L'essor du refroidissement par liquide dans les centres de données : guide sur la gestion thermique en haute densité
Les centres de données sont essentiels à l'économie numérique, car ils permettent le fonctionnement de services tels que la banque en ligne et le commerce électronique. Leur consommation d'énergie augmente rapidement : elle atteindra 7,4 gigawatts en 2023, soit 4 % de la consommation mondiale, et la demande européenne devrait plus que doubler d'ici 2030 en raison de l'intelligence artificielle et de la numérisation. Une alimentation électrique et un refroidissement continus sont indispensables pour éviter les pannes et la perte de données.
Optimisation des systèmes CVC pour la durabilité des centres de données
Les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) jouent un rôle essentiel pour garantir le fonctionnement fiable des centres de données. Cependant, on estime que le refroidissement représente à lui seul entre 20 % et 50 % de la consommation énergétique totale d’un centre de données.
Compte tenu de la part importante de l'énergie consacrée à la gestion thermique, les solutions CVC actuelles doivent aller au-delà du simple contrôle de la température. Elles doivent être hautement efficaces, évolutives et capables de prendre en charge des environnements informatiques de plus en plus gourmands en énergie, tout en s'alignant sur les objectifs de réduction des émissions de carbone et les exigences en matière de durabilité.
Alors que la demande mondiale en infrastructures numériques s'accélère, les centres de données subissent une pression croissante pour fournir plus de puissance de calcul avec un impact environnemental moindre. L'une des avancées qui soutient cette évolution est le refroidissement par liquide – une technologie qui, bien qu'elle ne soit pas nouvelle, gagne aujourd'hui en popularité en tant qu'option pratique et évolutive.
Les avantages de la technologie de refroidissement par liquide
L'émergence du refroidissement par liquide arrive à point nommé. Bien que cette technologie existe depuis des années, elle entre aujourd'hui dans une phase d'adoption rapide, sous l'impulsion des limites du refroidissement par air et des exigences croissantes en matière de calcul haute performance (HPC), d'apprentissage automatique et d'opérations de données à très grande échelle.
Les systèmes traditionnels à air commencent à atteindre leurs limites, tant sur le plan physique qu'économique. Les baies de serveurs consommant plus de 30 kW sont de plus en plus courantes, alors que le seuil maximal du refroidissement par air se situe près de ce chiffre. Le refroidissement par liquide, en revanche, permet un transfert de chaleur bien plus efficace, prenant en charge des densités de baies de 50, 80, voire 100 kW sans nécessiter d'augmentation massive de l'infrastructure ou de la consommation d'énergie.
Les unités de distribution de refroidissement (CDU) font circuler un mélange d'eau et de glycol dans des réseaux en boucle fermée, absorbant la chaleur directement des composants les plus critiques et les plus chauds du serveur, tels que les chipsets, via des plaques froides et des collecteurs.
Certains systèmes CDU peuvent offrir une capacité de refroidissement jusqu'à quatre fois supérieure à celle des solutions à air. En général, l'air permet de refroidir une densité de rack de 25 à 30 kW à des températures acceptables. Cependant, les racks atteignent désormais plus de 100 kW ; les CDU sont donc conçues pour fonctionner à ces densités.
Refroidissement par air vs refroidissement par liquide : complémentaires, pas concurrents
Si le refroidissement par liquide représente une avancée révolutionnaire en matière de gestion thermique, il ne remplace pas encore totalement les systèmes à air. Au contraire, une approche hybride se généralise. De nombreux opérateurs de centres de données déploient une combinaison de stratégies de refroidissement en fonction des exigences de charge de travail, le refroidissement par liquide prenant en charge les racks à haute densité ou à forte intensité de GPU, tandis que le refroidissement par air soutient les équipements plus conventionnels.
Ces systèmes intégrés peuvent être contrôlés de manière dynamique via des systèmes de gestion intelligente des bâtiments et des plateformes logicielles, permettant un ajustement en temps réel des débits des CDU, de la puissance des refroidisseurs et du flux d'air. Ce niveau de coordination peut être efficace et aider les opérateurs à réduire leur indice d'efficacité énergétique (PUE) à environ 1,2, certains visant même des chiffres encore plus ambitieux.
Récupération et réutilisation de la chaleur : transformer les déchets en énergie
L'un des avantages uniques du refroidissement par liquide réside dans son potentiel de récupération et de réutilisation de la chaleur. Le liquide chaud sortant des chipsets des serveurs, généralement à environ 30 °C, peut être acheminé vers une pompe à chaleur afin d'augmenter sa température, ce qui le rendra adapté aux réseaux de chauffage urbain ou aux applications industrielles.
Cette réutilisation peut contribuer à :
- réduire le gaspillage énergétique global
- améliorer le PUE
- générer de la valeur ajoutée à partir de ce qui était autrefois considéré comme un déchet
Repousser les limites de l'efficacité du refroidissement
À mesure que le refroidissement par liquide arrive à maturité, l'innovation s'oriente vers l'amélioration des performances au sein même du système. L'un des domaines clés est la réduction de la température d'approche, c'est-à-dire l'écart de température causé par les inefficacités de l'échange thermique. Alors que certaines CDU peuvent présenter une température d'approche de 4 °C, la conception avancée à double échangeur de chaleur de Carrier la ramène à seulement 2 °C. Les commandes intégrées hautement avancées permettent également une réponse rapide aux variations de la charge informatique tout en maintenant une variation de température acceptable.
À l'avenir, de nouvelles réductions jusqu'à 1 °C se profilent, offrant une efficacité encore plus grande et jetant les bases pour prendre en charge des déploiements de plusieurs mégawatts avec une charge thermique minimale. À mesure que la taille et la densité des centres de données continuent de croître, ces améliorations seront essentielles pour répondre à la demande future sans augmenter proportionnellement l'impact environnemental.
Tendances futures en matière de refroidissement des centres de données
Le refroidissement par liquide direct sur puce devrait rester l'architecture de refroidissement dominante pour les environnements haute performance au cours des cinq à dix prochaines années. Cependant, le refroidissement par immersion, où des serveurs entiers sont immergés dans un liquide thermoconducteur et non conducteur d'électricité, pourrait à terme devenir viable à grande échelle.
En attendant, Carrier continue de jouer un rôle de premier plan dans le développement, les essais et le déploiement en conditions réelles des technologies de refroidissement de nouvelle génération pour les centres de données, notamment grâce à sa suite de solutions QuantumLeap™ et aux normes de certification de ses produits via Eurovent Certified Performance.
N'hésitez pas à contacter l'un des experts de Carrier pour en savoir plus sur les solutions de gestion du cycle de vie thermique de Carrier.
