Un guide sur le refroidissement des Data Center : Innovations futures pour le Développement durable

À mesure que la technologie, le trafic internet et les charges de travail nécessitent davantage de ressources informatiques pour stocker, traiter, gérer et transférer les données, la demande pour les data centers augmente. Un récent rapport de S&P Global Ratings prévoit que la capacité des Data Centers augmentera à un taux de croissance annuel composé d'environ 25%-30% pour atteindre près de 650 milliards de dollars d'ici 2028, contre moins de 200 milliards de dollars en 2023.

Avec cette augmentation vient le défi d'équilibrer des charges de travail très denses avec des ambitions de développement durable. Mais l'amélioration de l'efficacité énergétique offre à l'industrie des Data Centers des possibilités d'innovation en matière de refroidissement avancé, en particulier pour les bons partenaires disposant de l'expertise nécessaire en matière de conception de Data Centers. 

Au cœur de ce défi se trouvent deux vérités :  

1. Il n'existe pas d'approche unique en matière de refroidissement, en particulier pour les charges de travail à haute densité, telles que l'intelligence artificielle (IA) et le calcul haute performance (HPC), qui peuvent nécessiter un refroidissement spécialisé.  
2. La mise en œuvre de solutions de refroidissement efficaces et durables est la voie véritablement innovante à suivre. Les centres de données produisent de la chaleur — c'est inévitable. Cependant, le bon partenaire de Data Center pour votre déploiement ne se contente pas de gérer la quantité de chaleur produite, il permet aussi l’innovation grâce à des stratégies informatiques évolutives et durables qui aident les responsables informatiques à équilibrer le développement durable et les objectifs métier.

Dans ce blog, nous allons : 

• Examiner la gamme des technologies de refroidissement actuellement utilisées dans l'industrie.  
• Explorez chaque méthode en proposant des cas d'utilisation pour mettre en évidence ses avantages.  
• Ensuite, nous examinerons comment le refroidissement innovant des Data Center peut promouvoir le développement durable tout en répondant aux exigences HPC.  

Pourquoi les méthodes de refroidissement des Data Centers sont-elles importantes ?

Pour maintenir des températures de fonctionnement optimales pour les configurations HPC et de serveurs denses, il est crucial d'assurer la fiabilité et les performances de l'infrastructure du Data Center. Cela inclut le déploiement de la technique de refroidissement appropriée au matériel et au scénario concernés. Les méthodes courantes incluent les systèmes de refroidissement par air, les solutions de refroidissement liquide et les approches hybrides qui combinent les deux techniques pour une efficacité maximale.  

Méthodes et systèmes de refroidissement des centres de données

Gravité des données est l’idée que les données ont une masse et qu’à mesure que leur taille et leur importance augmentent, il devient de plus en plus difficile de les déplacer ou de les reproduire. Cela signifie que les data centers modernes hébergent et interconnectent de plus en plus un large éventail de données, permettant tout, des transactions financières aux interactions sur les réseaux sociaux.

Face à cette demande croissante, les data centers gagnent en taille et en complexité. Il en va de même pour l'importance des solutions de refroidissement efficaces, en particulier pour les charges de travail à haute densité telles que l'IA et le HPC. Examinons certaines des solutions de refroidissement les plus importantes, en soulignant leurs forces respectives à travers des cas d'utilisation. 

Refroidissement par air

Le refroidissement par air utilise la climatisation, les ventilateurs et les évents pour faire circuler l'air ambiant, évacuant l'air chaud produit par les équipements informatiques. C’est la méthode de refroidissement la plus traditionnelle.  

Pour les déploiements moins denses en énergie, comme l'inférence d'IA, le refroidissement par air traditionnel peut s'avérer approprié car l'apprentissage machine (ML) nécessite moins de ressources de refroidissement. Le refroidissement par air est également largement applicable, car les data centers, petits et grands, peuvent mettre en œuvre cette méthode de refroidissement. 
 
