Les opérateurs de data center évaluent les options de refroidissement liquide, à mesure que les applications informatiques à haute intensité de calcul se développent. Selon Dell’Oro Group, les revenus du marché du refroidissement liquide approchent les 2 milliards USD d’ici 2027 avec un TCAC de 60 % pour les années 2020 à 2027, car les entreprises adoptent davantage de services cloud, utilisent l’intelligence artificielle (IA) pour alimenter l’analytique avancée et la prise de décision automatisée et implémentent des applications de blockchain et de cryptomonnaie.
AI Hardware Implications for Thermal Management, © 2023 Dell’Oro Group
Actuellement, les data centers prennent en charge des exigences de puissance de rack supérieures à 20 kW, mais le marché s’oriente vers 50 kW ou plus. Les unités centrales de traitement (CPU) et les processeurs graphiques (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 en matière de calcul haute performance et d'applications d'IA.
Le traitement à air montre désormais ses limites. Le refroidissement par air traditionnel ne peut pas refroidir ces racks haute densité de manière efficace et durable.
Par conséquent, les opérateurs de data center explorent leurs options de refroidissement liquide. Le refroidissement liquide exploite les propriétés de transfert thermique supérieures de l’eau ou d’autres fluides pour prendre en charge un refroidissement efficace et économique des racks haute densité et peut être jusqu’à 3 000 fois plus efficace que le refroidissement par air. Longtemps reconnu pour les applications mainframe et de gaming, le refroidissement liquide se développe pour protéger des serveurs rackables dans les data centers du monde entier. Vertiv a créé un large éventail de ressources pour vous aider à comprendre les défis, les opportunités et les exigences techniques que présente le refroidissement liquide. Ces ressources vous aideront à décider comment appliquer et adapter le refroidissement liquide dans votre data center.
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Comprendre les options et les performances de refroidissement liquide
Les opérateurs de data center s’orientent vers l’une de trois voies possibles du refroidissement liquide. Ils développent des data centers exclusivement refroidis par liquide, préparant les installations refroidies par air pour l’avenir grâce à une nouvelle infrastructure capable de prendre en charge à l’avenir des racks refroidis par liquide et intègrant le refroidissement liquide dans les sites actuels refroidis par air dépourvus de l’infrastructure nécessaire. La plupart d’entre eux choisiront très probablement cette dernière voie, afin d’obtenir une capacité qui répond aux besoins à court terme de l’activité et fournit un retour sur investissement rapide.
L’installation du refroidissement liquide peut être compliquée. Le personnel des data centers souhaiteront travailler avec un partenaire pour examiner les enjeux clés, notamment les exigences en matière de plomberie, la distribution du refroidissement, la capacité d’équilibrage, les stratégies d’atténuation des risques et les systèmes de rejet de chaleur.
Vos options pour le refroidissement liquide comprennent :
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Les portes arrières froides – Les portes froides passives ou actives remplacent la porte arrière du rack de l’équipement IT par un échangeur de chaleur par liquide. Ces systèmes peuvent être utilisés en conjonction avec des systèmes de refroidissement par air pour refroidir des environnements avec des densités de rack mixtes.
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Refroidissement liquide direct-to-chip – Les plaques froides direct-to-chip s’installent sur les composants générant de la chaleur de la carte pour évacuer la chaleur par le biais de plaques froides mono-phases ou des unités d’évaporation bi-phases. Ces technologies de refroidissement peuvent éliminer environ 70 à 75% de la chaleur générée par l’équipement du rack, laissant 25 à 30% qui doivent être éliminés par les systèmes de refroidissement par air.
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Refroidissement par immersion – Les systèmes de refroidissement par immersion mono-phases et tri-phases immergent les serveurs et autres composants du rack dans un liquide ou un fluide diélectrique conducteur thermique, éliminant ainsi le besoin de refroidissement par air. Cette approche maximise les propriétés de transfert thermique du liquide et constitue la forme de refroidissement liquide du marché la plus écoénergétique.
