Le cœur de l'alimentation des centres de données

Les usines informatiques de l'ère technologique

Les centres de données sont devenus les usines informatiques de l'ère technologique actuelle. Depuis les premiers jours des installations dédiées au stockage des ordinateurs et des bandes magnétiques, jusqu'au développement de l'informatique mondiale et de l'internet avec les services connectés associés, la demande mondiale de données n'a cessé de croître.

Les premiers centres de données étaient initialement axés sur le maintien d'un environnement correct pour l'équipement informatique, mais à mesure que les systèmes devenaient plus critiques, la fiabilité et la résilience de l'infrastructure d'alimentation et de refroidissement devenaient de plus en plus importantes.

Au cours des dix dernières années, la densité de puissance des centres de données est passée de 1kW/m2 à 4kW/m2, les baies de serveurs ont désormais une densité de puissance moyenne de 10kW chacune et cette valeur ne cesse d'augmenter, et les centres de données eux-mêmes deviennent de plus en plus grands à mesure que nous installons de plus en plus de baies. Il y a dix ans, un centre de données de 10 MW était considéré comme important ; aujourd'hui, avec l'émergence de l'informatique en nuage, les centres de données se mesurent en centaines de MW.

L'objectif est désormais de fournir des MW de capacité informatique à une densité croissante. Les densités de puissance et les capacités de puissance totale plus élevées ont conduit à la nécessité de se concentrer sur l'efficacité de l'exploitation, en mettant l'accent sur le PUE (power usage effectiveness) du centre de données - une mesure de la puissance totale fournie au centre de données par rapport à la puissance "utile" fournie au serveur.

Le point crucial de l'alimentation

L'augmentation de la demande de données et de la consommation d'énergie exerce une pression sur les systèmes électriques. Si cette croissance est extrapolée, nous atteindrons un point où la pression sur la capacité mondiale à fournir et à distribuer de l'énergie ne sera plus soutenable en termes de coût de connexion aux services publics, de coût de l'énergie, d'impact sur les ressources et d'impact sur la planète.

La croissance actuelle n'est pas durable

La conception actuelle des centres de données est axée sur des installations de plus en plus grandes pour soutenir la croissance des services en nuage, des données et de la connexion mondiale. Avec des ressources limitées, une population croissante et une meilleure compréhension de notre impact sur la planète, cette croissance n'est pas durable.

Nous sommes confrontés à un nombre croissant d'utilisateurs de données et de processus utilisant des données.

L'accès à la source mondiale de données, de traitement et de stockage est reconnu par les Nations unies comme un droit humain fondamental, et l'accès à l'internet pour le reste de la population non connectée est une priorité. Aujourd'hui, avec l'augmentation du trafic et du stockage de données, des processus et des services, la norme mondiale actuelle veut que nos vies, les installations que nous utilisons et les services dont nous dépendons exigent l'accès aux données et s'arrêtent sans cet accès.

Depuis un certain temps, nous nous concentrons sur l'amélioration du PUE. Le PUE est passé de plus de 2,0 il y a quelques années à 1,15 aujourd'hui dans les bonnes circonstances. Cette réduction a été obtenue en concevant des systèmes électriques et de refroidissement efficaces sur le plan énergétique. Nous avons séparé les flux d'air chaud et d'air froid grâce au confinement des allées ; nous utilisons des variantes de systèmes de refroidissement libre, permettant à nos salles de données de fonctionner plus chaudement, en spécifiant des équipements économes en énergie tels que les onduleurs, les transformateurs, etc.

Tout cela a permis de réduire le PUE et d'économiser des millions de dollars en frais d'électricité pour les opérateurs de centres de données, mais nous constatons toujours une pression à la hausse sur la consommation d'énergie en raison de l'échelle des centres de données modernes. La réduction du PUE n'est plus suffisante pour contrecarrer la pression croissante sur la consommation d'énergie des données.

Cette situation n'est tout simplement pas viable en termes de coûts d'infrastructure, d'impact sur l'environnement et d'épuisement des ressources mondiales.

Les centres de données de pointe se sont concentrés sur l'efficacité énergétique et la rentabilité. Nous poussons les conceptions à être plus rentables en termes de capital installé et de retour sur investissement en tirant le meilleur parti de nos centres de données, mais nous n'avons pas encore la bonne mentalité. Dans l'ensemble, nous vendons l'espace des centres de données sur la base de l'utilisation de l'énergie, ce qui n'incite pas ou peu à améliorer les choses.

L'avenir

D'une part, l'avenir doit être axé sur les énergies renouvelables et l'industrie est certainement en train de relever ce défi. En 2018, Apple et Google ont tous deux indiqué qu'ils répondaient à leur demande d'électricité grâce à des sources renouvelables. Facebook s'est engagé à être 100 % renouvelable d'ici 2020. AWS construit des parcs éoliens et des parcs solaires uniquement pour compenser la consommation d'électricité de ses centres de données. Google a annoncé cette année le plus important achat d'énergies renouvelables par une entreprise, ce qui porte son portefeuille total d'énergies renouvelables à 5 500 MW.

Mais les sources d'énergie renouvelables ne suffisent pas. Nous devons nous concentrer sur les serveurs eux-mêmes, sur la technologie informatique qui consomme tant d'énergie. Plutôt que de fournir plus d'énergie pour répondre à la demande des serveurs, nous devons développer des serveurs qui consomment moins d'énergie.

Nous devons examiner la technologie informatique utilisée dans les serveurs. Nous utilisons la même technologie basée sur les puces de silicium depuis 50 ou 60 ans. Gordon Moore, cofondateur d'Intel, a déclaré en 1965 que la vitesse et les performances des ordinateurs allaient plus ou moins doubler tous les deux ans, et il avait raison. Mais les gains d'efficacité obtenus arrivent à leur terme. La loi de Moore a pratiquement fait son temps. Nous nous sommes heurtés à la barrière physique de la limitation des transistors.

Quelles sont les prochaines technologies ?

IBM, Google et Intel sont engagés dans une course au développement de l'ordinateur quantique. L'informatique quantique a la capacité de traiter exponentiellement plus de données qu'un ordinateur classique grâce à l'état quantique connu sous le nom de superposition, tout en utilisant beaucoup moins d'énergie.

Les ordinateurs quantiques utilisent des réfrigérateurs cryogéniques pour fonctionner à des températures extrêmement basses. À ces températures, la supraconduction se produit et l'électricité est conduite pratiquement sans résistance et donc pratiquement sans consommation d'énergie ni émission de chaleur.

D'autres technologies sont également développées et envisagées pour remplacer les ordinateurs classiques, comme l'informatique photonique, qui utilise la lumière au lieu de l'électricité, et l'informatique neuromorphique, qui utilise une méthode totalement différente et économe en énergie pour construire et faire fonctionner un ordinateur.

Bien qu'il faille encore des décennies avant que ces types de technologies soient commercialement et pratiquement disponibles pour remplacer les ordinateurs classiques, nous devons continuer à les développer pour contrebalancer la tendance à la consommation d'énergie qui est la nôtre.

Si nous croyons à la science du réchauffement climatique, cela devrait suffire. Nous avons une petite planète aux ressources limitées. Si nous ne faisons rien, la possibilité de décider de notre avenir nous échappera et nous risquons de nous retrouver dans une situation que nous n'avions pas prévue.