Comment les centres de données modulaires utilisent le refroidissement évolutif
Centres de données modulaires Ces centres redéfinissent le fonctionnement des systèmes de refroidissement en privilégiant l'évolutivité et l'efficacité. Contrairement aux configurations traditionnelles, ils évitent le surdimensionnement et l'inactivité des capacités de refroidissement grâce à la mise en œuvre d'une solution ""payez au fur et à mesure de votre croissance"" modèle. Cette approche réduit la consommation d'énergie et les coûts, le refroidissement représentant 25 à 40% de la consommation énergétique totale.
Les principales stratégies comprennent :
- Conception modulaire du refroidissementCommencez petit et développez-vous au besoin, en évitant le gaspillage de ressources.
- Composants à vitesse variableLes compresseurs et les ventilateurs ajustent leur puissance en fonction de la demande en temps réel, ce qui réduit l'efficacité énergétique (PUE).
- méthodes de refroidissement avancéesDes options comme les systèmes à eau glacée, le refroidissement liquide direct et le refroidissement par immersion répondent aux besoins des charges de travail à haute densité.
Par exemple:
- Refroidissement par air de précision convient aux besoins modérés avec un PUE de 1,3 à 1,5.
- Refroidissement par immersion prend en charge des densités extrêmes (plus de 100 kW par rack) avec un PUE aussi bas que 1,02.
Ces systèmes s'intègrent également énergie renouvelable et refroidissement par zone Pour une efficacité accrue, un déploiement rapide et des économies d'énergie garanties. Qu'il s'agisse de charges de travail d'IA ou d'informatique de périphérie, les configurations modulaires offrent des solutions de refroidissement sur mesure tout en réduisant les coûts et la consommation d'énergie.
Refroidissement par air et par liquide modulaire, flexible et évolutif pour les centres de données modernes | Vertiv™ CoolPhase
Principes fondamentaux de la conception modulaire du refroidissement
Le refroidissement évolutif dans les centres de données modulaires repose sur deux idées clés : construction modulaire et ajustements de sortie à la volée. Ensemble, ces principes contribuent à réduire le gaspillage et à améliorer l'efficacité.
Conception modulaire pour l'extension
La conception modulaire s'apparente à une approche par " briques de construction ". Les opérateurs peuvent commencer avec les éléments nécessaires et les étendre au fur et à mesure de l'évolution de leurs besoins informatiques. Au lieu d'installer d'emblée un système de refroidissement massif qui resterait sous-utilisé, les systèmes modulaires permettent d'ajouter des unités selon les besoins. On évite ainsi le gaspillage d'énergie lié à l'inactivité des équipements.
Prenons l'exemple du système AIRSYS Optima2™. Il permet jusqu'à 16 unités Ces modules peuvent fonctionner indépendamment ou comme un système cohérent. En cas de hausse de la demande, les opérateurs peuvent facilement ajouter des modules grâce à des connexions standardisées. Bill Kosik, ingénieur en énergie pour centres de données, souligne que si l'ajout de redondance à chaque module peut accroître la complexité, les avantages sont indéniables : les modules interconnectés peuvent partager la capacité de réserve, garantissant ainsi la disponibilité du service sans nécessiter une centrale redondante de grande envergure.
Cette approche modulaire permet également de relever un autre défi : la pénurie de main-d’œuvre. Les unités de refroidissement préfabriquées arrivent pré-testé et pré-mis en service, Cette solution permet d'éviter les retards et les erreurs potentielles liées à la construction sur site. Pour les zones reculées où l'accès à des techniciens qualifiés est limité, cette solution clé en main est souvent la plus pratique.
Mais la modularité physique ne représente que la moitié de l'équation. L'efficacité dépend également de composants capables de s'adapter en temps réel.
Composants à vitesse variable pour l'ajustement à la demande
Les compresseurs, ventilateurs et pompes à vitesse variable constituent l'épine dorsale des systèmes de refroidissement évolutifs. Contrairement aux unités à vitesse fixe qui fonctionnent en mode tout ou rien – gaspillant de l'énergie et usant prématurément le matériel – les composants à vitesse variable adaptent continuellement leur puissance aux besoins thermiques. Lorsque le matériel informatique chauffe moins, ces composants réduisent leur puissance. En cas de pic de charge, ils l'augmentent en conséquence.
