Les opérateurs de datacenter évaluent les options de refroidissement liquide, à mesure que les applications informatiques à forte intensité de traitement 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.
Implications matérielles de l’IA pour le refroidissement, © 2023 Dell’Oro Group
Actuellement, les datacenters ont des besoins en énergie en puissance de rack supérieurs à 20 kW, mais le marché se dirige 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 à air traditionnel ne peut pas refroidir ces racks haute densité de manière efficace et durable.
Par conséquent, les opérateurs de datacenter 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 à air. Longtemps reconnu pour les applications mainframe et de jeu, le refroidissement liquide se développe pour protéger des serveurs montés en rack dans les datacenters 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 datacenter.
En savoir plus sur les options de refroidissement liquide Vertiv
DCD> Maintenir le refroidissement du matériel informatique : HPC
Regardez « Le refroidissement direct du microprocesseur est-il en tête du peloton ? »
Ce webinaire passe en revue l’état actuel de la technologie des plaques froides et explore les raisons de son adoption, ainsi que le rôle fondamental qu’elle jouera dans les besoins de refroidissement des puces du futur. Au-delà de sa fonctionnalité pour un transfert de chaleur supérieur, les systèmes directs sur microprocesseur offrent également la possibilité d’une modernisation plus facile, contrairement à leur homologue à immersion. Cela pourrait-il conduire donc à un déploiement plus rationalisé, à une adoption plus progressive de la technologie dans un secteur phobique du changement et à un meilleur retour sur investissement ? En outre, cette session posera la question de savoir si, et combien de temps, il faudra attendre avant de voir les technologies de plaques froides déployées à grande échelle
Le refroidissement direct du microprocesseur est-il en tête du peloton ?
Vertiv™ Liebert® XDU assure le refroidissement liquide des applications informatiques de haute performance, tout en favorisant la récupération de la chaleur fatale et l'économie circulaire.
Les opérateurs de datacenter suivent l’une de trois voies possibles du refroidissement liquide. Ils développent des datacenters à refroidissement liquide uniquement, dotent des sites de refroidissement à air à l’épreuve du temps d’une nouvelle infrastructure pour la prise en charge future des racks refroidis par liquide et intègrent le refroidissement liquide dans les sites de refroidissement à air actuels qui ne disposent pas de l’infrastructure nécessaire. La plupart d’entre eux choisiront probablement cette dernière voie afin d’obtenir une capacité qui répond aux besoins à court terme de l’entreprise et garantit un retour sur investissement rapide.
L’installation du refroidissement liquide peut être compliquée. Les équipes chargées des datacenters souhaiteront travailler avec un partenaire pour examiner les questions 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.
Les options pour le refroidissement liquide sont les suivantes :
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Échangeurs de chaleur de porte arrière – Les échangeurs de chaleur passifs ou actifs 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 à 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 monophasées ou des unités d’évaporation biphasées. 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 à air.
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Refroidissement par immersion – Les systèmes de refroidissement par immersion monophasés et triphasés immergent les serveurs et autres composants du rack dans un liquide ou un fluide diélectrique conducteur thermique, éliminant ainsi le besoin de refroidissement à air. Cette approche maximise les propriétés de transfert thermique du liquide et constitue la forme de refroidissement liquide du marché la plus économique en énergie.
6 éléments à prendre en compte lors de l’introduction du refroidissement liquide dans les datacenters refroidis à air
Bien que des datacenters à refroidissement exclusivement liquide soient en cours de développement et que certains nouveaux datacenters refroidis à air sont conçus pour accueillir des racks refroidis par liquide à l’avenir, le scénario le plus courant auquel les opérateurs sont confrontés aujourd’hui est l’intégration du refroidissement liquide dans des sites existants refroidis par air qui ne disposent pas de l’infrastructure nécessaire.
Cela peut, sans surprise, devenir compliqué. Si vous envisagez d’introduire du liquide dans un datacenter refroidi à 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 à 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 la tuyauterie qui achemine le fluide de refroidissement vers le rack 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 datacenter peut être consacré aux racks refroidis par liquide.
