Le refroidissement par immersion ouvre-t-il la voie aux centres de données durables ?

Tandis que l’IA et les technologies d’apprentissage automatique arrivent à maturité et que notre appétit pour toujours plus de données et de puissance de traitement continue de grandir, la demande en calcul à haute performance (HPC), en puissance de traitement et en stockage explose.

Ce phénomène exerce à son tour une pression croissante sur la capacité des centres de données. McKinsey1 rapporte que, en termes de consommation d’énergie, la demande des centres de données américains devrait passer de 17 gigawatts (GW) en 2022 à 35 GW en 2030.

Le dilemme réside dans le fait que, face à cette demande croissante de capacité, les centres de données doivent également remplir leurs obligations en matière de développement durable et de l’objectif de zéro émission nette.

Tandis que les technologues informatiques continuent de trouver de nouveaux moyens d’augmenter la densité de puissance, en intégrant plus de traitement et de stockage dans des espaces toujours plus petits, à moyen terme, il est possible que cela ne suffise pas pour remédier au problème. Un article du MIT Technology Review2 datant de 2020 prévient que nous ne pouvons plus nous fier à la loi de Moore pour continuer à mettre plus de puissance de calcul sur chaque tranche de silicium et qu’il n’existe pas de technologie de remplacement évidente à court terme autre que l’augmentation des densités des baies de serveurs.

Dans ce contexte, réduire l’impact environnemental inhérent à l’infrastructure existante des centres de données constitue un objectif clé. Le refroidissement est le plus gros consommateur d’énergie et d’espace des centres de données, après les serveurs et l’équipement informatique. L’innovation en matière de technologie de refroidissement joue donc un rôle essentiel pour résoudre le dilemme des centres de données.

Ce blog examine le refroidissement par immersion en tant que technologie, évalue ses avantages et ses inconvénients, et étudie si la volonté d’assurer le développement durable des centres de données suffira à faire passer cette technologie d’un statut de niche à celui d’une adoption généralisée.

Le refroidissement par immersion fonctionne en plaçant l’équipement informatique dans un agent liquide qui conduit bien la chaleur mais mal l’électricité, et ce, afin de disperser la chaleur.

Il existe deux approches de base du refroidissement par immersion :

Dans le refroidissement par immersion en phase unique, le réservoir est raccordé à une unité de distribution de liquides de refroidissement qui refroidit et fait recirculer le liquide, qui reste toujours à l’état liquide.

Le refroidissement par immersion en deux phases fonctionne par évaporation et condensation du liquide de refroidissement, à l’aide d’un échangeur thermique comme une bobine de condenseur.

Comme le souligne un article de blog de 2019 pour Data Center Dynamics3, le refroidissement par immersion n’a rien de nouveau : il est utilisé pour refroidir les transformateurs haute tension depuis plus de cent ans et dans les systèmes informatiques depuis les années 1960. L’intérêt pour le refroidissement par liquide, et le refroidissement par immersion en particulier, s’est récemment renouvelé du fait de son potentiel à réduire radicalement la puissance et la taille des systèmes de refroidissement informatiques, outre son efficacité de refroidissement accrue par rapport au refroidissement par air, notamment dans le cas d’une plus grande concentration de baies de serveurs.

Dans son contexte moderne, le refroidissement par immersion est une technologie émergente.

L’association Open Compute Project a publié ses exigences en matière de refroidissement par immersion4 en 2022 seulement ; ainsi, il y a encore du travail pour l’intégrer dans le courant dominant.

En tant que spécialiste de la technologie des matériaux, Henkel s’intéresse spécifiquement aux matériaux d’interface thermique utilisés dans le refroidissement par immersion.

Comme pour la plupart des moyens de dissipation de chaleur, l’efficacité du refroidissement par immersion dépend de l’efficacité du transfert de chaleur de la source vers l’agent réfrigérant, et les matériaux d’interface thermique jouent un rôle clé à cet égard.

