L'avenir du refroidissement par immersion et son impact sur la technologie des centres de données

Les applications d'aujourd'hui et les systèmes connectés en réseau nécessitent une puissance de calcul immense. Et, à mesure que ces applications continuent de tirer de plus en plus parti des technologies de calcul haute performance (calcul haute performance) et/ou d'intelligence artificielle (IA) dans le cadre de leur offre principale, elles commencent à nécessiter des ressources de calcul à proximité – souvent dans le même rack.

Cette exigence de proximité a fait passer les densités de racks des niveaux traditionnels de 10 à 15 kW par rack à plus de 100 kW par rack. Ces racks à haute densité dépassent non seulement les capacités des solutions de refroidissement par air conventionnelles dans le centre de données, mais repoussent également les limites des solutions de refroidissement liquide plus courantes, obligeant les entreprises à rechercher des alternatives.

Lorsque les densités atteignent ce niveau élevé, cela impose un changement de milieu, de l'air au liquide, ce qui a suscité un regain d'intérêt pour une ancienne technologie : le refroidissement par immersion.

Avancement du refroidissement de centre de données à l'aide de liquides

Au cours des derniers mois, j'ai vu plusieurs articles sur les entreprises hyperscale et les grands géants de l'informatique testant le refroidissement par immersion comme solution potentielle pour leurs centres de données actuels et futurs. L'une des avancées les plus intrigantes impliquait Microsoft, qui était immerger des serveurs dans un liquide de leur propre création, pour les aider à rester au frais.

Mais qu'est-ce que le refroidissement par immersion exactement ? Est-ce un moyen viable et évolutif de refroidir les serveurs ? Et quelles pourraient être les répercussions d'une adoption généralisée du refroidissement par immersion sur l'industrie des centres de données ? Comme cette technologie est très intéressante et semble gagner du terrain, j'ai voulu examiner de plus près ses origines, son état actuel et son potentiel pour les futures technologies de centres de données.

Ce qui était ancien redevient nouveau

Le refroidissement par immersion existe en réalité depuis 1985 avec l'avènement du Système informatique Cray-2. Bien que le Cray-2 ait été un superordinateur incroyable pour son époque, il serait impossible de faire fonctionner AWS sur un tel système. Mais le refroidissement par immersion ne se limitait pas aux superordinateurs à l'ancienne. Les entités gouvernementales utilisaient historiquement également le refroidissement par immersion.

Beaucoup de ces premières études de cas de refroidissement par immersion utilisaient des liquides à base d'huile, qui étaient dangereux si consommés, désordonnés à nettoyer et avaient un impact négatif sur les connexions fibre optique. Cela rendait pratiquement impossible de submerger entièrement un ordinateur. – quelque chose que les nouvelles itérations du refroidissement par immersion cherchent à corriger.

Aujourd'hui, des solutions arrivent sur le marché avec des formulations et des propriétés chimiques qui les rendent beaucoup plus gérables dans le grand public. Ces fluides de conception imitent désormais plus étroitement l'eau, sont généralement végétaliens et n'ont pas de propriétés réf.

Et avec ces nouvelles avancées dans les technologies et les fluides de refroidissement par immersion, un regain d'intérêt pour ce concept se manifeste dans l'industrie technologique. Et ce, pour de très bonnes raisons.

Les entreprises cherchent continuellement des moyens d'augmenter leurs kilowatts par mètre carré dans les centres de données, tout en essayant d'avoir un impact réel sur l'efficacité d'utilisation de l'énergie (PUE). Dans les environnements traditionnels refroidis par air, ces deux objectifs sont généralement diamétralement opposés. L'une des façons de concilier ces deux initiatives est l'utilisation du refroidissement liquide.

Dans les centres de données hyperscale et d'entreprise, cela signifiait traditionnellement amener le liquide jusqu'au rack par le biais d'échangeurs à porte arrière. Mais même cette technologie a ses limites, qui sont désormais mises à rude épreuve par les exigences informatiques du HPC et de l'IA. Afin de repousser encore ces limites, de permettre une densité encore plus grande et de réduire la PUE, l'industrie commence à amener le liquide directement aux échangeurs de chaleur sur les puces.

La principale différence entre le refroidissement liquide traditionnel et l'immersion réside dans le contact. Les solutions de refroidissement liquide traditionnelles n'exposent pas les composants informatiques directement aux fluides. Cependant, dans une solution de refroidissement par immersion, les racks deviennent des cuves et les ordinateurs sont immergés dans un fluide inerte. Cette substance visqueuse peut éliminer plus efficacement d'énormes quantités de chaleur tout en maintenant les PUE juste au-dessus de un.

