L'intelligence artificielle stimule l'innovation logicielle, mais pas seulement : elle impose aussi un changement radical des fondements de l'infrastructure. Les établissements physiques deviennent alors des structures intelligentes à même de gérer les demandes numériques très poussées d'une société où l'IA devient omniprésente.
En Europe, où la législation comme la réglementation RE2020, la directive sur l'efficacité énergétique et les futures normes Sustainability Reporting Standards (CSRD) refaçonnent la conception et le fonctionnement des installations, le refroidissement liquide constitue une solution qui concilie les performances de l'IA et la responsabilité écologique.
La concentration de puissance accrue dont ont besoin les charges de travail de l'IA moderne dépasse les limites du refroidissement par air classique et contraint les data centers à adopter des technologies de refroidissement liquide. Les professionnels de la construction, les propriétaires des data centers et les opérateurs doivent absolument comprendre et mettre en œuvre efficacement ces solutions de refroidissement avancées pour assurer le bon fonctionnement et l'efficacité opérationnelle des projets à l'avenir.
Besoin d'un refroidissement plus puissant
Le refroidissement liquide est bien plus efficace que le refroidissement par air dans des environnements à haute densité : c'est un fait. À mesure que les racks de serveurs incluent un nombre croissant de processeurs et d'accélérateurs puissants, la conductivité thermique plus élevée des liquides dissipe la chaleur de manière plus efficace et plus directe. Pour les maîtres d'ouvrage, cette technologie de refroidissement optimale est indispensable pour préserver les performances du matériel et éviter des temps d'arrêt coûteux, mais aussi pour garantir la viabilité et l'évolutivité des opérations de leurs data centers à long terme.
Pour répondre à cette demande grandissante d'une densité de puissance et d'une efficacité énergétique accrues, les concepteurs et les constructeurs optent pour des solutions innovantes de refroidissement liquide. Le refroidissement par immersion, qui implique de submerger complètement le matériel informatique dans un fluide diélectrique, et le refroidissement direct des puces, qui dirige le fluide de refroidissement directement sur les composants les plus chauds, sont deux des technologies les plus courantes.
Ces approches de pointe constituent un changement radical de paradigme par rapport aux méthodes classiques de refroidissement par air, et facilitent une gestion inédite de la chaleur qui libère tout le potentiel de l'infrastructure informatique hautes performances.
Refroidissement par immersion
Le refroidissement par immersion consiste à plonger le matériel informatique directement dans un fluide diélectrique non conducteur d'électricité. Cette méthode où le liquide entre directement en contact avec les composants chauds est la plus efficace pour dissiper la chaleur. Green Mountain, un fournisseur de data centers norvégien qui sert des clients tels que TikTok, a réussi à mettre en œuvre un refroidissement par immersion en une seule phase dans certaines de ses installations. Les serveurs sont plongés dans des réservoirs remplis d'un fluide diélectrique spécial (par exemple, des huiles minérales ou de silicone) qui absorbe directement la chaleur générée par les composants, pour ensuite passer par un échangeur de chaleur et atteindre un système de refroidissement externe qui dissipe la chaleur. Grâce à cette approche innovante, Green Mountain atteint des densités de puissance par rack et une efficacité énergétique (PUE) nettement supérieures aux environnements refroidis par air classiques.
Toujours en Europe, des opérateurs comme DATA4 (France) déploient déjà des systèmes de refroidissement liquide direct dans des environnements pilotes en vue de soutenir des charges de travail d'IA à haute densité, tandis que d'autres tels qu'Interxion (Digital Realty) investissent dans des stratégies de refroidissement innovantes, comme des systèmes de récupération d'électricité et des dispositifs à base de liquide pour améliorer l'efficacité de leurs sites. D'autres entreprises se distinguent également, comme GRC (Green Revolution Cooling), une jeune entreprise texane spécialisée dans le refroidissement par immersion qui a inventé le refroidissement par immersion à deux phases. Cette méthode consiste à plonger le matériel informatique dans un fluide diélectrique à un point d'ébullition bas, souvent à l'aide de fluides artificiels 3M Novec. À mesure que les composants chauffent, le fluide bout et passe à l'état de gaz pour dissiper efficacement la chaleur. Le gaz monte ensuite dans un serpentin de condensation, refroidit et se condense de nouveau en liquide dans le réservoir pour répéter le cycle. Ce phénomène d'évaporation et de condensation constantes assure un transfert thermique efficace, et les projets qui ont adopté cette méthode atteignent souvent des indicateurs PUE impressionnants.