6 éléments à considérer lors de l’introduction du refroidissement liquide dans les data centers refroidis par air
Bien que des data centers exclusivement refroidis par liquide soient en développement et que certains nouveaux data centers refroidis par air soient conçus pour accueillir à l’avenir des racks refroidis par liquide, le scénario le plus courant pour les opérateurs aujourd’hui est l’intégration du refroidissement liquide dans des installations existantes refroidis par air dépourvues de l’infrastructure nécessaire.
Cela peut, sans surprise, devenir compliqué. Si vous envisagez d’introduire du liquide dans un data center refroidi par air, voici quelques problèmes clés que vous devez être prêt à résoudre.
Le type de fluide utilisé et le rapport charge thermique/liquide influencent considérablement la conception globale du système d’une usine hybride. Des rapports chaleur/liquide plus élevés réduisent la demande sur l’infrastructure de refroidissement par air. Les variables de la charge thermique, des débits de liquide et de la pression fonctionnent ensemble pour contribuer à la solution de refroidissement liquide globale et doivent être prises en compte au début du processus d’apport de liquide au rack.
Le composant le plus fondamental de l’infrastructure de refroidissement liquide {ut} la tuyauterie qui achemine le fluide de refroidissement vers le rack {ut} peut également être plus difficile à déployer au sein d’une installation existante.
Dans la plupart des cas, une approche progressive est nécessaire pour minimiser les perturbations des opérations. En colocation, les opérateurs ajoutent de la plomberie à une ou deux suites en réponse aux exigences connues des clients. À mesure que les demandes des clients augmentent, elles s’étendront à des suites supplémentaires. La même approche est appliquée dans les entreprises où un coin du data center peut être consacré aux racks refroidis par liquide.
Pour les data centers à faux-plancher, des tuyauteries mal planifiées peuvent obstruer le débit d’air. Des simulations de mécanique des fluides numérique (CFD) doivent être utilisées pour configurer la tuyauterie afin de minimiser l’impact sur le débit d’air à travers le sol.
Dans les data centers sur dalle, la tuyauterie passe généralement par des allées et la structure de plafond soutenue avec des bacs de récupération sous tous les raccords pour minimiser l’impact des fuites potentielles. La compatibilité des matériaux humides et le choix du bon type de raccords sont également essentiels au succès à long terme d’un déploiement de refroidissement liquide.
Distribution
Avec le refroidissement liquide, vous devez établir une boucle de refroidissement secondaire dans l’installation qui permet un contrôle précis du liquide distribué au rack. Le composant clé de cette boucle est l’unité de distribution de liquide de refroidissement (CDU). Le CDU permet de contrôler la température et le débit ainsi que de maintenir l’hygiène des liquides en utilisant la filtration pour capturer les débris.
Pour les projets plus petits, un CDU avec un échangeur thermique liquide-air peut simplifier le déploiement, en supposant que le système de refroidissement par air peut gérer la chaleur rejetée par le CDU. Dans la plupart des cas, le CDU utilisera un échangeur thermique liquide-liquide pour capturer la chaleur renvoyée des racks et la rejeter à travers le système à eau glacée. Bien que les CDU puissent être positionnées dans le périmètre du data center, la plupart des unités sont conçues pour s’intégrer dans la rangée pour être situées à proximité des racks qu’elles prennent en charge.
L’unité de distribution de liquide de refroidissement Vertiv™ CoolChip CDU fonctionne comme un échangeur thermique liquide-air pour le refroidissement des puces.
Capacité d’équilibrage
Les méthodes de refroidissement liquide les plus couramment utilisées aujourd’hui, à savoir les portes arrières froides et les plaques froides direct-to-chip, fonctionnent avec des systèmes de refroidissement par air plutôt que de manière indépendante. Le refroidissement par immersion, mono-phase et bi-phase, fait également des progrès.