Malgré sa large applicabilité, le refroidissement par air est généralement utilisé à moins de 20 kilowatts (kW) par rack dans les conceptions conventionnelles, bien qu'il puisse aller jusqu'à 35 kW dans des cas exceptionnels. Tout ce qui va au-delà nécessite souvent un refroidissement liquide (direct ou par immersion) et une approche combinée (hybride). La solution de Colocation à haute densité de Digital Realty peut supporter jusqu’à 150 kW par rack.

Refroidissement liquide

Les systèmes de refroidissement liquide utilisent des liquides de refroidissement qui circulent dans un réseau de tuyaux, absorbant la chaleur de l'équipement informatique. C'est particulièrement efficace pour refroidir des serveurs haute densité utilisant des charges de travail basées sur l'IA et le HPC. 

Prenez par exemple les charges de travail gourmandes en énergie, telles que les déploiements de formation. Ceux-ci peuvent nécessiter un apprentissage profond et une intelligence artificielle générative (GenAI) et souvent nécessitent un environnement plus large pour accueillir leur taille et leur complexité. En utilisant les propriétés conductrices des liquides, le Data Center peut rapidement déplacer la chaleur loin des serveurs.  

Pleins feux sur notre système de refroidissement liquide direct.  

En 2023, Digital Realty a lancé un Data Center cloud et neutre vis-à-vis des opérateurs à Paris, en mettant l'accent sur l'efficacité énergétique. Pour répondre aux préoccupations liées à la gravité des données, le hub de La Courneuve intègre un refroidissement liquide direct, en privilégiant les performances tout en minimisant les émissions de portée 1 et 2. Cette solution innovante de refroidissement liquide maximise la consommation d'énergie optimale afin de répondre à nos objectifs de développement durable et apporte des avantages économiques aux entreprises partenaires.

Refroidissement par immersion

Le refroidissement par immersion submerge directement les composants de l’Infrastructure IT dans des fluides diélectriques qui refroidissent en absorbant la chaleur. Les serveurs, maintenus dans des fluides non conducteurs et absorbants, assurent une gestion thermique efficace.  

L'un des principaux avantages du refroidissement par immersion est qu'il permet de déployer des équipements à très haute densité dans des installations à faible ou moyenne densité, ce qui permet de réaménager le Data Center en vue d'applications futures. Les déploiements à haute densité, tels que l'IA et l'Internet des objets (IoT), sont des cas d'utilisation courants du nouveau refroidissement par immersion.

Refroidissement par évaporation

Le refroidissement par évaporation utilise des ventilateurs pour aspirer l'air extérieur, le refroidir avant de le déployer pour refroidir l'équipement informatique. Grâce à l'évaporation de l'eau, cette méthode extrait efficacement la chaleur de l'air.  
 
En fonction des spécificités du déploiement, de l'utilisation commerciale et de l'emplacement, le refroidissement par évaporation peut être la bonne technique de refroidissement. Par exemple, comme alternative au refroidissement traditionnel par air, et en fonction d'autres attributs, le refroidissement par évaporation peut être approprié pour les déploiements d'inférence.

Refroidissement libre

Le refroidissement des data centers utilisant de l’air libre contourne les mécanismes de refroidissement traditionnels lorsque les conditions extérieures le permettent. Le refroidissement libre exploite les conditions extérieures, principalement l’air extérieur ou l’eau plus frais, et utilise généralement plusieurs mécanismes pour la délivrance, notamment des économiseurs, de l’air libre indirect, des roues thermiques et des échangeurs de chaleur à plaques.
 
Bien qu'une évaluation du microclimat d'un site soit nécessaire pour déterminer initialement la viabilité du refroidissement gratuit lors d'un déploiement, une fois cette viabilité établie, le refroidissement par air libre peut constituer une solution peu risquée et écoénergétique pour les entreprises cherchant à minimiser l'empreinte carbone de leurs déploiements de Data Centers. Cela est particulièrement pertinent pour les cas d'utilisation de l'IA et du HPC.

Stratégie de refroidissement hybride

Une approche de refroidissement hybride intègre plusieurs technologies de refroidissement afin d'optimiser la gestion thermique en fonction des besoins spécifiques des équipements informatiques.  