" Les compresseurs et ventilateurs à vitesse variable sont des composants essentiels des systèmes de refroidissement évolutifs. Contrairement aux unités traditionnelles à vitesse fixe, les compresseurs et ventilateurs à vitesse variable peuvent adapter leur puissance en fonction des besoins de refroidissement en temps réel, assurant ainsi un contrôle précis de la température. " – AIRSYS
Cette adaptabilité en temps réel permet Efficacité énergétique (PUE) Même lorsque le centre de données ne fonctionne pas à pleine capacité, la consommation reste faible. Dans les configurations modulaires N+2, chaque unité fonctionne efficacement à charge partielle, surpassant les systèmes traditionnels à un seul refroidisseur. En adaptant en permanence la production à la demande, les composants à vitesse variable contribuent à réduire le PUE, les coûts d'exploitation, à prolonger la durée de vie des équipements et à protéger le matériel informatique des fluctuations de température dommageables.
Technologies clés pour un refroidissement évolutif
Technologies de refroidissement modulaires pour centres de données : comparaison de l’efficacité et de la densité
Les centres de données modulaires s'appuient sur des solutions de refroidissement sur mesure pour répondre aux variations de densité et de demande, ce qui permet aux opérateurs de choisir plus facilement l'option la mieux adaptée à leurs besoins.
Refroidissement par air de précision Il s'agit souvent du point de départ privilégié. Par exemple, l'AIRSYS Optima2™ offre un PUE (Power Usage Effectiveness) de 1,3 à 1,5, ce qui le rend adapté aux densités de rack faibles à moyennes. Il garantit des performances fiables pour différentes charges de travail. Cependant, bien que le refroidissement par air soit efficace, il est moins performant que les systèmes à refroidissement liquide dans les environnements à haute densité.
Systèmes d'eau glacée Les systèmes à eau glacée sont de plus en plus prisés pour les configurations haute densité. Ils déportent les composants de refroidissement hors de l'espace serveur, réduisant ainsi les risques de fuites de réfrigérant et permettant une grande flexibilité dans la configuration des tuyauteries. Jorge Aguilar, de Vertiv, souligne leur attrait croissant : " L'eau glacée s'impose comme la méthode de refroidissement privilégiée pour les applications de calcul haute performance à grande échelle. " Avec un PUE partiel inférieur à 1,1, ces systèmes offrent d'excellentes performances dans les espaces ouverts, ce qui les rend idéaux pour les extensions modulaires. Lorsque les exigences en matière de densité augmentent, les solutions à eau glacée deviennent indispensables.
Pour les charges de travail à densité extrême, telles que l'IA et le calcul haute performance, refroidissement liquide direct et refroidissement par immersion Les systèmes de refroidissement direct sur puce (DTC) occupent une place centrale. Ils utilisent des plaques froides dotées de canaux fluidiques spécialisés pour extraire la chaleur directement à sa source. Le projet HoMEDUCS, par exemple, est conçu pour consommer moins de 51 TkWh pour le refroidissement, sans utiliser d'eau. Le refroidissement par immersion va encore plus loin en immergeant des serveurs entiers dans un fluide diélectrique. Ceci élimine le besoin de ventilateurs et de dissipateurs thermiques. Un exemple notable est le déploiement réalisé par KDDI Corporation avec GIGABYTE en 2022-2023, qui a permis d'atteindre un PUE aussi bas que 1,02 tout en supportant des densités allant jusqu'à 100 kW par rack. Cette méthode a non seulement prolongé la durée de vie du matériel de 301 TkWh, mais a également réduit les taux de panne de 601 TkWh, grâce à l'absence de vibrations et de fluctuations de température.
| La technologie | Efficacité (PUE) | Support de densité | Fonctionnalité clé d'évolutivité |
|---|---|---|---|
| Refroidissement par air de précision | 1,3–1,5 | Faible à modéré | Unités modulaires " à ajouter au fur et à mesure de votre croissance " |
| Systèmes d'eau glacée | <1,1 pPUE | Modéré à élevé | Unités extérieures centralisées ; tuyauterie flexible |
| Refroidissement liquide direct | <1,05 | Haut | Extraction de chaleur directe au niveau de la puce |
| Refroidissement par immersion | ~1.02 | Très élevé (100 kW et plus) | Conception sans ventilateur ; densité de nœuds doublée |
En plus de ces méthodes établies, refroidissement radiatif Cette solution offre une alternative durable, notamment dans les régions aux ressources en eau limitées. Les panneaux de refroidissement radiatif peuvent abaisser la température des liquides en dessous de la température ambiante – même en plein soleil – en rayonnant de la chaleur dans l'espace sans consommer d'électricité. Le projet HoMEDUCS intègre des panneaux de refroidissement radiatif Skycool sur les toits des modules, offrant ainsi un avantage écologique aux installations modulaires dans les régions où l'eau est rare.