Pour les datacenters 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 datacenters 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 mouillés 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). La CDU permet de contrôler la température et le débit et de maintenir l’hygiène des liquides en utilisant la filtration pour capturer les débris.
Pour les projets plus petits, une CDU avec un échangeur thermique liquide-air peut simplifier le déploiement, en supposant que le système de refroidissement à air peut gérer la chaleur rejetée par la CDU. Dans la plupart des cas, la CDU utilisera un échangeur thermique liquide-liquide pour capturer la chaleur renvoyée des racks et la rejeter via le système à eau glacée. Bien que les CDU puissent être positionnées sur le périmètre du datacenter, la plupart des unités sont conçues pour s’adapter à la rangée afin de pouvoir être situées à proximité des racks qu’elles prennent en charge.
L’unité de distribution de liquide de refroidissement Vertiv™ Liebert® XDU fonctionne comme un échangeur thermique liquide-air pour les puces de refroidissement.
Capacité d’équilibrage
Les méthodes de refroidissement liquide les plus couramment utilisées aujourd’hui, à savoir les échangeurs thermiques de porte arrière et les plaques froides directs sur microprocesseur, fonctionnent avec des systèmes de refroidissement à air plutôt que de manière indépendante. Le refroidissement par immersion, monophasé et biphasé, fait également des progrès.
Vous devrez déterminer la part de la charge thermique totale que chaque système prendra en charge, la capacité de refroidissement à air que le système liquide déplacera, et où le système de refroidissement liquide peut introduire de nouvelles exigences sur les systèmes de refroidissement à air. Les échangeurs thermiques de porte arrière, par exemple, expulsent l’air refroidi dans le datacenter, et le système de refroidissement à air doit être capable de gérer la chaleur du rack si une ou plusieurs portes arrière sont ouvertes pour entretien. Dans les applications à porte arrière, un groupe d’eau glacée est généralement utilisé pour atteindre les températures d’eau souhaitées.
Conçus pour éliminer les obstacles à la mise en œuvre du refroidissement liquide dans un environnement refroidi à air, les groupes de production d’eau glacée Vertiv Liebert AFC prêts pour le refroidissement liquide sont conçus pour permettre la gestion simultanée du refroidissement à air et du refroidissement liquide, intégrant des unités CRAH intérieures et des unités CDU et une transition en douceur vers un datacenter de refroidissement liquide.
Le plus grand obstacle à la croissance du refroidissement liquide a été la crainte des risques liés au déplacement du liquide vers le rack. Les systèmes actuel de refroidissement liquide d’aujourd’hui 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 stratégies de détection des fuites, Détection et intégration des fuites, qui est recommandé pour toute personne apportant du liquide dans son datacenter.
Le système de récupération de chaleur peut accroître l'efficacité du système de refroidissement à eau glacée en permettant la réutilisation de la chaleur capturée par le datacenter à d’autres fins Au lieu de refroidir la charge thermique, la chaleur est efficacement capturée par le système et peut permettre de répondre à la demande de chauffage dans d’autres parties du bâtiment, dans les bâtiments voisins ou dans un réseau de chauffage urbain. Cette stratégie peut être appliquée aux datacenters existants, même lorsque la température de la chaleur capturée est basse, en utilisant une pompe à chaleur pour augmenter la température.
L’introduction du refroidissement liquide dans un datacenter refroidi à air nécessite une planification et une ingénierie minutieuses, mais les technologies et les meilleures pratiques sont disponibles aujourd’hui pour permettre un déploiement réussi et peu perturbateur.
Pour en savoir plus, lisez notre livre blanc : Comprendre les options de refroidissement liquide pour les datacenters et les exigences en matière d’infrastructure.
