Les technologies matérielles dédiées au centre de calcul orienté Cloud Computing sont définies par leur contenant, le centre de données, et son contenu.L'architecture du centre de données ainsi que la gestion du réseau et la gestion du matériel influent sur la gestion de l’énergie.La gestion de l'énergie a un impact sur le coût, la puissance et le choix des technologies utilisées.
Matériel pour la Gestion de l'Énergie
Malgré la multiplication des centres de données, selon le site datacentermapSite de datacentermap, , l’intensité énergétique des centres de données aurait diminué de 20 % par an depuis 2010. Quant à la consommation d’énergie celle-ci n’a crû que de 6 % entre 2010 et 2018Site connaissancedesenergies.org, . Cependant les progrès d’efficacité énergétique des centres de données n’auraient pas été mesurés à leur juste niveau au cours des dernières années, selon un article publié par des chercheurs américains dans le magazine Science du Site du magazine Science, . La prise de conscience des politiques, des chercheurs mais aussi des grands industriels(certification ISO 50001) n'est pas étrangère à ce ralentissement conséquent de la consommation d'énergie. Les paragraphes suivants démontrent par des articles scientifiques, de presse spécialisée, d'études que le sujet « gestion de l'énergie » est au centre des réflexions et c'est par ailleurs un moteur de recherche pour le développement de nouvelles technologies dans les domaines de l'alimentation électrique, la climatisation, la virtualisation et la fabrication des composants électroniques.
Problématiques Les technologies numériques telles que le « cloud computing », l’Internet des objets, le big data, les plates-formes sociales, nécessitent des infrastructures de traitement et de stockage de plus en plus importantes et de plus en plus énergivores. La plus grande partie de cette énergie est rejetée dans l’atmosphère sous forme de chaleur. Comment la récupérer et l'utiliser ? Des réalisations existent et de nouveaux projets et solutions techniques se développent. En 2016, 3 % de l’électricité mondiale étaient consommés par les centres de données, 650 térawatts-heures : c'est la consommation prévue des centres de données du monde entier en 2020 selon une estimation relayée par le média canadien CBCSite de clubic.com, . De plus en plus de centres de données se construisent aux quatre coins de la planète, une récente étude en dénombre plus 4500. À titre d’exemple, la totalité des centres de données GoogleSite alejandrobarros.com , représente plus de . Des équipements qu’il faut alimenter en électricité avec des transformateurs électriques, onduleurs, des groupes électrogènes de secours, mais surtout qu’il faut refroidir. Et la 5G qui ne manque pas à l’appel de la production de chaleur par sa vitesse et une capacité de transport des données augmentées, une latence plus faible et une densité de connexion plus élevée que les technologies précédentes. Actuellement le refroidissement consomme souvent 30 à 60 % de l’électricité entrante dans le centre de données suivant l’ancienneté de celui-ci et les technologies utiliséesSite filiere-3e.fr, . Avec la 5G, on pourrait s’attendre à une augmentation de la facture dans les prochaines années.
Le refroidissement •Par évacuation de la chaleurÉvacuer la chaleur des centres de données est l'un des enjeux majeurs et pourtant l’un des moins bien compris des environnements informatiques vitaux. Les équipements informatiques et les nouvelles technologies utilisent une quantité d'électricité identique ou même supérieure à celle des équipements remplacés. La chaleur produite dans les centres de données augmente donc. Des systèmes précis de refroidissement et d'évacuation de la chaleur sont utilisés pour collecter et transporter cette énergie thermique indésirable pour la rejeter à l'extérieur dans l'atmosphère. Le livre blanc Les différentes technologies de refroidissement des centres de donnéesLivre Blanc Schneider Electric, écrit par Tony Evans et édité par Schneider Electric dénombre 13 grandes méthodes d'évacuation de la chaleur pour refroidir l'environnement informatique et acheminer l'énergie thermique indésirable depuis le matériel informatique jusqu'à extérieur. On retrouve une ou plusieurs de ces méthodes de refroidissement dans la quasi-totalité des salles informatiques et des centres de données vitaux. La plus grande partie de ces méthodes utilise le cycle de réfrigération comme principal moyen de refroidissement.
•Par Immersion du centre de données
Le projet NatickSite lemondeinformatique, lancé en 2018 de centre de données aquatique, plongé à environ de profondeur a été ramené à la surface en . L’objectif principal de ce projet est la réduction de l’empreinte carbone des centres de données, un succès selon Microsoft. La zone choisie est entièrement alimentée par des énergies renouvelables, principalement du solaire et de l’éolien, mais aussi par des technologies du Centre européen de l’énergie marine, encore en cours d’expérimentation. Sur les , seulement 8 ont été retrouvés défectueux.
•La solution « bain d’huile »
50 % de la consommation d’énergie des centres de données est due à la climatisation et aux autres systèmes de refroidissement des infrastructures. Une solution économique qui consiste à plonger les serveurs dans un bain d’huile diélectrique est proposée par une société néerlandaise Asperitas. Cette solution permettrait d’emmagasiner la chaleur produite par les composantes électroniques des serveurs dans l’huileSite Asperitas, et de limiter ainsi l’utilisation des climatiseurs. Une solution simple et plutôt écologique, qui devrait aider à réaliser des économies significatives sur les factures d’électricité de façon durable.
•Climatisation inter baie
Refroidir au plus près des besoins permet d’améliorer son PUE, gagner en efficacité énergétique et préserver les équipements sensibles : serveurs, matériels actifs. C’est aussi un moyen de gagner de la surface au sol. Sous cet angle, la climatisation inter baieSite Efirack, est un refroidissement de proximité efficace et maîtrisé. Il est vraiment adapté aux besoins de l’informatique.