Le refroidissement par immersion présente lui-même des problèmes. Par exemple, les solutions traditionnelles de graisses d’interface thermique sont susceptibles d’être solubles dans le liquide de refroidissement.

Henkel s’engage et étudie les implications du refroidissement par immersion pour les matériaux d’interface thermique.

Le refroidissement par immersion offre des avantages par rapport aux autres méthodes de refroidissement qui le rendent attractif pour les fournisseurs de centres de données qui cherchent à réduire les coûts, à augmenter la capacité et à minimiser les impacts sur l’environnement

Il est par nature plus économe en énergie que le refroidissement par air et présente l’avantage supplémentaire de fournir un refroidissement direct à l’ensemble du serveur ou autre composant informatique immergé.

Il nécessite moins de pièces mobiles et de composants électriques que les autres méthodes.

Ensemble, ces attributs offrent de nombreux avantages en termes de coûts et de développement durable :

• Consommation électrique beaucoup plus faible pour le même niveau de refroidissement
• Fiabilité accrue des composants grâce à un refroidissement constant et homogène de l’ensemble de l’élément
• Réduction du coût total de possession et des coûts de fonctionnement
• Réduction des coûts de maintenance
• Limitation du bruit

Un article de Science Direct5 de 2022 approfondit certains de ces avantages. Pour l’instant, le refroidissement par immersion reste une technologie de niche car il existe également des obstacles importants à son adoption, comme :

• Les coûts d’investissement élevés pour l’infrastructure requise
• Les défis liés à la modernisation des anciens centres de données
• La nécessité potentielle de repenser les agencements des centres de données
• Une pénurie en termes de liquide de refroidissement et des compétences requises pour installer et entretenir l’équipement
• Le liquide actuellement requis pour le refroidissement en deux phases est nocif et non respectueux de l’environnement

Bien que des obstacles non négligeables doivent être surmontés pour que le refroidissement par immersion se généralise, il n’existe actuellement aucune alternative évidente qui semble pouvoir offrir la réduction progressive de la consommation d’énergie dont les centres de données ont besoin.

Le refroidissement par immersion est déjà une technologie clé pour le minage de cryptomonnaies et les déploiements de développement durable sur le terrain. Au-delà de la consommation d’énergie globale des centres de données, il existe des facteurs spécifiques qui stimulent le passage accéléré aux systèmes de refroidissement liquide par immersion.

Densités de puissance des baies plus élevées - Les charges de travail de l’IA générative, de l’apprentissage automatique et du HPC augmentent les besoins en matière de performances de calcul des données. Cela implique à son tour des exigences de densités de puissance plus élevées pour les baies. Au fur et à mesure que la densité de puissance des baies augmente, il devient plus difficile de les refroidir efficacement avec des méthodes de refroidissement par air. Les méthodes à base de liquide, et principalement le refroidissement par immersion, pourraient être la seule solution viable.

Informatique en périphérie - L’informatique en périphérie offre plus de puissance de traitement et de vitesse sur un nombre croissant de terminaux géographiquement dispersés, en plaçant cette capacité plus près du point de consommation. Il s’agit d’un marché dont la taille devrait doubler entre 2023 et 20286.

Le refroidissement par immersion pourrait réduire considérablement l’encombrement nécessaire pour un centre de données et proposer des centres de données plus silencieux et plus respectueux de l’environnement. Tous ces critères sont essentiels pour créer les petits centres de données locaux qui répondent aux exigences de l’informatique en périphérie.

Centres de données durables et plus écologiques - Les technologies de refroidissement par immersion ont le potentiel de jouer un rôle clé pour que l’industrie des centres de données atteigne son objectif de zéro émission nette d’ici 2030, tout en améliorant l’efficacité de l’utilisation de l’eau et en réduisant la consommation d’énergie.

J’ai hâte d’entendre d’autres réflexions sur le refroidissement par immersion – contactez-moi sur LinkedIn, où je me ferai un plaisir de poursuivre la conversation.