Forte croissance observée pour le refroidissement par immersion.

Vue d’un système de confinement d’allée froide dans un centre de données. © JDzacovsky / Shutterstock.com

La densité des centres de données et la consommation d’énergie qui l’accompagne continuent de croître rapidement, mettant en évidence les besoins d’une consommation d’énergie et d’une gestion thermique plus efficaces, domaines dans lesquels le refroidissement par immersion des centres de données – encore à ses balbutiements – joue un rôle croissant, selon le cabinet de conseil Kline & Co. .

Le nombre total de centres de données dans le monde a augmenté rapidement au cours des deux dernières années, passant de 8 000 en 2021 à 10 980 en 2023, a déclaré Pooja Sharma, chef de projet au sein de la pratique énergétique de Kline & Co., lors d’un webinaire en ligne en avril. 4.

« Surtout au cours des trois à cinq dernières années, ce secteur a connu une forte croissance en termes d’ajouts de capacité », a déclaré Sharma, en particulier dans le traitement et le stockage de données à haute densité. « La croissance s’accompagne d’une demande accrue de consommation d’énergie. »

La densité des centres de données est de loin la plus élevée aux États-Unis, a-t-elle noté, suivis par l’Allemagne, le Royaume-Uni et la Chine

Sharma a noté que selon l’Agence internationale de l’énergie, la consommation mondiale d’énergie des centres de données – à l’exclusion de la cryptographie – est passée de 200 térawattheures en 2015 à 240-340 TWh en 2022, soit une augmentation de 20 à 70 %. Un térawattheure, ou TWh, est une unité d’énergie représentant un billion de watts de puissance utilisée pendant une heure. La consommation d’électricité pour l’énergie de crypto-minage est passée de 4 TWh en 2015 à 100-150 TWh en 2023.

Outre cette augmentation de la demande en électricité des centres de données, la crise de l’eau dans de nombreux pays constitue un autre facteur. Elle a noté que les Nations Unies estimaient que d’ici 2025, 50 % de la population mondiale vivrait dans des zones de stress hydrique, faisant de l’utilisation de l’eau des centres de données un domaine environnemental clé pour donner la priorité au changement.

La croissance mondiale d’une grande variété d’applications est ce qui génère la croissance des centres de données. « À l’échelle mondiale, la quantité de données créées monte en flèche », a déclaré Sharma.

Pour situer le contexte, elle a expliqué qu’en 2010, lorsque l’Internet était en pleine maturité et que la mondialisation du traitement des données commençait, les données représentaient environ 2 zettaoctets. D’ici 2023, ce total a atteint 120 zettaoctets, a-t-elle déclaré, et il devrait atteindre 2 100 zettaoctets d’ici 2035. Un seul zettabye contient un milliard de téraoctets et est un terme utilisé pour mesurer de grandes quantités globales de données, y compris les données mondiales. totaux.

Certains des facteurs à l’origine de la croissance des centres de données comprennent l’explosion de l’informatique basée sur le cloud, la demande croissante de centres de données de pointe et de micro-centres de données, l’utilisation croissante des téléphones intelligents et des tablettes à l’échelle mondiale et ce que l’on appelle une « ruée vers l’or » pour l’intelligence artificielle. Ce dernier comprend un grand modèle de langage et une IA générative, l’apprentissage automatique et une forte augmentation des investissements technologiques.

« On s’attend à ce que la création de données connaisse une croissance exponentielle au cours des 10 à 15 prochaines années », a déclaré Sharma. Avec la croissance des centres de données, a-t-elle déclaré, le secteur des infrastructures informatiques est soumis à une immense pression pour réduire sa consommation d’énergie, du point de vue de la réglementation ainsi que des économies de coûts.

Au sein de la catégorie du refroidissement par immersion, différents types de systèmes de refroidissement ont vu le jour. Elle a déclaré que les deux variantes conçues pour gérer la densité de charge thermique la plus élevée par rack (jusqu’à 250 kW) sont le refroidissement par immersion monophasé utilisant du fluorocarbone et le refroidissement par immersion biphasé. Pour des charges thermiques allant jusqu’à un peu plus de 150 kW, un refroidissement par immersion monophasé utilisant de l’huile.

La chaîne de valeur des centres de données comprend une variété de segments : centres de données, déployeurs d’ingénierie, spécialistes du refroidissement, fabricants de serveurs, fabricants de puces et un nombre croissant de fournisseurs de fluides de refroidissement par immersion. Elle a déclaré que jusqu’à présent, plus de 30 fluides de ce type ont vu le jour, avec des exemples comprenant des produits fabriqués à partir d’huile de base gazeuse, de polyalphaoléfines, d’huiles minérales à faible viscosité et d’esters, entre autres. Parmi les nombreux fournisseurs de fluides, on peut citer Shell, ExxonMobil, Castrol, TotalEnergies, SK Lubricants, Eneos, Honeywell, Svensqo, Mivolt, Engineered Fluids, Chevron Phillips Chemical, Lubrizol, Chemours et Cargill. Sharma a noté que le nombre de fournitures de fluide de refroidissement par immersion augmente rapidement sur le marché, à mesure qu’elles établissent des partenariats et proposent différents produits.

