Le désir d’options de centres de données durables et une vague de chaleur causée par des puces informatiques de plus en plus puissantes conduisent à l’adoption de systèmes qui refroidissent les ordinateurs en les immergeant dans des fluides.
En faisant fonctionner un rack de serveur immergé dans un fluide spécial, la chaleur peut être évacuée passivement du matériel vers le fluide, pompée vers un échangeur de chaleur, puis renvoyée à l’ordinateur une fois la chaleur évacuée.
« Les liquides que nous utilisons ne sont pas toxiques, ils sont biodégradables, ils ne s’évaporent pas et ils sont conçus pour durer 15 ans ou plus », a expliqué Gregg Primm, vice-président du marketing mondial chez GRC, un fournisseur d’immersion technologie de refroidissement.
« Les fluides sont environ 1200 fois plus efficaces pour éliminer la chaleur que l’air », a-t-il déclaré à TechNewsWorld. « L’air est en fait un mauvais milieu d’échange de chaleur. »
« Certaines modifications assez mineures doivent être apportées – comme la suppression des ventilateurs d’air et la modification des dissipateurs de chaleur – pour que les systèmes se comportent mieux dans le liquide, mais sinon, c’est la même chose qu’un serveur refroidi par air », a-t-il déclaré.
Bien que les fluides les plus couramment utilisés soient à base de pétrole, a-t-il ajouté, des fluides à base d’huile végétale commencent à apparaître sur le marché.
Refroidissement des frites chaudes
Abhijit Sunil, analyste principal chez Forrester Research, a noté que le refroidissement par liquide est désormais sous les feux de la rampe en raison des besoins énergétiques des micropuces.
« Les CPU et GPU modernes consomment énormément d’énergie, ce qui, à son tour, exerce une pression sur les centres de données pour qu’ils disposent de techniques de refroidissement efficaces », a-t-il déclaré à TechNewsWorld.
« Le détournement de l’énergie vers des techniques de refroidissement augmente le PUE des centres de données », a-t-il poursuivi. « Ainsi, des techniques de refroidissement plus efficaces sont importantes. Cela est particulièrement vrai dans les centres de données conçus pour gérer des charges de travail spécialisées telles que l’IA/ML. »
L’efficacité de l’utilisation de l’énergie (PUE) est une mesure utilisée pour mesurer l’efficacité énergétique d’un centre de données. Le PUE est déterminé en divisant la quantité totale d’énergie entrant dans un centre de données par l’énergie utilisée pour faire fonctionner l’équipement informatique qu’il contient.
« La puissance consommée par les GPU et les CPU augmente maintenant très, très rapidement », a ajouté Primm. « Les systèmes typiques sont de 400 watts. Certains systèmes commencent à sortir à 700 watts.
« Ces choses consomment une énorme quantité d’énergie et, par conséquent, produisent une énorme quantité de chaleur », a-t-il expliqué. « Nous arrivons au point où l’air ne peut plus refroidir ces puces. Vous ne pouvez pas rendre l’air suffisamment froid et le déplacer assez rapidement pour refroidir les systèmes générant autant de chaleur. Le refroidissement liquide est donc la seule option.
« Nous avons entendu de la plupart des principaux fournisseurs d’infrastructures que l’investissement dans le refroidissement liquide est une stratégie majeure pour eux à l’avenir », a ajouté Sunil. « Nous avons également entendu des opérateurs de centres de données parler de l’importance d’investir dans le refroidissement liquide. »
Placer à l’extérieur du centre de données
Certains technologues, cependant, pensent que le refroidissement par immersion peut être mieux utilisé en dehors du centre de données.
« Généralement, le refroidissement par immersion n’est pas aussi efficace dans un centre de données que d’autres technologies de refroidissement plus ciblées comme le refroidissement par eau chaude », a observé Rob Enderle, président et analyste principal chez Enderle Group, une société de services de conseil à Bend, Ore.
« Cependant, pour les serveurs distribués en dehors d’un centre de données, c’est mieux car cela protège le serveur des interférences physiques et des problèmes environnementaux, et c’est particulièrement idéal dans les environnements très difficiles », a-t-il déclaré à TechNewsWorld.