sbb-itb-59e1987
Stratégies de mise en œuvre dans les configurations modulaires
Interfaces normalisées pour l'alimentation et le refroidissement
L'un des principaux avantages des centres de données modulaires est leur conception plug-and-play. Ces modules pré-assemblés en usine sont dotés d'interfaces standardisées et pré-testées ; sur site, seuls les raccordements de base pour l'alimentation et le réseau sont nécessaires. Cette approche simplifiée élimine le besoin de travaux complexes d'électricité et de tuyauterie, qui requièrent souvent une main-d'œuvre spécialisée.
" L’utilisation d’une approche de construction préfabriquée permet de définir la conception à l’avance, ce qui élimine les modifications de commande. " – PCX Corp
Les interfaces standardisées vous permettent également de capacité de refroidissement à grande échelle efficace, Ce système permet des déploiements plus rapides et plus économiques. Grâce à des interfaces communes, les modules s'interconnectent facilement et partagent la capacité de réserve de l'ensemble de l'installation. On obtient ainsi une fiabilité élevée et l'absence de besoin d'équipements redondants.
La stratégie " module dans module " est optimale lorsque les modules d'alimentation et de refroidissement sont construits avec des composants de taille identique. Cette uniformité simplifie non seulement les extensions futures, mais facilite également la formation de votre équipe de maintenance. Une fois les interfaces standardisées, l'étape suivante consiste à réaliser une analyse précise des flux d'air afin d'optimiser davantage votre configuration modulaire.
Dynamique des fluides numérique pour l'optimisation des flux d'air
Après la mise en place d'un déploiement standardisé, la modélisation par dynamique des fluides numérique (CFD) devient un outil essentiel pour optimiser le flux d'air dans les configurations modulaires. La CFD permet d'analyser les mouvements d'air. avant le déploiement d'équipements physiques permet d'identifier deux problèmes courants : les courts-circuits (où l'air froid contourne les serveurs et revient inutilisé) et la recirculation de l'air chaud qui peut entraîner des points chauds au niveau des serveurs.
Dans les environnements modulaires, la CFD agit comme un se prémunir contre les inefficacités et les risques. Vous pouvez simuler différents scénarios opérationnels et tester virtuellement des configurations alternatives, ce qui est particulièrement utile pour planifier les situations où un système de refroidissement pourrait tomber en panne.
" La modélisation et l’analyse de ces scénarios permettront de clarifier les stratégies d’optimisation et de faciliter les analyses techniques et financières ultérieures. " – Bill Kosik, ingénieur en énergie des centres de données
L'utilisation des données de CFD permet d'optimiser des éléments clés tels que l'emplacement des dalles de plancher perforées et d'identifier les obstructions du flux d'air causées par les câbles, les fils ou les tuyaux dans les planchers surélevés ou les faux plafonds. De plus, le réglage des points de consigne des vannes d'eau glacée des unités de climatisation de précision (CRAC/CRAH) en fonction des températures réelles d'entrée d'air des racks offre une plus grande précision. L'association de cette approche à des ventilateurs à vitesse variable qui s'adaptent dynamiquement à la demande prévue permet d'atteindre des valeurs de PUE partielles inférieures à 1,1, améliorant ainsi considérablement l'efficacité.
Avantages et optimisation des opérations
Réduction du PUE grâce à l'intégration des énergies renouvelables
Les systèmes de refroidissement représentent entre 25 et 401 Tb/s de la consommation énergétique d'un centre de données. En combinant des solutions de refroidissement évolutives avec des sources d'énergie renouvelables comme le solaire ou l'éolien, les opérateurs peuvent réduire considérablement leur consommation d'eau indirecte et leurs coûts d'exploitation. Contrairement aux centrales au charbon, qui consomment d'importantes quantités d'eau, l'énergie solaire et éolienne n'en requièrent aucune.
