent être utilisées pour mettre en œuvre ce système de refroidissement.
La possibilité d’utiliser cette méthode dépend du climat et du microclimat du site du data center. Les conditions environnementales du site doivent donc être évaluées avec soin avant de la choisir. Lorsque les conditions s’y prêtent, le free cooling peut réduire la consommation d’énergie et les émissions de carbone. Il peut se révéler particulièrement efficace pour les data centers qui prennent en charge des charges de travail exigeantes comme l’IA et le calcul haute performance (HPC).
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Tendances et avenir du refroidissement des data centers
L’un des enjeux majeurs du refroidissement des data centers consiste à réduire au maximum son impact environnemental. Certaines méthodes existantes ont fait leurs preuves et peuvent continuer à être largement utilisées. Cependant, les méthodes susceptibles de se généraliser à l’avenir offrent davantage d’avantages environnementaux et des moyens plus efficaces de gérer la chaleur résiduelle. En voici quelques-unes :
- Refroidissement adaptatif : dans cette méthode, l’intelligence artificielle ajuste le niveau de refroidissement en fonction de l’état et de la charge de travail actuels des serveurs. Cela évite un refroidissement excessif et une consommation d’énergie inutile.
- Data centers edge : le recours croissant aux data centers edge permet de traiter les données au plus près des utilisateurs. Ces installations peuvent adopter des méthodes de refroidissement plus récentes, adaptées à leurs conditions spécifiques.
- Énergie durable : l’utilisation de l’énergie solaire et éolienne, associée à des batteries et à des systèmes de stockage d’énergie, peut aider les data centers à réduire leur consommation d’énergie et leur empreinte carbone.
Quels grands data centers utilisent le refroidissement liquide ?
De grands opérateurs de data centers comme Google, Amazon et Hetzner se sont appuyés pendant de nombreuses années sur le refroidissement par air. Leurs systèmes de refroidissement n’ont pas beaucoup évolué au cours de cette période, même si certains ont également adopté le refroidissement par évaporation. Toutefois, comme ces systèmes peuvent être coûteux à installer et soulever des préoccupations environnementales, notamment en ce qui concerne la consommation d’eau et son rejet dans le milieu naturel, ils ne sont pas utilisés partout.
À l’heure actuelle, peu de données ou d’informations détaillées sont disponibles sur les méthodes de refroidissement utilisées dans les data centers dédiés à l’IA. Cependant, l’infrastructure qui fait fonctionner des plateformes comme OpenAI, Claude et Gemini doit forcément recourir à des technologies de refroidissement liquide, au moins pour les serveurs qui traitent des charges de travail extrêmement exigeantes.
En 2018, Microsoft a également immergé au fond de la mer un data center étanche de la taille d’un conteneur afin de tester l’idée de construire des data centers sous l’eau. L’eau de mer étant conductrice d’électricité, les équipements serveur n’étaient pas en contact direct avec elle et étaient protégés à l’intérieur d’une enceinte étanche. La température relativement basse et stable de l’eau de mer environnante contribuait à refroidir les serveurs.
Ces serveurs ont fonctionné sous l’eau pendant environ deux ans. Malgré le potentiel considérable du projet pour réduire les coûts de construction et de refroidissement des serveurs, aucune entreprise ni aucun opérateur de data center n’a depuis adopté cette approche à grande échelle.
La construction de data centers sous l’eau pourrait avoir des effets négatifs sur la faune marine et perturber les écosystèmes aquatiques à long terme.
Pour finir : comment le refroidissement adaptatif améliore-t-il l’efficacité des data centers ?
Le refroidissement adaptatif s’appuie sur l’intelligence artificielle et sur des données en temps réel pour ajuster en permanence le niveau de refroidissement en fonction de la charge de travail des serveurs et des conditions environnementales. En ne refroidissant que là où c’est nécessaire et au moment où c’est nécessaire, il permet d’éviter un refroidissement excessif, de réduire la consommation d’énergie et d’améliorer l’efficacité globale du data center.
FAQ
1. Le refroidissement par immersion peut-il être utilisé pour tous les types de serveurs ?
Le refroidissement par immersion peut être utilisé pour un large éventail de serveurs et de charges de travail, mais tout le matériel serveur n’est pas automatiquement compatible avec cette méthode. Les composants doivent pouvoir être immergés dans un liquide de refroidissement diélectrique non conducteur, et des facteurs tels que la compatibilité du matériel, les exigences de maintenance et la conception de l’installation doivent également être pris en compte.
2. Le refroidissement liquide consomme-t-il moins d’énergie que le refroidissement par air ?
Dans de nombreux cas, le refroidissement liquide peut consommer moins d’énergie que le refroidissement par air, car les liquides transfèrent la chaleur plus efficacement que l’air. Les systèmes de refroidissement peuvent ainsi avoir besoin de moins d’énergie pour évacuer la chaleur des serveurs à haute densité. Les économies d’énergie réelles dépendent toutefois de la conception du système de refroidissement, de la charge de travail des serveurs et de l’infrastructure du data center.