Vous devrez déterminer la part de la charge thermique totale que chaque système traitera, la capacité de refroidissement par air que le système liquide déplacera, et où le système de refroidissement liquide pourrait introduire de nouvelles exigences pour les systèmes de refroidissement par air. Les portes arrières froides, par exemple, expulsent l’air refroidi dans le data center, et le système de refroidissement par air doit être capable de gérer la chaleur du rack si une ou plusieurs portes arrière sont ouvertes pour entretien. Dans les applications de porte arrière, un groupe d’eau glacée est généralement utilisé pour atteindre les températures d’eau souhaitées. Il serait peut-être possible de convertir les systèmes de traitement d’air existants de la salle informatique en groupes de production d’eau glacée intérieurs avec le même encombrement.
Conçu pour éliminer les barrières au refroidissement liquide dans un environnement refroidi par air, le groupe de production d’eau glacée intérieur Liebert® XDM Split est un échangeur liquide-fluide pour les applications de refroidissement de porte arrière froide qui offre un déploiement facile et rentable dans n’importe quel data center.
Le plus grand obstacle à la croissance du refroidissement liquide a été la crainte des risques liés à l’acheminement du liquide vers le rack. Les systèmes actuel de refroidissement liquide minimisent ce risque en limitant le volume de fluides distribués et en intégrant une technologie de détection des fuites dans les composants du système et aux endroits critiques du système de tuyauterie.
Lorsque des fluides diélectriques sont utilisés, le risque d’endommagement de l’équipement dû à des fuites est supprimé mais le coût élevé de ces fluides justifie l’inclusion de systèmes de détection de fuites similaires à ceux utilisés dans les systèmes à eau. L’Open Compute Project a publié un excellent article sur les technologies et les stratégies de détection des fuites, Détection et intégration des fuites, qui est recommandé pour toute personne apportant du liquide dans son data center.
Enfin, les systèmes de rejet de chaleur doivent être adaptés à l’échelle du déploiement, au type de liquide utilisé et à l’emplacement géographique du déploiement. Les tours de refroidissement existantes ou les refroidisseurs secs peuvent être utilisés pour le rejet de chaleur du refroidissement liquide, mais des modifications, telles que l’ajout d’une assistance adiabatique à un système de refroidisseur sec, peuvent être nécessaires pour maintenir les basses températures d’alimentation requises par les systèmes de refroidissement liquide. Travaillez avec votre partenaire d’infrastructure pour évaluer les systèmes de rejet de chaleur existants en fonction des exigences spécifiques du système de refroidissement liquide qui sont déployés.
L’introduction du refroidissement liquide dans un data center refroidi par air nécessite une planification et une ingénierie minutieuses, mais les technologies et les meilleures pratiques sont disponibles aujourd’hui pour soutenir un déploiement réussi et peu perturbateur.
Pour en savoir plus, lisez notre livre blanc : Comprendre les options de refroidissement liquide pour les data centers et les exigences en matière d’infrastructure.
Comment calculer l’impact du refroidissement liquide sur l’efficacité
Comme indiqué ci-dessus, l’adoption du refroidissement liquide des data centers continue de prendre de l’ampleur en raison de sa capacité à fournir un refroidissement plus efficace des baies informatiques à haute densité. Pourtant, les concepteurs et les opérateurs de data centers manquaient de données pouvant être utilisées pour projeter l’impact du refroidissement liquide sur l’efficacité des data centers et les aider à optimiser le déploiement du refroidissement liquide pour les économies d’énergie et l’efficacité.
Pour combler ce vide, une équipe de spécialistes de chez NVIDIA et Vertiv a réalisé la première analyse majeure de l’impact du refroidissement liquide sur le PUE et la consommation électrique des data centers. L’analyse complète a été publiée par l’American Society of Mechanical Engineers (ASME) dans l’article Power Usage Effectiveness Analysis of a High-Density Air-Liquid Hybrid Cooled Data Center
Principaux enseignements tirés de l’analyse de l’efficacité énergétique du refroidissement liquide dans le data center
Indice d’Efficacité énergétique (PUE)
Le PUE n’est pas une mesure adéquate de l’efficacité du refroidissement liquide du data center. Contrairement au refroidissement par air, le refroidissement liquide affecte à la fois le numérateur (la consommation électrique totale du data center) et le dénominateur (la consommation électrique de l’équipement IT) dans le calcul du PUE, ce qui le rend inefficace pour comparer l’efficacité des systèmes de refroidissement liquide et par air.