Par exemple, une installation pourrait combiner le refroidissement traditionnel par air avec des échangeurs de chaleur sur les portes arrière, où ces derniers sont montés directement sur les racks de serveurs pour absorber la chaleur lorsqu'elle sort des serveurs. Dans cette configuration, le refroidissement à l’air ambiant gère l’environnement global du rack tandis que l’échangeur de chaleur à porte arrière gère efficacement les charges de travail à haute densité en transférant la chaleur excédentaire (via liquide) hors des composants critiques. 

Cette stratégie hybride améliore non seulement l’efficacité énergétique et le refroidissement ciblé, mais offre aussi une flexibilité opérationnelle. Dans des conditions ambiantes favorables, des méthodes supplémentaires telles que le refroidissement par évaporation ou le refroidissement libre peuvent compléter davantage le système, réduisant ainsi la dépendance aux refroidisseurs mécaniques. En exploitant dynamiquement plusieurs solutions de refroidissement, y compris la précision des échangeurs de chaleur à porte arrière, un déploiement hybride répond aux défis actuels du refroidissement et s’adapte aux besoins futurs de performance. 

Conception et optimisation du refroidissement des centres de données

Le refroidissement des centres de données ne se limite pas à installer des ventilateurs et d’autres liquides de refroidissement. Il s'agit d'équilibrer la conception et l'optimisation, ainsi que de mettre en œuvre l'efficience et l'efficacité. La conception stratégique combinée à l'optimisation est cruciale pour garantir que l'infrastructure du Data Center et l'équipement informatique fonctionnent de manière optimale. Cette approche empêche non seulement les équipements informatiques de surchauffer, mais maximise également l’utilisation efficace des ressources du Data Center, telles que les systèmes d’alimentation et de refroidissement. En optimisant ces éléments, les data centers peuvent réduire significativement leur empreinte environnementale, ce qui conduit à des opérations plus durables et rentables.

Voici quelques facteurs critiques pour optimiser la performance des Data Center :  

• Configuration du confinement des allées chaudes/froides : En configurant les racks de serveurs en rangées alternées — avec les entrées d’air froid orientées dans un sens et les sorties d’air chaud dans l’autre — les data centers peuvent créer des « couloirs » chauds et froids. Cela permet d'optimiser l'efficacité en garantissant que l'air refroidi se trouve là où il est le plus nécessaire, tout en évitant que l'air chaud et l'air froid ne se mélangent.  
• Optimisation de la gestion des flux d'air : En optimisant le flux d'air à travers les conduits et les barrières, les data centers peuvent minimiser les zones d'air stagnant. Une bonne gestion du flux d’air réduit alors les coûts de refroidissement en diminuant la nécessité de compenser les zones chaudes. Il permet également de s'assurer que le refroidissement est constant dans l'ensemble de l'établissement.  
• Travailler dans des limites sûres : En respectant les directives publiées par l’American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE), les data centers peuvent trouver et mettre en œuvre des normes de température pour des conditions de fonctionnement sûres des équipements courants. Dans certains cas, le maintien d'une température légèrement plus élevée — lorsque c'est sûr — peut permettre d'économiser considérablement d'énergie et de coûts.
• Prévenir les temps d'arrêt : En s'appuyant sur les dispositifs IoT, le ML et les systèmes automatisés pour obtenir de l'aide, les data centers peuvent repérer les problèmes avant qu'ils ne surviennent. La surveillance des systèmes et l'installation de correctifs et de mises à niveau en temps utile permettent aux installations d'éviter les temps d'arrêt et d'améliorer encore leur efficacité.  
• Gérer le contrôle de l’humidité : En gérant l’humidité, les data centers peuvent éviter les dommages matériels et les dommages à l’électricité statique. 