« Les centres de données sont généralement isolés et sont équipés pour refroidir les serveurs, donc passer à l’immersion est généralement exagéré », a-t-il déclaré. « C’est là où vous n’avez pas de centre de données que cette technologie brille vraiment. »
Les analystes de Gartner, Jeffrey Hewitt et Philip Dawson, sont arrivés à une conclusion similaire sur le refroidissement par immersion dans le rapport « Hype Cycle for Edge Computing » de la société de technologie et de conseil pour 2022.
« Les systèmes refroidis par immersion sont plus petits, plus silencieux et plus efficaces que les systèmes de rack traditionnels », ont écrit Hewitt et Dawson. « Leur valeur initiale proviendra très probablement de l’extérieur du centre de données, où ils permettent une densité de calcul plus élevée avec une efficacité énergétique plus élevée et un bruit réduit. »
« Bien que le coût en capital du système soit généralement plus élevé en raison de l’infrastructure mécanique et de refroidissement impliquée, il existe des environnements où ces systèmes surpassent toute alternative », ont-ils ajouté.
Défis d’entretien
Hewlett et Dawson ont également noté que le refroidissement par immersion permet aux serveurs de périphérie de fonctionner dans des endroits hostiles.
Les nœuds informatiques de périphérie à moyenne échelle ou les nœuds de télécommunications sans fil fonctionnent souvent sous les contraintes thermiques, spatiales et électriques d’un bunker, d’un poteau ou d’un placard de serveur distant, ont-ils expliqué. Ces économies d’espace et d’énergie profitent également aux centres de données mobiles installés à bord de navires ou de camions.
Ils ont ajouté que ces systèmes représentent une solution pratique sur site pour certaines tâches de supercalcul à petite échelle centrées sur le GPU. L’isolation des composants facilite également leur utilisation dans des endroits où les niveaux de particules polluantes sont élevés, comme la poussière.
Malgré leurs avantages, les systèmes de refroidissement par immersion peuvent être difficiles à entretenir. « Vous devez former les personnes qui entretiennent les ordinateurs, construire des drains pour les fuites de liquide de refroidissement et fournir un équipement de protection spécial pour que les travailleurs puissent travailler avec le liquide de refroidissement », a déclaré Enderle.
Il a ajouté que le liquide de refroidissement n’est pas conducteur, de sorte que les préoccupations typiques concernant les équipements électriques et l’eau ne s’appliquent pas. « Cependant », a-t-il poursuivi, « vous devez éviter de contaminer le liquide de refroidissement ou de créer une fuite importante. »
Enderle a également noté que les échangeurs de chaleur pour le liquide de refroidissement pourraient devoir être placés à l’extérieur du bâtiment abritant le système ou augmenter la capacité de CVC à l’intérieur du bâtiment pour gérer la chaleur supplémentaire. Sinon, l’installation peut devenir inconfortablement chaude.
Résistance institutionnelle
Primm a souligné que les systèmes de refroidissement par immersion peuvent également être confrontés à des défis institutionnels. « Les opérateurs et les concepteurs de centres de données sont très opposés au changement », a-t-il affirmé. « Pour la plupart des gens, c’est une nouvelle façon de faire quelque chose qu’ils ont l’habitude de faire d’une autre manière. »
« Ce dans quoi les opérateurs et les concepteurs de centres de données sont vraiment experts, c’est le traitement de l’air », a-t-il poursuivi. « Ils ont dû développer d’énormes compétences en matière de refroidissement de l’air, en le déplaçant au-delà des composants chauds et hors du centre de données pour garantir la disponibilité et la fiabilité du centre de données. Changer totalement cette infrastructure en quelque chose qui élimine cela crée une peur du nouveau type de chose.
« L’une des choses les plus importantes est que de nombreux opérateurs de centres de données investissent énormément dans leur infrastructure refroidie par air, et ils veulent en tirer le meilleur parti aussi longtemps qu’ils le peuvent », a-t-il ajouté.
Selon Forrester, l’informatique peut être une source importante d’émissions de carbone. Bien que 2 à 4 % de la consommation mondiale d’énergie puisse sembler peu par rapport à d’autres sources de demande d’énergie, cela peut représenter une quantité notable selon le pays et l’industrie, a-t-il noté. Par exemple, la consommation d’énergie des centres de données représente 14 % de la consommation d’électricité de l’Irlande.
« La durabilité devient un facteur déterminant pour les gens », a déclaré Primm. « Ils veulent réduire leur empreinte carbone, et l’un des moyens les plus rapides d’y parvenir dans le centre de données consiste à éliminer autant que possible le refroidissement par air. »