Comment calculer l’impact du refroidissement liquide sur la performance
Comme indiqué ci-dessus, l’adoption du refroidissement liquide des datacenters continue de prendre de l’ampleur en raison de sa capacité à assurer un refroidissement plus efficace des baies IT à haute densité. Pourtant, les concepteurs et les opérateurs de datacenters manquaient de données pouvant être utilisées pour projeter l’impact du refroidissement liquide sur le rendement des datacenters et les aider à optimiser le déploiement du refroidissement liquide pour les économies d’énergie et le rendement.
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 datacenters. 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
Points importants à retenir de l’analyse de l’efficacité énergétique du refroidissement liquide des datacenters
Efficacité énergétique de l’alimentation
L’efficacité énergétique de l’alimentation (PUE) n’est pas une bonne mesure du rendement du refroidissement liquide du datacenter. Contrairement au refroidissement à air, le refroidissement liquide affecte à la fois le numérateur (alimentation totale du datacenter) et le dénominateur (alimentation de l’équipement IT) dans le calcul de la PUE, ce qui le rend inefficace pour comparer l’efficacité des systèmes de refroidissement liquide et à air.
Efficacité totale de l’utilisation
- D’autres mesures comme le rendement total d’utilisation (TUE – Total Usage Effectiveness) s’avéreront plus utiles pour guider les décisions de conception liées à l’introduction du refroidissement liquide dans un datacenter refroidi à air.
- TUE = ITUE x PUE (ITUE = énergie totale dans l’équipement IT/énergie totale dans les composants informatiques)
- Ou TUE = Puissance totale pour le datacenter/Puissance totale pour le calcul, le traitement et le stockage des composants
Dans les datacenters à haute densité, le refroidissement liquide améliore l’efficacité énergétique des systèmes informatique et des installations par rapport au refroidissement à air. Dans notre étude entièrement optimisée, l’introduction du refroidissement liquide a permis une réduction de 10,2 % de l’alimentation totale du datacenter et une amélioration de plus de 15 % du TUE.
Rendement supérieur grâce aux technologies de refroidissement liquide
L’optimisation de la mise en œuvre du refroidissement liquide des datacenters, en termes de pourcentage de la charge IT refroidie par liquide, offre l’efficacité la plus élevée. Avec le refroidissement direct du microprocesseur, 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 du microprocesseur.
Le refroidissement liquide peut permettre des températures d’eau glacée, de l’air d’alimentation et d’entrée secondaire plus élevées qui optimisent l’efficacité de l’infrastructure du site. 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 datacenters : Introduire les liquides en toute confiance
Pour en savoir plus sur l’introduction en toute confiance du refroidissement liquide dans votre datacenter, regardez cette vidéo
Options pour les systèmes hybrides de refroidissement à air/liquide et les datacenters entièrement refroidis par liquide
Où que vous en soyez dans votre démarche de refroidissement liquide, Vertiv propose des solutions et des services afin de vous aider à atteindre vos objectifs opérationnels et satisfaire vos exigences techniques.
En tant que leader mondial de solutions de refroidissement Vertiv apporte une approche holistique aux sites refroidis par liquide Nos solutions se reposent 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 Open Compute Project, et Green Revolution Cooling.
Grâce à ces efforts et à notre programme R&D de refroidissement liquide intensif, Vertiv suit l’évolution des besoins des clients. Nous proposons un portefeuille de solutions prenant en charge le refroidissement hybride à air et liquide, ainsi que des datacenters entièrement refroidis par liquide, notamment :
- Unités de distribution de liquide de refroidissement (CDU) et groupes de production d’eau glacée conçus pour fournir des solutions d’infrastructure complètes pour le refroidissement liquide des datacenters
- Échangeurs de chaleur de porte arrière actifs et passifs
- Systèmes de rejet de chaleur conçus pour fonctionner avec les CDU à refroidissement liquide et des groupes de production d’eau glacée
- Solutions d’adaptation permettant de modifier l'équipement de refroidissement à air 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
Réimpression du rapport Market Insight de S&P Global Market Intelligence
Vertiv supporte le refroidissement liquide pour l’informatique haute densité avec une nouvelle unité de distribution de liquide de refroidissement