Déploiement du refroidissement liquide : Nouvelles installations vs. rénovation des data centers existants 

Lors de l’évaluation des options de Data Center, il est essentiel de comprendre la mise en œuvre du refroidissement liquide et son impact sur les performances et la fiabilité. Dans les installations conçues dès le départ pour le refroidissement liquide, la construction initiale intègre des voies de refroidissement dédiées, des baies de serveurs spécialisées et des systèmes de sécurité robustes. Cette approche proactive garantit que l’infrastructure est optimisée dès le premier jour pour des performances thermiques élevées et une efficacité énergétique, offrant un environnement fluide et prêt pour l’avenir pour vos équipements informatiques. 

À l'inverse, les data centers qui réaménagent les installations existantes pour accueillir le refroidissement liquide font face à un défi plus complexe. Ces sites, initialement construits autour de systèmes de refroidissement par air, doivent subir des modifications importantes — telles que la reconfiguration des planchers, l’ajustement de la disposition des racks, l’installation de nouvelles unités de distribution de liquide de refroidissement et de systèmes de détection de fuite — afin de soutenir efficacement le refroidissement liquide. Ces mises à niveau peuvent nécessiter un processus d'intégration plus complexe, impactant potentiellement la cohérence pendant la transition. 

Enfin, lors de l'évaluation d'un Data Center, il est essentiel de prendre en compte l'infrastructure de refroidissement et les antécédents de l'opérateur. Les installations spécialement conçues autour du refroidissement liquide sont souvent plus fluides en termes de performance et d’efficacité, mais avec un coût important, tandis que les sites réaménagés peuvent rester un excellent choix lorsqu’ils sont exploités par un fournisseur doté d’une expertise approfondie et d’une expérience éprouvée — comme Digital Realty. En sélectionnant un opérateur établi ayant une expérience d’adaptation réussie des installations existantes, les entreprises peuvent maintenir des niveaux élevés de fiabilité et de performance, même dans des environnements initialement conçus pour le refroidissement par air.

Tendances et avenir en matière de refroidissement des centres de données

En envisageant l'avenir du refroidissement des Data Centers, nous observons plusieurs tendances passionnantes qui peuvent aider à réduire davantage l'impact environnemental de l'industrie. L’utilisation de technologies modernes et de conception stratégique de Data Center, par exemple, pourrait s’avérer essentielle.  

• Refroidissement adaptatif : L'utilisation de l'IA dans les systèmes de refroidissement promet une plus grande adaptabilité que jamais. Ces solutions apprennent et s'adaptent en permanence et en temps réel aux besoins spécifiques de refroidissement des data centers, réduisant ainsi le surrefroidissement et le gaspillage d'énergie.  
• Data centers en périphérie : Nous pourrions voir encore plus de data centers dans des emplacements stratégiques « edge » à l’avenir. Ces centres de périphérie assurent une livraison de données et de charges de travail d'IA à faible latence et introduisent des possibilités de refroidissement innovantes dans leurs configurations uniques.  
• L'énergie durable : S'il est important d'améliorer l'efficacité de la gestion de l'énergie, il est également possible d'utiliser de l'énergie provenant de sources renouvelables. Les data centers solaires ou éoliens, par exemple, ne sont plus un rêve mais une réalité. La combinaison de sources d'Énergie renouvelable et de solutions de stockage, telles que les piles à combustible et les batteries avancées, avec des stratégies de refroidissement efficaces constitue une approche holistique des progrès en matière de Développement durable. Cette approche intégrée garantit que les data centers peuvent fonctionner de manière fiable et efficace tout en minimisant leur impact environnemental. En tirant parti de ces technologies, les data centers peuvent atteindre une plus grande indépendance énergétique et réduire leur empreinte carbone.

Pleins feux sur nos initiatives en matière de tours de refroidissement

Les data centers de Digital Realty sont à la pointe de l'industrie en matière d'amélioration de l'efficacité de refroidissement. Dans notre usine SIN10 à Singapour, par exemple, nous utilisons l'électrolyse DCI pour la préservation de l'eau, ce qui permet d'économiser 1,24 million de litres par mois. Ce processus élimine l'utilisation de produits chimiques et permet d'utiliser l'eau trois fois plus longtemps avant qu'elle ne devienne de l'eau usée, ce qui réduit la consommation d'eau et d'électricité à Singapour. 