Efficacité énergétique totale
- D’autres métriques comme l’efficacité énergétique totale (TUE – Total Usage Effectiveness) s’avéreront plus utiles pour guider les décisions de conception liées à l’introduction du refroidissement liquide dans un data center refroidi par air.
- TUE = ITUE x PUE (ITUE = énergie totale dans l’équipement IT/énergie totale dans les composants informatiques)
- Ou TUE = énergie totale du data center/énergie totale du calcul, du traitement et du stockage des composants
Dans les data centers à haute densité, le refroidissement liquide améliore l’efficacité énergétique des systèmes informatique et des installations par rapport au refroidissement par air. Dans notre étude entièrement optimisée, l’introduction du refroidissement liquide a permis une réduction de 10,2 % de l’énergie totale du data center et une amélioration de plus de 15 % du TUE.
Efficacité supérieure grâce aux technologies de refroidissement liquide
L’optimisation de la mise en œuvre du refroidissement liquide dans les data centers, en termes de pourcentage de la charge IT refroidie par liquide, offre l’efficacité la plus élevée. Avec le refroidissement direct-to-chip, il n’est pas possible de refroidir toute la charge avec du liquide mais environ 75 % de la charge peut être refroidie efficacement par le refroidissement liquide direct-to-chip.
Le refroidissement liquide peut permettre des températures plus élevées de l’eau glacée, de l’air fourni et de l’entrée secondaire, ce qui optimise l’efficacité de l’infrastructure de l’installation. Le refroidissement à eau chaude, en particulier, doit être envisagé. Les températures d’entrée secondaire dans notre étude finale ont été augmentées à 45 C et cela a contribué aux résultats obtenus tout en augmentant les possibilités de réutilisation de la chaleur résiduelle.
Solutions de refroidissement de data center : Introduire des liquides en toute confiance
Pour en savoir plus sur l’introduction du refroidissement liquide en toute confiance dans votre data center, regardez cette vidéo
Options pour les systèmes hybrides de refroidissement par air/liquide et les data centers entièrement refroidis par liquide
Où que vous en soyez dans votre parcours de refroidissement liquide, Vertiv propose des solutions et des services afin de vous aider à réaliser vos objectifs opérationnels et satisfaire vos exigences techniques.
En tant que leader mondial de solutions de refroidissement, Vertiv apporte une approche globale aux installations refroidis par liquide Nos solutions s’appuient sur des années de recherche et de développement en collaboration avec des universités partenaires, le Center for Energy-Smart Electronic Systems (ES2), The Green Grid et l’Open Compute Project, ainsi que le Green Revolution Cooling.
Grâce à ces efforts et à notre programme R&D intensif de refroidissement liquide, Vertiv suit le rythme des besoins évolutifs des clients. Nous fournissons un portefeuille de solutions prenant en charge le refroidissement hybride par air et par liquide, ainsi que des data centers entièrement refroidis par liquide, notamment :
- Les unités de distribution de liquide de refroidissement (CDU) et les groupes de production d’eau glacée intérieurs conçus pour fournir des solutions d’infrastructure complètes pour le refroidissement liquide des data centers
- Les portes arrières froidesactives et passives
- Les systèmes de rejet de chaleur conçus pour fonctionner avec les chillers et les CDU à refroidissement liquide
- Solutions de modernisation permettant à l'équipement de refroidissement par air d’être modifié pour prendre en charge le refroidissement liquide.
- Pratiques et services établis pour la mise en service, le démarrage et l’exploitation de l’infrastructure de refroidissement liquide
Extrait du rapport d’analyse de marché publié par S&P Global Market Intelligence
Vertiv prend en charge le refroidissement liquide pour l’informatique haute densité grâce à la nouvelle unité de distribution de liquide de refroidissement