Mais se déplacer dans cette direction aura des ramifications importantes sur la conception des ordinateurs et les futurs centres de données qui les hébergent.

Un Agent de Changement pour la Conception d'Ordinateurs et de Centres de Données

Pour que le refroidissement par immersion soit adopté, les concepteurs doivent repenser la manière dont les ordinateurs sont conçus pour supporter leur submersion dans un réservoir horizontal plutôt que dans un rack vertical. Les ordinateurs traditionnels sont conçus pour des solutions refroidies par air. Ces appareils utilisent des ventilateurs et d'autres pièces mobiles dans toute la boîte qui ne fonctionneront pas correctement s'ils sont submergés.

En supposant que ces pièces puissent fonctionner dans un fluide, la disposition des ventilateurs oblige les serveurs traditionnels à être conçus pour être montés en rack et entretenus horizontalement, de l'avant et de l'arrière. Le refroidissement par immersion exige que les concepteurs suppriment tous les ventilateurs et pièces mobiles traditionnels et conçoivent le serveur pour être entretenu verticalement, permettant un accès facile à tous les composants depuis le bord exposé de l'ordinateur. Ce n'est pas un changement majeur, mais un changement nécessaire pour que le refroidissement par immersion devienne plus courant.

Mais qu'en est-il des centres de données eux-mêmes ? À quoi ressemblera un futur centre de données pour serveurs refroidis par immersion et comment fonctionnera-t-il différemment d'un centre de données pour serveurs refroidis par air ?

Fondamentalement, le refroidissement par immersion change le paradigme du rack traditionnel. Les centres de données devraient évoluer des racks verticaux vers des réservoirs horizontaux. Les réservoirs sont légèrement plus grands qu'un rack traditionnel, donc l'empreinte au sol changerait naturellement. Heureusement, la plupart des centres de données sont conçus avec une construction en dalle, de sorte que structurellement, les bâtiments supporteront ce changement avec très peu de modifications.

Là où le changement serait réellement nécessaire, c'est dans les systèmes mécaniques et électriques.

Avec le refroidissement par immersion, un réservoir serait capable de supporter environ cinq fois la puissance/dissipation thermique par rapport aux racks refroidis par air traditionnels, faisant passer les kW par rack de 20 kW à 100 kW. Ce changement amènerait les futurs fournisseurs de centres de données à étudier les moyens d'app.

Sur le plan mécanique, les choses seraient beaucoup plus simples. Les cuves d'immersion sont toutes autonomes, elles n'ont donc besoin que de la plomberie pour assurer l'alimentation en eau et le retour. Cela nécessiterait que l'architecture de plomberie fournisse le service d'eau du dernier kilomètre aux cuves.

La plupart des puissances nominales des réservoirs sont basées sur une alimentation en eau à température ambiante. Ainsi, en théorie, le fournisseur du centre de données pourrait supprimer une grande partie de la capacité du refroidisseur associée aux centres de données actuels, en supposant que les clients n'ont besoin que des densités annoncées. Les solutions d'immersion ont également des puissances nominales basées sur de l'eau glacée qui peuvent être jusqu'à trois fois supérieures au taux de base annoncé, de sorte que le fournisseur de centre de données peut vouloir déployer un groupe de refroidissement mais supprimer tous les autres unités de traitement d'air.

Si l'immersion prend son essor, les futurs opérateurs de centres de données devront s'adapter à une demande accrue d'énergie tout en intégrant des changements dans les installations mécaniques et des améliorations dans la plomberie de l'étage.

Le refroidissement par immersion est-il une option réalisable pour les entreprises à la recherche d'une densité et d

1. Les fabricants et leur capacité à produire en masse des serveurs “ compatibles avec le refroidissement par immersion ”
   
   
2. Les fournisseurs de centres de données actuels et futurs, ainsi que leur flexibilité et leur volonté d'apporter les modifications mécaniques et électriques nécessaires pour optimiser leurs installations pour le refroidissement par immersion.
   
   
3. Les exigences des hyperscalers et des entreprises informatiques, ainsi que leur dépendance croissante à l'égard du HPC et de l'IA.
   
   

Quoi qu'il en soit, Vantage continuera de suivre de près les développements intéressants de cette vieille technologie et se réjouit à l'idée de collaborer avec ses clients pour déterminer si le refroidissement par immersion est la meilleure solution pour leurs centres de données et leurs besoins informatiques.