Structure bâtiment •centre de données préfabriqué gauche|vignette|Sun Modular Datacenter
Un centre de données préfabriqué est conçu sur mesure pour correspondre à la géographie, au climat, au profil technologique, aux applications informatiques et aux objectifs commerciaux d'un projet particulier tout en bénéficiant de la vitesse et des économies induites par une conception et une préfabrication modulaires.La modernisation est réalisée unité par unité. Une fois le processus achevé, le système électrique fournira les mêmes à la charge informatique, toujours avec les mêmes taux d’utilisation qu’avant la mise à niveau, mais avec un rendement bien meilleur, atteignant les 96 %, et une empreinte réduite. Selon les projets l’opérateur d’un centre de données peut économiser plus de en coûts d’exploitation chaque année en électricité seulementSite Vertiv. Livre Blanc page 5,
•Toit végétalisé gauche|vignette|Toit Végétalisé (50329058)
Ce tapis de verdure apporte une isolation thermique des toitures. En restituant l’eau dans l’atmosphère par évapotranspiration, le toit végétal améliore aussi le climat local, notamment en été, puisqu’il refroidit la surface de la toiture et ré-humidifie l’air, asséché par la pollution urbaineSite Greenit, .
•Réduire les nuisances sonores gauche|vignette|Datacenter-telecom À la suite de diverses plaintesSite lemondeinformatique.fr. Tribunal de Montreuil, (en raison de la présence de groupes électrogènes avec moteur à combustion, certes prévus pour fonctionner en secours de l’alimentation électrique et lors des essais mensuels et la maintenance, mais également de systèmes de réfrigération installés à l’air libre sur les terrasses, prévus pour fonctionner en permanence, ainsi qu’en raison d’un trafic quotidien de l’ordre de quinze véhicules poids lourds) et plusieurs assignations en justice, les centres de données situés en zone urbaine sont tenus de respecter certaines règles, notamment la mise en application du Décret du Site legifrance.gouv.fr. Bruit voisinage, . Concernant le bruit à l'intérieur d'un centre de données, c'est l'application du décret du Site legifrance.gouv.fr. Bruit au Travail, .
•Ressources bibliographiques
→ Le mondial du PC, Lenovo, parie, lui, sur le liquid cooling. Cette technologie achemine à l'aide de tubes de l'eau tiède au plus près des composants Optimisation du matériel Des évolutions matérielles permettent de lutter efficacement d'une part contre une propagation trop importante de chaleur et d'autre part à l'intérieur des centres de données.
Les nouveaux serveurs de 2CRSI Le concepteur strasbourgeois de serveurs informatiques, 2CRSI, propose une nouvelle infrastructure plus performante et moins énergivore baptisée OctopusSite 2crsi, . Afin de réduire la consommation de ses nouveaux serveurs, le fabricant s’est attelé à revoir le système de refroidissement avec un système de ventilation mutualisé qui sert différents serveurs. Cette solution assure, selon 2CRSI, une ventilation 6 fois plus performante avec 23 % d’économie d’énergie.
Reinforcement Learning. Apprentissage par renforcement
Huawei a développé un système de gestion thermique qu'il appelle iCooling, s'appuyant sur l'apprentissage automatique et l'apprentissage en profondeur pour analyser les données historiques et identifier les facteurs clés affectant la consommation d'énergieSite aitrends.David Turek, .
Éclairage L’éclairage même s’il ne représente qu’entre 3 et 5 % de l’électricité nécessaire au fonctionnement des centres de données informatiques, c'est aussi un levier important pour optimiser la consommation d’électricité et diminuer l’impact environnemental de ces centres tentaculairesSite Airfal, .
Le câblage gauche|vignette|Ontario Datacenter California 5 Gestion de l'alimentation verte grâce aux cordons d'alimentation. Les cordons d'alimentation d'un centre de données peuvent avoir un impact significatif sur le PUE et les coûts opérationnels. Plus le cordon d'alimentation est court, plus la distance parcourue par l'électricité est courte, plus les temps de réponse sont rapides et plus la puissance est distribuée efficacement. Cela permet d'économiser dans tous les domaines, du financier, à l'environnement et aux performances de productivité et de fonctionnalité du centre de données. Un câblage bien organisé avec un jeu réduit libère de l'espace et augmente le flux d'air autour de l'équipement informatique, ce qui permet un meilleur refroidissement. « Passer au vert » avec des solutions de câblage haute densité peut gérer des centaines de connexions pour améliorer les performances et les coûts du centre de donnéesSite pduwhips, .
HP Virtual Connect (VC) Flex-10 Cette technologie est une solution matérielle qui permet de diviser un réseau de serveurs connexion en quatre partitions variables. Technologie Flex-10 permet de remplacer plusieurs ports NIC physiques à bande passante inférieure avec un seul port Flex-10. Cela réduit la gestion d'exigence, le nombre de NIC et de modules d'interconnexion nécessaires, ainsi que les coûts d’énergie et d’exploitation.
COPA Highly Cost-Effective Power Back-Up for Green Datacenters La COPA apporte trois nouvelles techniques. La première technique, appelée planification de la capacité minimale de l'onduleur, détermine la capacité de puissance la moins nominale et la durée de fonctionnement des onduleurs pour garantir le fonctionnement normal d'un centre de données vert pendant les pannes de courant du réseau.
La deuxième technique, nommée UPS coopérative / alimentation électrique renouvelable, utilise des onduleurs et de l'énergie renouvelable en même temps pour alimenter chaque rack en cas de panne du réseau.