Sur le marché actuel des centres de données, le refroidissement par immersion est piloté par des racks dont la densité de puissance est supérieure à 30 kW. Cela représentait environ 15 % de la densité de puissance moyenne mondiale des racks en 2023, ce qui signifie environ 0,5 % de pénétration du refroidissement par immersion ou environ 4 000 racks standard. « Le refroidissement par immersion en est à la première étape de son cycle de vie », a-t-elle noté, ajoutant qu’il est important de noter que tous les équipements informatiques ne peuvent pas être immergés.

« Le refroidissement par immersion fait actuellement l’objet de quelques déploiements à grande échelle ainsi que de bancs d’essai établis pour tester cette technologie », a-t-elle déclaré. « Il existe des centres de données à grande échelle dans lesquels cette technologie est testée au niveau du rack, et certaines installations de périphérie essaient cette technologie et des installations de colocalisation. Tout cela compris, on estime que plus de 4 000 racks standard ont été immergés dans les données grâce à cette technologie déployée.

 Kline a estimé la taille volumétrique actuelle des fluides de refroidissement par immersion « en cours d’utilisation » à environ 4 ou 5 millions de litres en 2023. Ceux-ci sont utilisés dans des applications informatiques hautes performances et également dans certaines configurations de crypto-minage dans les centres de données.

« Le refroidissement par immersion dans les centres de données est certainement sur le point de croître », d’ici 2033, a-t-elle déclaré. « Nous estimons que la demande de fluides de refroidissement par immersion devrait être multipliée par plus de 10 à l’avenir par rapport aux niveaux actuels. » Un tournant est attendu entre 2028 et 2033, lorsque les fabricants de puces et de serveurs devraient recommander des spécifications pour le liquide de refroidissement par immersion. Un retour sur investissement prouvé devrait également aider les hyperscalers à passer au refroidissement par immersion.

Elle a souligné que le marché est actuellement dans sa phase de formation. « Tous les besoins en refroidissement ne sont pas les mêmes dans les centres de données », a-t-elle déclaré. « À long terme, alors que le changement devrait s’intensifier à mesure que cette technologie commence à mûrir, elle sera plus largement adoptée par les grands acteurs du secteur des centres de données. « Une croissance plus forte est attendue à long terme. »

Depuis 2007, l’efficacité énergétique annuelle moyenne des centres de données a diminué et est restée essentiellement stable depuis 2013 environ, en raison de l’évolution des technologies, du matériel et des logiciels des centres de données. Elle a déclaré que les facteurs qui poussent le marché à rechercher une consommation d’énergie plus efficace comprennent une augmentation continue de la densité de puissance des racks qui entraîne une surchauffe des serveurs, une augmentation de la densité de puissance des puces pour répondre aux applications d’IA gourmandes en énergie et une hausse des prix de l’immobilier qui entraîne le besoin de informatique plus compressée. « Il existe un fort besoin dans le secteur des centres de données de réduire la consommation d’énergie nécessaire au maintien de l’alimentation des équipements et à la gestion thermique globale », a-t-elle ajouté.

Elle a expliqué que les charges thermiques élevées dans les centres de données typiques s’élèvent aujourd’hui à 15-30 kilowatts par rack, ce qui est pris en charge par les systèmes de refroidissement existants. Il s’agit généralement de systèmes de refroidissement par air considérés comme les meilleurs de leur catégorie. Cependant, dans les prochaines années, pour améliorer les performances du processeur et de l’unité de traitement graphique, une charge thermique plus élevée nécessiterait un refroidissement efficace, a-t-elle déclaré. Le refroidissement par air n’est pas considéré comme adapté aux clusters IA d’environ 20 KW par rack, tandis qu’une conception de distribution de refroidissement sur mesure complique le déploiement.

Le refroidissement par air actuel consiste en d’énormes tours de refroidissement installées sur le toit d’un centre de données. Le refroidissement par immersion – appelé technologie de refroidissement « disruptive » – utilise des serveurs à haute densité de puissance immergés dans des réservoirs de refroidissement remplis de fluides dialectiques. « Un nombre croissant de centres de données considèrent le refroidissement liquide et le refroidissement par immersion comme une solution viable », a-t-elle déclaré.

Ces technologies émergentes sont en cours d’évaluation pour les besoins de demain. « Les décisions prises par les centres de données seront basées sur certains facteurs, tels que les exigences informatiques, le coût du passage d’un système de refroidissement existant à un nouveau système de refroidissement et une nouvelle technologie », a-t-elle déclaré. Un autre facteur pourrait être la pression que les centres de données peuvent rencontrer dans différentes parties du monde pour répondre aux différentes exigences des différents marchés nationaux, a-t-elle ajouté.

Le webinaire était basé sur les informations du rapport « Immersion Cooling Fluids in Digital Infrastructure » de Kline. (lubesngreases 09/04/2024)