40 % de l’énergie consommée par les data centers est utilisée par les systèmes de refroidissement. Il est recommandé de maintenir la température des serveurs entre 15 °C et 32 °C. La gestion de la consommation des équipements de refroidissement est alors cruciale pour améliorer l’efficacité énergétique d’un data center.
Différentes techniques de refroidissement existent, à différents niveaux d’efficacité énergétique. Traditionnellement, les serveurs sont refroidis par de l’air, soit grâce à un système de climatisation classique avec fluide réfrigérant, soit en utilisant l’air extérieur (free cooling). Cette technique, bien que facile à implémenter, atteint ses limites lorsque les densités énergétiques augmentent - or ces dernières pourraient passer d’une dizaine de kW par rack à plus de 30-40 kW par rack dans le futur pour le développement de l’IA.
Pour refroidir l’air ambiant, l’eau peut être utilisée comme fluide caloporteur. La chaleur est ensuite dissipée grâce à l’évaporation d’une partie de l’eau à travers une boucle semi-ouverte (refroidissement adiabatique, evaporative cooling). Ces techniques sont efficaces mais peuvent poser des problèmes de consommation d’eau : en 2022, Microsoft a vu sa consommation d’eau augmenter de 34 % par rapport à l’année précédente.
Pour s’attaquer aux puissances et densités toujours plus élevées des serveurs, le refroidissement liquide se développe. Cette technique consiste à faire entrer un fluide directement en contact avec les composants :
- Le refroidissement liquide direct (Direct Liquid Cooling (DLC) ou Direct to chip) :
Les processeurs sont refroidis directement grâce à des canalisations intégrées au
serveur. Le liquide, de l’eau ou un fluide réfrigérant, est en contact avec les composants
électroniques à travers des plaques refroidissantes. Il faut donc anticiper
l’intégration des canalisations dès la conception de ces équipements.
De plus, le DLC doit tout de même être combiné à une autre technique de
refroidissement car il n’évacue qu’environ 70-80 % de la chaleur dissipée
par les serveurs.
- Le refroidissement par immersion (immersion cooling) : Les serveurs sont plongés
dans un conteneur scellé contenant un fluide diélectrique qui dissipe la chaleur.
Le fluide peut être monophasé ou biphasé. Le refroidissement par immersion
est une technologie ayant l’avantage d’être silencieuse, et permet un gain
de place et d’efficacité énergétique par rapport au refroidissement par air.
Néanmoins, cette technologie comporte également de nombreuses contraintes,
telles qu’un coût d’investissement initial élevé ou encore l’absence de
normes et standards pour la réguler, ce qui rend difficile l’interopérabilité.
- Le Rear door heat exchanger est une technique intermédiaire, parfois classée comme
refroidissement liquide mais usant en réalité de l’air pour refroidir les serveurs :
la porte arrière traditionnelle des racks de serveurs est remplacée par des
ventilateurs qui attirent l’air chaud jusqu’à un échangeur thermique liquide.
source : https://www.us.jll.com/en/trends-and-insights/research/data-center-outlook
Loin d’être majoritaires aujourd’hui, les technologies de refroidissement liquide intéressent néanmoins de plus en plus les géants de la tech, qui sont confrontés aux besoins énergétiques grandissants de leurs data centers. Le supercalculateur Colosseus de xAi a ainsi bénéficié d’une technologie de refroidissement liquide direct développée par Supermicro. Les opérateurs de data centers ne sont pas en reste : Equinix déploie le refroidissement liquide au sein de ses data centers, tandis qu’OVH Cloud propose des solutions d’immersion cooling.
Bien qu’elles permettent d’absorber des densités énergétiques élevées, les technologies de refroidissement liquide apportent également leur lot de complexités. Elles sont notamment difficiles à intégrer dans les data centers existants. La circulation de liquide à proximité de composants électroniques sensibles nécessite des systèmes fiables pour éviter les fuites et des matériaux compatibles avec la nature du liquide. Les fluides diélectriques utilisés sont souvent des huiles minérales ou fluorées, et certains, à base de PFAS, posent des problèmes environnementaux et de santé publique. L’absence de standardisation peut également freiner l’adoption, qui se limite aujourd’hui aux data centers massifs et destinés à l’IA, bien que la plupart des études envisagent une expansion du marché du refroidissement liquide.