Refroidissement direct des puces
Le refroidissement par immersion est devenu de plus en plus populaire, tout comme le refroidissement direct des puces qui implique d'acheminer le fluide de refroidissement directement sur les composants les plus chauds du serveur (par exemple, les unités centrales et les processeurs graphiques) via des plaques de refroidissement spéciales. Cette méthode garantit une dissipation efficace et extrêmement localisée de la chaleur. Le superordinateur Aquasar d'IBM (2010) est l'un des premiers projets à utiliser la technologie de refroidissement direct des puces, et aussi l'un des meilleurs exemples d'utilisation concrète de cette technologie. Ce système révolutionnaire refroidissait les composants avec de l'eau chaude directement dirigée sur des plaques de refroidissement montées sur les processeurs. En plus du refroidissement principal, l'eau chaude était réutilisée pour chauffer l'installation, un usage astucieux prouvant la grande efficacité du modèle de récupération de l'énergie. Le projet a ainsi démontré que le refroidissement liquide constituait une solution viable pour l'informatique hautes performances et présentait un potentiel non négligeable pour diminuer l'énergie consommée et améliorer la durabilité. Plus récemment, Nvidia a pris la tête des initiatives de refroidissement liquide en prétendant régler les problèmes de consommation d'eau de l'IA grâce à des méthodes innovantes de refroidissement direct des puces. Ses systèmes DGX conçus pour l'IA intensive et l'apprentissage profond intègrent de plus en plus cette technologie pour refroidir leurs puissants processeurs graphiques. Au sein de ces systèmes, des plaques de refroidissement spécialisées sont montées directement sur les modules de processeur graphique pour y faire circuler le fluide de refroidissement. Ce refroidissement ciblé est vital pour maintenir les performances optimales des composants à puissance élevée et évite les limitations thermiques, tout en permettant de déployer davantage de matériel d'IA critique au sein des data centers.
Conception, construction et opération des data centers nouvelle génération
L'adoption de ces technologies sophistiquées de refroidissement liquide a profondément bouleversé la construction des data centers et exige un niveau inédit de collaboration et d'expertise spécialisée de tous les intervenants à chaque étape de la construction.
Phase de conception
À l'avant-garde se trouvent les concepteurs, qui délaissent les conceptions classiques centrées sur le CVC au profit d'architectures complexes qui comprennent une tuyauterie, une retenue des fluides et des systèmes de détection des fuites avancés : pour mener à bien les travaux, la maîtrise de la dynamique des fluides et des propriétés thermiques est exigée. Le rôle des concepteurs englobe également l'ajout de protocoles de sécurité performants au tout début du processus, la prise en compte des propriétés uniques du fluide diélectrique et la distribution de liquide à haute pression. En outre, les projets européens doivent se conformer aux réglementations environnementales et de sécurité en constante évolution, comme la législation REACH qui régit les substances chimiques et la gestion des fluides.
Phase de construction
Les constructeurs et les professionnels de la construction sont chargés d'exécuter minutieusement les conceptions complexes de data centers. Le niveau de précision qu'exige l'installation des systèmes de refroidissement liquide est nettement supérieur et impose des raccords de tuyaux précis, des joints hermétiques et une intégration parfaite à l'infrastructure électrique, de réseau et de sécurité. Les métiers spécialisés et les techniciens ultra-qualifiés sont alors indispensables et assument la responsabilité d'une planification rigoureuse, de contrôles qualité inflexibles et du respect sans faille des normes de sécurité strictes. Il faut savoir s'adapter aux nouveaux matériaux, aux capteurs sophistiqués et aux techniques d'installation peu conventionnelles pour rester flexible tout au long de l'avancement du projet.
Livraison du projet et opération
La livraison réussie et le bon déroulement des opérations à long terme de ces data centers haute technologie sur la durée dépendent de la gestion efficace du projet et du partage efficace des informations. Au vu de la complexité du déploiement des solutions de refroidissement liquide, qui implique plusieurs fournisseurs spécialisés, des matériaux novateurs et des plannings d'intégration serrés, la communication sans accroc et la visibilité en temps réel sur toutes les étapes du projet ont une importance capitale. Des plateformes centralisées de gestion de projet qui fournissent des flux de travail collaboratifs, gèrent les documents, suivent l'avancement et permettent de résoudre les problèmes de manière proactive deviennent essentielles. Construire les data centers refroidis par liquide de demain est un effort collectif qui nécessite l'application de stratégies intégrées et d'approches de pointe pour soutenir les progrès continus de l'IA et ouvrir la voie à une infrastructure numérique plus durable et plus résistante.
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