Favoriser l'innovation durable en matière de refroidissement des Data Center de demain

Il existe différents systèmes de refroidissement dans les data centers modernes, chacun apportant des avantages uniques pour des cas d'utilisation spécifiques. Du refroidissement par air traditionnel au refroidissement liquide en passant par les technologies hybrides, chacune d'elles a le potentiel d'aider l'écosystème mondial des Data Center à réduire sa consommation d'énergie et d'eau lorsqu'elle est appliquée de manière stratégique et adaptée à la situation.  
  
Digital Realty comprend qu’il n’existe pas d’approche universelle pour le refroidissement et s’engage à aider les leaders IT à transformer leurs secteurs en mettant en place une stratégie centrale qui favorise l’innovation tout en équilibrant Développement durable et objectifs métier. Nous y parvenons en déployant dans nos data centers des technologies innovantes conçues pour relever les défis du refroidissement des charges de travail à densité de puissance croissante, qui ne sont pas de simples déploiements en gros, mais plutôt spécifiques au client et au déploiement.  
 
Qu’il s’agisse d’IA, d’IoT ou de HPC, nos installations sont prêtes à être aménagées et conçues pour répondre aux besoins de refroidissement informatique avancés de nos clients, tout en offrant des solutions durables qui orientent l’écosystème mondial des data centers vers une empreinte carbone réduite, une meilleure efficacité énergétique et une économie d’eau.  
  
En savoir plus sur le déploiement d'une Infrastructure IT prête pour l'avenir dans votre organisation afin de répondre à vos besoins de refroidissement informatique de pointe tout en équilibrant Développement durable et objectifs commerciaux, consultez notre livre blanc, AI for IT Leaders. N’hésitez pas à contacter nos experts pour commencer. 

FAQ

Comment s'effectue le refroidissement dans un Data Center ?  

Le refroidissement dans les data centers se produit par diverses méthodes, telles que :  

• Refroidissement par air  
• Refroidissement liquide  
• Refroidissement par immersion  
• Refroidissement par évaporation  
• Refroidissement libre  
• Refroidissement hybride

Les responsables informatiques doivent choisir un Data Center qui adapte les techniques de refroidissement en fonction de plusieurs facteurs, notamment la densité de la charge de travail, le matériel et les exigences en matière d'infrastructure pour un déploiement durable.

Quel est le meilleur système de refroidissement pour un Data Center ?

Il n'existe pas d'approche universelle en matière de refroidissement des Data Center. Des facteurs tels que la taille du Data Center, son emplacement et les exigences en matière de charge de travail, par exemple, ont tous un impact. Les solutions durables et efficaces telles que l'immersion sont de plus en plus populaires en raison de leur efficacité accrue et de leur faible empreinte carbone.  

Quels sont les composants de refroidissement d’un Data Center ?

Les principaux composants de refroidissement d’un Data Center incluent :  

• Refroidisseurs  
• Tours de refroidissement  
• Climatiseurs (CRAC/CRAH)
• Tuyaux de refroidissement liquide  
• Unités de distribution de refroidissement (UDR)
• Systèmes de pompage
• Ventilateurs et bouches d’aération  

Les systèmes avancés de surveillance par IA pour le contrôle de la température et de l'humidité sont également de plus en plus courants à mesure que les data centers deviennent plus durables.

Comment refroidiriez-vous un serveur dans un Data Center ?  

Les technologies avancées de refroidissement — telles que les systèmes à air qui reposent sur la circulation de l’air refroidi pour éliminer la chaleur ou les solutions de refroidissement liquide qui transfèrent la chaleur via le liquide de refroidissement — sont deux méthodes efficaces utilisées pour refroidir les serveurs dans les data centers. Autres méthodes consistent à optimiser le flux d'air grâce à des techniques telles que le confinement des allées chaudes et froides afin d'empêcher la recirculation de la chaleur. Pour les serveurs haute densité, le refroidissement liquide direct sur puce ou le refroidissement par immersion est idéal pour une efficacité thermique maximale et un Développement durable.