Le liquid cooling est-il l’avenir des systèmes de refroidissement des datacenters ?

Les opérateurs de datacenters évaluent les options de refroidissement des infrastructures sous forme liquide afin d’apporter de nouvelles solutions plus efficaces aux nouveaux besoins liés à la digitalisation de notre monde.

Estimé à 3,14 milliards de dollars en 2022, le marché du liquid cooling dans le monde dans les datacenters devrait atteindre 31,7 milliards en 2032, avec une progression annuelle de 25,8%.

À l’heure actuelle, les centres de données supportent des besoins en alimentation en rack supérieurs à 20 kilowatts (kW), mais le marché se dirige à court et moyen terme vers 50 kW ou plus. Les unités centrales de traitement (CPU) et les unités de traitement graphique (GPU) de nouvelle génération ont des propriétés de densité thermique plus élevées que les architectures de la génération précédente. En outre, les fabricants de serveurs intègrent davantage de CPU et de GPU dans chaque rack afin de répondre à l’accélération de la demande de calcul à haute performance et les applications nouvelles et à venir de l’intelligence artificielle.

Les systèmes de refroidissement par air, les plus couramment utilisés en datacenters actuellement, montrent désormais leurs limites. Ils ne peuvent tout simplement pas refroidir les baies à haute densité de manière efficace et durable.

Longtemps éprouvé pour les ordinateurs centraux, le refroidissement liquide se développe pour protéger les serveurs montés en rack dans les centres de données du monde entier.

Voyons dans un premier temps ce qu’est le liquid cooling, quelles sont les différentes technologies utilisées pour le liquid cooling et quels en sont à l’heure actuelle les avantages et inconvénients :

Qu’est-ce que le liquid cooling et quels en sont les avantages ?

Dès 1985, les superordinateurs ont été immergés dans du liquide pour un refroidissement plus efficace. Aujourd’hui, la possibilité de refroidir les CPU et GPU à l’aide de liquide a fait son chemin dans de nombreux datacenters.

L’eau et les autres liquides utilisés sont beaucoup plus efficaces que l’air pour transférer la chaleur et peuvent aider à résoudre certains des problèmes posés par les systèmes de refroidissement par air, en particulier lorsque les densités de calcul augmentent.

Les principales technologies de liquid cooling

Une technologie de refroidissement liquide qui gagne en popularité est le refroidissement direct sur plaque. Dans cette configuration, une plaque froide est placée directement à côté d’un composant, tel qu’un CPU, un GPU ou une carte mémoire. De petits tubes sont reliés à la plaque pour amener de l’eau froide et évacuer l’eau chaude. L’eau chaude est ensuite refroidie afin d’être réutilisée et circuler à nouveau vers le dispositif de refroidissement.

Un concept similaire peut être appliqué au niveau du rack ou du serveur. De l’eau ou un autre type de liquide de refroidissement circule dans un système en circuit fermé pour effectuer l’échange de chaleur. Bien que le processus exact varie d’une solution à l’autre, cette solution utilise généralement un liquide de refroidissement contenu, un échangeur pour dissiper la chaleur et un mécanisme pour abaisser la température du liquide de refroidissement lorsqu’il circule. Par exemple, un échangeur peut être monté à l’arrière du rack avec des ventilateurs sur le côté opposé pour faire circuler l’air et dissiper la chaleur. Un autre système achemine ainsi le liquide de refroidissement sous terre pour assurer un refroidissement géothermique.

Le refroidissement par immersion est une technologie plus récente qui fait de gros progrès au fil du temps. Avec cette approche, tous les composants internes du serveur sont immergés dans un fluide dialectique non conducteur. Les composants et le fluide sont ensuite enfermés dans un conteneur scellé pour éviter les fuites. De cette manière, la chaleur des composants est transférée au liquide de refroidissement qui est mis en circulation et refroidi pour dissiper la chaleur en continu.

Les avantages du liquid cooling

Les technologies basées sur le liquid cooling tirent profit des propriétés de transfert thermique supérieures de l’eau ou des autres fluides utilisés pour assurer un refroidissement efficace et rentable des baies à haute densité. Cette technologie peut être jusqu’à 3 000 fois plus efficace que l’utilisation de l’air.

Comme le refroidissement liquide conduit mieux la chaleur que l’air, il peut gérer plus efficacement les densités croissantes d’un datacenter, ce qui permet d’accueillir des applications et des baies à forte intensité de calcul.

En outre, le refroidissement liquide réduit considérablement la consommation d’énergie et utilise moins d’eau que de nombreux systèmes de refroidissement par air, ce qui peut entraîner une diminution des frais d’exploitation et une baisse de l’empreinte carbone du datacenter.

Enfin, le liquid cooling est également moins encombrant et moins bruyant.

Inconvénients liés au liquid cooling

Malgré tous les avantages cités ci-dessus, le liquid cooling comporte un certain nombre d’inconvénients. Outre un coût d’investissement plus élevé, cette technologie exige des administrateurs des datacenters qu’ils acquièrent de nouvelles compétences et adoptent un nouveau cadre de gestion, ce qui peut représenter un travail considérable.

