Avec la montée en puissance des appareils connectés, la consommation électrique est à son plus haut niveau. Et, cela ne va que dans une direction - en haut. Il existe aujourd'hui environ 4,9 milliards d'appareils connectés, selon le cabinet d'analyse Gartner.

En 2020, Cisco prévoit qu'il y en aura 50 milliards. À mesure que la demande de puissance de calcul augmente rapidement; le besoin de coûts élevés de l'électricité sera donc le moteur de l'efficacité énergétique.

L’un des plus grands défis à venir est l’amélioration de l’efficacité énergétique dans les centres de données.

À vrai dire, le plus grand défi en matière d'amélioration de l'efficacité énergétique viendra des centres de données. Les datacenters ont faim d'énergie: selon le département américain de l'Énergie, la consommation électrique des centres de traitement de données d'exploitation et de refroidissement a atteint 70 milliards de kWh en 2016, selon les estimations du ministère de l'Énergie des États-Unis. Dans quatre ans, ce nombre atteindra 73 milliards de kWh.

Au Royaume-Uni, la totalité du secteur de la colocation a consommé 2,5 TWh en 2015. On estime que les centres de données consomment globalement entre trois et cinq pour cent de la consommation électrique mondiale..

C'est comparable à l'industrie de l'aviation. En conséquence, il faut mettre l'accent sur l'amélioration de l'efficacité énergétique des centres de données par les environnementalistes, les régulateurs gouvernementaux et le grand public..

Le bon côté des choses est que les opérateurs de centres de données ont la possibilité de réduire leurs énormes coûts d’exploitation, où les économies d’énergie permettent non seulement de réaliser des économies, mais aussi d’apporter une contribution importante à la réduction des émissions de gaz à effet de serre et à la protection du climat..

Compte tenu des défis et des opportunités, le refroidissement des serveurs, à la fois économique et économe en énergie, est essentiel pour réduire les coûts d'exploitation extraordinaires en s'appuyant sur des solutions informatiques plus matures et plus adaptatives, capables de résister à des températures encore plus élevées et de produire moins de chaleur..

La question du système de refroidissement approprié

Au Royaume-Uni, les avancées dans les technologies de refroidissement à l'eau et leur impact sur la durabilité des datacenters sont encourageants. Par rapport au chauffage de l'air, l'eau a une capacité accrue d'absorption de chaleur, ce qui lui permet d'être l'option la plus rentable et la plus efficace pour la réduction de la consommation d'énergie.

Dans les environnements de serveurs de données actuels, les climatiseurs haute puissance sont généralement utilisés pour créer de l'air froid mécaniquement, mais peuvent-ils refroidir toute une salle de serveurs? Franchement, et malheureusement, plus de la moitié de l’air froid produit n’atteint pas les points chauds, y compris la CPU. Ce qui reste est d'énormes sommes d'argent soufflées dans l'air chaud.

Il suffit de prendre les centres de données de Green Mountain en Scandinavie, où les techniciens utilisent l’eau d’un fjord voisin pour refroidir leurs centres de données. Ceux de Toronto, au Canada, comprenant Cologix et Equinx, qui utilisent le processus de conversion de l’eau en climatisation sur leurs serveurs du lac Ontario, sont tout aussi impressionnants. Dans ces deux cas respectifs, l'eau est indirectement impliquée dans le processus de refroidissement.

Au moyen d'un échangeur de chaleur, l'air dans le centre de données est refroidi de manière correspondante par le fluide de refroidissement liquide, puis utilisé pour le refroidissement libre du matériel. On pourrait l'appeler “refroidissement à l'air 2.0.”

Cependant, il n'est toujours pas conseillé de climatiser toute la pièce. Les dissipateurs de chaleur doivent être aussi proches que possible des serveurs de données pour permettre le refroidissement afin d'obtenir efficacité et thermodynamique. Le refroidissement direct par opposition au refroidissement indirect des points chauds serait optimal. Une technique prometteuse pour y parvenir est le refroidissement à l'eau chaude..

Les avantages supplémentaires du refroidissement avec de l'eau par rapport à l'air comprennent un débit et une conductivité accrus. Par exemple, une eau chaude à 60 degrés Celsius présente un avantage beaucoup plus important d’économie sur le plan énergétique et économique en raison de ses propriétés physiques, où l’eau, par rapport à l’air, peut absorber 3 330 fois plus de chaleur que l’air et est 20 fois plus conductrice..

En rapprochant le fluide de refroidissement de la source de chaleur, plus le potentiel peut être utilisé efficacement. Et, grâce à une conception intelligente, il est possible d’obtenir un refroidissement concentré des composants sensibles tels que le CPU..

En raison des performances de refroidissement plus élevées, des densités de puissance de 45 kW par rack de serveur sont possibles avec une réduction simultanée de la consommation d'énergie par rapport à un système de climatisation conventionnel..

Un système direct à refroidissement par eau peut également générer des économies d'énergie supplémentaires si la chaleur dissipée présente des avantages supplémentaires. En raison des températures relativement élevées dans les racks de serveurs, des températures de sortie d'eau pouvant atteindre 60 ° C sont possibles. L'eau à ce niveau de température peut être utilisée, par exemple, pour l'eau chaude ou les systèmes de chauffage d'immeubles, de restaurants, d'hôtels et d'immeubles de bureaux à proximité..

Des économies supplémentaires possibles grâce à l'utilisation intelligente de la chaleur perdue

Compte tenu de la quantité d'énergie consommée dans le monde entier, notamment par l'Internet des objets (IoT), les maisons intelligentes et les voitures autonomes, la recherche de nouveaux effets de synergie en augmentant l'efficacité énergétique grâce à l'utilisation de la chaleur perdue est actuellement de plus en plus important.

Selon une récente étude réalisée par l'Institut Borderstep, des études de cas ont déjà permis de réaliser des économies d'énergie moyennes à très élevées grâce à la réutilisation de la chaleur des serveurs provenant de centres de données. En Suisse, IBM utilise les eaux usées pour chauffer une piscine à proximité.

Dans un centre de données de l'Université Norte Dame, dans l'Indiana, une serre utilise la chaleur perdue, tandis que des sociétés telles qu'Apple et Amazon Web Services (AWS) réchauffent les maisons situées à proximité de leurs centres de données en Scandinavie..

Mais deux problèmes persistent. Si la chaleur perdue produit une température très basse, inférieure à 60 degrés Celsius, l’eau ne peut pas être réutilisée pour refroidir les bâtiments adjacents. Pour pouvoir réutiliser la chaleur, l'eau doit être d'au moins 60 ° C pour la préparation d'eau chaude. Deuxièmement, la chaleur ne peut pas être transportée sur une grande distance.

La chaleur perdue dans le centre de données est uniquement disponible pour être utilisée dans des applications proches de l'emplacement où elle est produite. Le déplacement de la chaleur sur de longues distances peut entraîner des pertes de chaleur élevées et des températures basses pour les consommateurs.

En conclusion

Avec la forte augmentation de la demande de puissance de calcul et les coûts élevés de l'électricité qui en résultent, des concepts écologiques innovants sont essentiels pour les centres de données..

Dans une étude publiée par le cabinet d’études de marché Technavio, les possibilités de rendre les centres de traitement des données écologiques se développent à un taux de croissance annuel de 14%. Que ce soit par le refroidissement direct à l'eau chaude ou par d'autres progrès, il faut prendre d'autres mesures pour réduire la consommation d'énergie.

  • Dr. Jens Struckmeier est le fondateur et le CTO de Technologies nuage et chaleur
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