Au vu de l’augmentation de la demande de capacités de calcul, il devient urgent de trouver des solutions de refroidissement plus efficaces et plus durables.
Expert : Maliky Camara, Server Brand Manager chez Dell Technologies
Le monde numérique repose sur les data centers, qui alimentent toutes sortes de technologies, du cloud computing à l’intelligence artificielle. Selon l’Agence internationale de l’énergie, les data centers consomment environ 1 % de l’énergie dans le monde. Avec la croissance rapide de l’IA, de l’Edge computing et des réseaux 5G, ce pourcentage devrait augmenter. A eux seuls, les systèmes de refroidissement des data centers peuvent consommer 30 à 40 % de l’énergie. Ils représentent donc un domaine prioritaire à optimiser. Au vu de l’augmentation de la demande de capacités de calcul, il devient urgent de trouver des solutions de refroidissement plus efficaces et plus durables.
Solutions de refroidissement : de l’air au liquide et au-delà
Pour répondre à l’évolution de la demande, les data centers exploitent un ensemble de systèmes de refroidissement : le refroidissement par air, le refroidissement liquide et des solutions de refroidissement hybride.
Le refroidissement par air utilise des ventilateurs, des dissipateurs thermiques et la circulation de l’air pour dissiper la chaleur des composants essentiels du serveur, comme les processeurs et la mémoire. Il s’agit de la méthode la plus couramment utilisée pour refroidir les serveurs. Près de 99 % des data centers l’exploitent encore sous une forme ou une autre (1).
Plusieurs techniques avancées telles que les configurations d’allées chaudes/froides et le zonage intelligent des ventilateurs permettent d’optimiser le flux d’air et de réduire la consommation d’énergie. Le refroidissement par air est rentable, facile à entretenir et largement compatible avec la plupart des serveurs et des racks standards, ce qui en fait une option pratique. Cependant, il est moins économe en énergie, difficile à adapter aux charges de travail d’IA à haute densité et dépend fortement des systèmes CVC, ce qui peut augmenter la consommation d’électricité et les émissions de carbone. Bien qu’il convienne à de nombreuses configurations, ce refroidissement peut s’avérer insuffisant lorsque les exigences de calcul augmentent. Ces dernières nécessitent des systèmes plus sophistiqués, comme le refroidissement liquide.
Le refroidissement liquide direct (DLC) utilise de petits échangeurs de chaleur, appelés plaques froides (cold plates), pour acheminer le liquide directement vers les composants générant de la chaleur, en tirant parti de la conductivité thermique supérieure du liquide pour dissiper efficacement la chaleur. Ce système convient aux configurations de serveurs plus denses, réduit le bruit en minimisant l’utilisation des ventilateurs et gère des charges thermiques accrues avec des pics d’énergie plus faibles.
Le marché européen du refroidissement liquide des data centers (hors Royaume-Uni) est évalué à 1,2 milliard de dollars en 2024 et devrait atteindre 8,88 milliards de dollars d’ici 2034, soit un taux de croissance annuel de 22,11% (2).
Le DLC permet à certains serveurs d’utiliser le refroidissement liquide directement dans les composants critiques tels que les CPU et les GPU. Les solutions de refroidissement liquide pour data centers permettent de réduire la consommation d’énergie consacrée au refroidissement de 40 à 50 % et améliorent l’efficacité de l’utilisation de l’énergie (PUE)3.
L’intégration des plaques froides dans les systèmes DLC représente une avancée technologique significative, mais elle s’accompagne de défis tels que des coûts initiaux élevés et des ajustements nécessaires pour chaque nouvelle génération de matériel. Cependant, ces systèmes offrent une maintenance simplifiée et une efficacité accrue. Pour répondre aux besoins d’adaptabilité et d’optimisation, les solutions de refroidissement hybride émergent comme une alternative innovante, combinant performance, flexibilité et rentabilité.
Les solutions de refroidissement hybrides, des systèmes évolutifs et extensibles.
Le refroidissement hybride exploite le refroidissement par air et liquide simultanément. Il combine le refroidissement liquide direct-to-chip pour les composants prioritaires (Ex. CPU et GPU) et le refroidissement par air pour gérer la température ambiante et refroidir d’autres composants, comme la mémoire. Les racks de calcul de haute densité équipés d’un système DLC peuvent générer des charges calorifiques intenses allant jusqu’à 80 kW par rack, soit une densité environ 10 à 20 fois supérieure à celle des racks traditionnels actuels, qui se situent généralement autour de 4 à 8 kW par rack.
Au lieu de rejeter l’air réfrigéré dans l’environnement, le refroidissement hybride utilise des ventilateurs haute performance uniques pour faire recirculer l’air désormais plus frais vers l’avant du rack, assurant ainsi un refroidissement continu. En confinant complètement le flux d’air du rack et en recyclant l’air à travers les canaux latéraux, cette solution peut fonctionner à des températures d’eau plus chaudes que les systèmes de refroidissement standards. Cette capacité à s’adapter à une température plus chaude élimine la dépendance aux systèmes de réfrigération pour refroidir l’eau, réduisant ainsi la consommation d’énergie de refroidissement jusqu’à 60 % par rapport à d’autres racks DLC avec des échangeurs de chaleur pour porte froide.
L’IA frugale
L’IA frugale transforme le discours autour de l’énergie, en encourageant une consommation à la fois plus intelligente, optimisée et résolument sobre.
Avec l’augmentation des charges de travail liées à l’IA, les data centers sont confrontés à une hausse de la consommation énergétique et des émissions associées. Rien qu’en Europe, avec l’expansion des data centers, la consommation d’énergie devrait presque tripler, passant d’environ 62 térawattheures (TWh) à plus de 150 TWh d’ici la fin de la décennie.
L’IA change la donne en introduisant des solutions intelligentes, adaptables et automatisées qui minimisent et optimisent la consommation d’énergie. Les systèmes pilotés par l’IA réagissent en temps réel aux conditions environnementales externes. Ils ajustent les stratégies de refroidissement en fonction des conditions météorologiques, de l’humidité et de la température, assurant ainsi leur efficacité tout en s’adaptant à l’évolution de l’environnement. Cette flexibilité permet aux data centers d’atteindre leurs objectifs de développement durable sans compromettre les performances de calcul.
Les exigences imposées aux data centers ne cessent d’augmenter, tout comme la nécessité de solutions de refroidissement toujours plus innovantes. En intégrant des stratégies de refroidissement pilotées par l’intelligence artificielle, les entreprises peuvent non seulement optimiser leur consommation énergétique, mais aussi réduire leurs coûts opérationnels tout en atteignant leurs objectifs de développement durable, sans compromettre les performances. Il devient essentiel d’envisager l’adoption de technologies intelligentes et basées sur l’IA, pour accompagner la transition vers un numérique plus responsable et respectueux de l’environnement.
Sources :
1 D’après une étude Dell, avril 2025. Suppose une alimentation en eau à 36 °C et une entrée d’air ASHRAE A3 pour les serveurs, par rapport à une alimentation en eau à 20 °C et une entrée d’air ASHRAE A3 pour les serveurs. Les économies réelles varient.