Il peut également s’avérer nécessaire de recruter du personnel ou des consultants supplémentaires qui maitrisent cette nouvelle technologie et ainsi réduire l’avantage financier en termes de retour sur investissement. En outre, le marché du refroidissement liquide est encore en phase de maturation, avec un large éventail de technologies, ce qui se traduit par des produits propriétaires et un risque de verrouillage des fournisseurs.

Quels facteurs prendre en compte lors du choix entre un système de refroidissement par air et par liquid cooling

Les entreprises qui mettent en place de nouveaux centres de données ou qui modernisent des datacenters existants peuvent se demander si c’est le bon moment pour déployer le liquid cooling maintenant.Le refroidissement par air à l’inverse est une valeur sûre qui a déjà fait mainte fois ses preuves.

Voici un certain nombre de facteurs à prendre en compte pour faire le meilleur choix :

Le prix

Le coût sera sans aucun doute l’un des facteurs décisifs, mais parvenir à un véritable coût total de possession peut être un processus complexe. Bien que le liquid cooling s’accompagne d’un coût d’investissement plus élevé, sa plus grande efficacité peut se traduire par une réduction des coûts d’exploitation, en particulier lorsque les densités augmentent. En outre, le refroidissement liquide utilise moins d’énergie et consomme moins d’eau, ce qui peut être particulièrement important dans les régions où celle-ci se fait rare. D’un autre côté, le risque de verrouillage du fournisseur peut avoir un impact sur le coût total de possession à long terme et de maintenance.

Les ordinateurs eux-mêmes doivent également être pris en compte lors de l’évaluation des systèmes et du coût total. Le liquid cooling permet de prendre en charge de plus grandes densités de calcul tout en réduisant l’empreinte carbone du centre de données, ce qui entraîne une meilleure utilisation de l’espace et une baisse des coûts.

La facilité d’installation et de maintenance

Un autre élément important à prendre en compte est le déploiement et la maintenance du système de refroidissement par liquid cooling. Avec le refroidissement par air, le fonctionnement de l’équipement et le remplacement des composants sont généralement simples. Cela ne veut pas dire que le refroidissement par air ne présente pas ses propres défis, tels que le traitement continu de l’eau ou la maintenance mécanique, mais il s’agit d’une entité connue avec un long historique pour prendre en considération tous ces éléments.

Le refroidissement liquide représente quant à lui un nouvel état d’esprit et une nouvelle façon de travailler. Les équipes informatiques et les centres de données devront suivre une courbe d’apprentissage abrupte et, dans certains cas, elles pourront dépendre d’un fournisseur pour la maintenance de routine. Par exemple, que se passe-t-il si le service informatique doit remplacer la carte mémoire d’un serveur qui utilise une technologie de refroidissement par immersion ? Lors de l’analyse des coûts, les opérateurs de datacenters doivent évaluer toutes les implications du déploiement et de la maintenance d’un système de refroidissement.

L’efficacité

Certains datacenters ne prennent pas en charge une densité de traitement de calcul élevée, de sorte qu’un passage au liquid cooling n’est pas forcément justifié. Cela dit, les densités de calcul ne vont qu’augmenter dans les années à venir. Les datacenters quant à eux s’efforcent de mieux utiliser l’espace exploitable au sol et les services informatiques consolident les charges de travail pour en améliorer l’efficacité. À un moment donné, le liquid cooling pourrait devenir la seule option viable, mais cela ne signifie pas que les datacenters doivent forcément faire la bascule tout de suite.

D’autres considérations liées à l’efficacité peuvent jouer un rôle dans le choix du liquid cooling par rapport au refroidissement par air. Par exemple, un opérateur de datacenters peut s’orienter vers des pratiques plus écologiques et vouloir adopter des technologies telles que le refroidissement liquide qui utilise moins de ressources et est beaucoup plus silencieux.

L’emplacement du datacenter peut aussi être un critère de choix important. Un centre de données situé près de l’Arctique peut utiliser de l’air froid en abondance, tandis qu’un datacenter situé dans des zones chaudes aura des difficultés à maintenir des systèmes de refroidissement par air sur le long terme.

Un centre de données situé dans un environnement urbain surpeuplé devra peut-être augmenter la densité de calcul de ses baies pour maximiser l’espace au sol. Les réglementations locales, les avantages fiscaux ou d’autres questions similaires peuvent également jouer un rôle.

Aujourd’hui, avec le refroidissement par air, les entreprises savent dans quoi elles s’engagent, mais son utilité à long terme pourrait être limitée. Les entreprises qui n’ont pas besoin de se précipiter pour prendre une décision pourraient vouloir donner au liquid cooling plus de temps pour arriver à maturité.

Une chose est sûre, cette technologie devrait continuer à croitre et à gagner en maturité dans le temps, que ce soit pour répondre aux besoins de systèmes de refroidissement plus efficaces ou encore réduire l’empreinte carbone de leurs datacenters.