Le projet HoMEDUCS de l'UC Davis a démontré comment l'intégration de panneaux Skycool avec des échangeurs de chaleur en polymère et des plaques froides permet de réduire la consommation d'énergie de refroidissement à moins de 51 Tb/s de puissance totale, sans aucune consommation d'eau. Le Dr Narayanan a expliqué le principe scientifique sous-jacent :
" Si vous avez une puce informatique à 80 degrés Celsius, même si la température ambiante extérieure est de 40 degrés Celsius… cette [différence de température] peut être utilisée pour évacuer la chaleur de la puce. "
Ces conceptions alimentées par des énergies renouvelables ouvrent la voie à des configurations de refroidissement avancées. Le SmartMod Max de Vertiv en est un parfait exemple : il utilise des fluides frigorigènes à base de HFO et des composants extérieurs centralisés pour atteindre un PUE partiel inférieur à 1,1, même en cas de fortes charges de travail d'IA. En adaptant les composants pré-assemblés en usine aux charges prévues, ce système élimine le gaspillage de capacité. Des optimisations supplémentaires, telles que les réservoirs de stockage thermique, permettent de décaler les besoins en refroidissement vers les heures creuses, lorsque l'énergie renouvelable est plus abondante ou que les températures extérieures sont plus fraîches.
Refroidissement par zones pour des densités de racks variables
Adapter les stratégies de refroidissement aux densités de charge de travail est une autre façon d'optimiser les opérations. Le refroidissement par zones garantit une utilisation efficace de l'énergie en alignant les méthodes de refroidissement sur les charges thermiques spécifiques. Par exemple :
- Refroidissement en rangée Convient parfaitement aux racks générant 10 à 20 kW de chaleur.
- Échangeurs de chaleur passifs à porte arrière supporter des charges de 20 à 30 kW.
- Refroidissement par immersion liquide est idéal pour les racks de plus de 50 kW.
De plus, le confinement des allées chaudes et froides peut réduire la consommation d'énergie des refroidisseurs jusqu'à 20%. Pour une efficacité optimale, installez des dalles de sol perforées dans les allées froides et adaptez les débits d'air aux besoins spécifiques des équipements. Utilisez des capteurs aux entrées des racks pour des relevés de température précis, plutôt que de vous fier à la température ambiante, et équipez les ventilateurs de refroidissement de variateurs de fréquence pour un ajustement dynamique en fonction de la température d'entrée maximale enregistrée dans chaque zone.
Le Laboratoire national des Rocheuses fournit un exemple convaincant de ces stratégies en action. En utilisant un système hybride combinant refroidissement liquide direct, évacuation de la chaleur par air et tour de refroidissement ouverte, ils ont atteint un PUE impressionnant de 1.06 et une efficacité d'utilisation de l'eau de 0.7. Ceci illustre comment des solutions de refroidissement sur mesure et adaptées à chaque zone peuvent assurer à la fois une efficacité énergétique et une économie d'eau lorsqu'elles sont conçues pour correspondre au profil de densité spécifique d'une installation.
Conclusion
Le refroidissement évolutif révolutionne l'efficacité et la croissance des data centers modulaires. En adaptant la capacité de refroidissement aux charges informatiques réelles, les opérateurs évitent le gaspillage de ressources typique des configurations traditionnelles, ce qui accélère les déploiements et réduit les coûts initiaux.
Pour les charges de travail d'IA à haute densité, le refroidissement liquide et par immersion représente une solution révolutionnaire. Ces méthodes permettent de gérer la chaleur intense que les systèmes à air peinent à dissiper. Le refroidissement par immersion, en particulier, peut atteindre un PUE impressionnant de seulement 1,02, tout en réduisant les coûts d'exploitation et en prolongeant la durée de vie du matériel. Bien qu'il nécessite un investissement initial plus important, ses avantages à long terme en font un choix judicieux.
La durabilité constitue un autre atout majeur. Les systèmes avancés, tels que les panneaux de refroidissement radiatifs et les échangeurs de chaleur en circuit fermé, éliminent le besoin en eau, évitant ainsi les problèmes environnementaux liés aux méthodes par évaporation – un point particulièrement important dans les régions touchées par la sécheresse. Associées aux énergies renouvelables, ces solutions permettent de réduire la consommation d'énergie pour le refroidissement à moins de 51 TPL, une baisse significative par rapport à la consommation habituelle de 25 à 401 TPL. Ce niveau d'efficacité est non seulement bénéfique pour l'environnement, mais il accroît également la flexibilité opérationnelle.
La conception modulaire des systèmes de refroidissement évolutifs renforce leur adaptabilité. Les unités de refroidissement peuvent être ajoutées, remplacées ou entretenues sans interruption de service, ce qui facilite l'ajustement aux fluctuations des besoins informatiques. Face à une augmentation prévue des besoins mondiaux en refroidissement de 451 000 tonnes d'ici 2050, cette flexibilité n'est plus une option, mais une nécessité pour rester compétitif.
Choisir dès aujourd'hui des solutions de refroidissement évolutives garantit l'efficacité et la pérennité des centres de données. Qu'il s'agisse de refroidissement en rangée pour les charges de travail modérées ou de systèmes à immersion pour le calcul haute performance, ces solutions adaptées offrent des avantages immédiats sans nécessiter de mises à niveau coûteuses.
Serverion intègre ces stratégies de refroidissement avancées dans ses centres de données modulaires, garantissant ainsi efficacité et durabilité. Pour en savoir plus, consultez Serverion.
FAQ
Quels sont les avantages des systèmes de refroidissement évolutifs dans les centres de données modulaires ?
Les systèmes de refroidissement évolutifs permettent aux datacenters modulaires de s'adapter efficacement à l'évolution des besoins en calcul en ajustant la capacité de refroidissement aux charges de travail actuelles. Composés d'éléments modulaires et redondants, ces systèmes permettent aux opérateurs d'étendre ou de modifier l'infrastructure (refroidisseurs, centrales de traitement d'air, etc.) sans remplacer les équipements existants. Cette approche garantit des performances optimales dès aujourd'hui tout en préservant la flexibilité nécessaire pour les développements futurs.
L'un des principaux avantages du refroidissement évolutif réside dans sa capacité à réduire la consommation d'énergie, ce qui diminue directement les coûts d'électricité et les émissions de carbone. Sachant que le refroidissement peut consommer jusqu'à 401 Tbps de la puissance d'un centre de données, il s'agit d'un atout majeur. Outre les économies d'énergie, les systèmes à haut rendement, tels que les boucles d'eau glacée, réduisent également la consommation d'eau – un avantage particulièrement crucial dans les régions où l'eau est rare, comme le sud-ouest des États-Unis. Les conceptions modulaires contribuent également à éviter le surdimensionnement, permettant aux entreprises d'adapter progressivement leur capacité pour répondre aux exigences des charges de travail à haute densité, tout en garantissant la fiabilité. Serverion intègre ces technologies de refroidissement avancées dans ses centres de données modulaires, fournissant des services d'hébergement performants et économes en énergie à travers les États-Unis.
Quels sont les avantages de l'utilisation de composants à vitesse variable dans le refroidissement modulaire des centres de données ?
Les composants à vitesse variable – tels que les ventilateurs, les pompes et les compresseurs – permettent aux centres de données modulaires d'ajuster dynamiquement leur puissance de refroidissement en fonction de la charge informatique réelle. Au lieu de fonctionner à capacité constante, ces composants peuvent moduler leur puissance selon les besoins. Résultat ? Une réduction du gaspillage d'énergie et une amélioration des performances. Efficacité énergétique (PUE), des factures d'électricité réduites et une empreinte environnementale moindre grâce à la réduction de la consommation d'eau et des émissions de carbone.
Outre les économies d'énergie, ces systèmes offrent un contrôle précis de la température, évitant ainsi le refroidissement excessif et les points chauds susceptibles d'endommager les équipements. De plus, grâce à une réduction des contraintes mécaniques, ces composants ont une durée de vie plus longue et nécessitent moins d'entretien. Face à l'augmentation des besoins des centres de données, les systèmes à vitesse variable s'adaptent en ajustant simplement la vitesse des composants, évitant ainsi des mises à niveau coûteuses.
Pourquoi le refroidissement par immersion est-il idéal pour les charges de travail à haute densité ?
Le refroidissement par immersion est parfaitement adapté aux charges de travail à haute densité, car il dissipe efficacement la chaleur des composants du serveur en les immergeant dans un liquide non conducteur. De ce fait, il élimine le besoin de systèmes de refroidissement traditionnels tels que les ventilateurs et les dissipateurs thermiques, permettant ainsi une plus grande concentration de puissance de calcul dans chaque baie.
De plus, cette approche permet aux serveurs de fonctionner à des températures élevées sans compromettre l'efficacité énergétique. Cela améliore non seulement les performances du processeur, mais fait également du refroidissement par immersion un excellent choix pour répondre aux exigences rigoureuses des centres de données haute performance actuels.
