Explorer l'avenir des centres de données : innovations et durabilité chez Infomaniac

Le conférencier exprime son étonnement d'être dans les allées des centres de données, notant que bien qu'ils ne soient pas encore entièrement équipés, ils offrent un aperçu tangible du fonctionnement du cloud. Les centres de données sont mis en avant comme le cœur battant de l'Internet, avec une augmentation significative du nombre d'utilisateurs d'Internet, passant de 3 milliards en 2015 à 5,3 milliards en 2022, selon l'Agence internationale de l'énergie (AIE). Pendant la même période, le volume d'échange de données a explosé de 600 %, passant de 0,6 à 4,4 zettaoctets.

Le conférencier précise qu'un zettaoctet équivaut à un milliard de téraoctets et mentionne avec humour que certains pourraient soutenir que ces données sont principalement inutiles. Cependant, la véritable préoccupation réside dans l'impact matériel de ces données, car elles dépendent de machines empilées dans de grands entrepôts, connus sous le nom de centres de données. Entre 2015 et 2022, la charge de travail des centres de données a augmenté de plus de 340 %, tandis que la consommation d'énergie n'a crû que de 20 % à 70 %. En 2022, les centres de données ont consommé entre 240 et 340 térawattheures (TWh), excluant le minage de cryptomonnaies, qui représentait environ 150 TWh supplémentaires.

Le conférencier note l'évolution rapide des statistiques des centres de données et mentionne une vidéo à venir de 'le réveilleur' qui fournira des informations mises à jour. L'essor de l'intelligence artificielle, qui nécessite une puissance de calcul substantielle, devrait encore augmenter la consommation d'énergie des centres de données. L'accent de la vidéo actuelle sera mis sur les aspects opérationnels de l'utilisation de l'énergie dans les centres de données, en visitant spécifiquement les centres de données D4 et D3 d'Infomaniac.

Infomaniac, basé en Suisse, propose divers services, notamment l'hébergement, des outils collaboratifs et l'informatique en nuage, tout en maintenant une faible empreinte carbone. Ils développent leurs propres outils, gèrent leurs centres de données, privilégient les équipements fabriqués en Europe et embauchent localement. L'intervenant prévoit de visiter d'abord le centre de données D4 en construction, suivi du centre D3 opérationnel, qui est en service depuis environ dix ans.

Avant de plonger dans la visite, le conférencier souligne l'importance de comprendre les bases des centres de données. Il explique qu'un centre de données connecte et fait fonctionner du matériel informatique dans des conditions optimales, ce qui peut inclure la puissance de calcul brute, l'hébergement de données, le stockage et l'entraînement de l'IA. Le matériel est généralement logé dans des enceintes standardisées connues sous le nom de serveurs, qui se déclinent en différentes tailles, avec une largeur fixe et une hauteur mesurée en unités appelées 'U'.

Boris Gentaler exprime son admiration pour les systèmes modulaires, affirmant que s'il en avait le pouvoir, tous ses meubles seraient modulaires. Il envisage une cuisine composée uniquement de modules modulaires avec un plan de travail au-dessus, soulignant la flexibilité des systèmes modulaires qui permettent des placements non conventionnels, comme mettre un four dans une salle de bain ou une cuisine dans un centre de données.

En tant que directeur stratégique d'Infobaniac, Boris explique le fonctionnement fondamental d'un centre de données, qui consiste à fournir une alimentation continue aux serveurs et à dissiper efficacement la chaleur. Il note qu'un centre de données consommant 1 MW d'électricité génère une quantité de chaleur équivalente, rendant l'évacuation de la chaleur aussi critique que l'alimentation électrique. Les besoins électriques peuvent varier de plusieurs centaines de kW à plusieurs centaines de MW pour les installations plus grandes.

Boris souligne l'importance de mesures de sécurité strictes dans les centres de données, y compris la sécurité incendie et les systèmes de prévention des intrusions, qui sont réglés à des niveaux paranoïaques. Il mentionne que son accès n'est pas enregistré, empêchant ainsi l'entrée non autorisée dans des zones sensibles, soulignant la nécessité d'une intégrité opérationnelle 24/7.

Le centre de données, actuellement en construction à l'emplacement V4, est situé de manière unique sous terre, avec des bâtiments en construction au-dessus. Boris note que la chaleur générée par le centre de données ne réchauffera pas seulement ces bâtiments, mais contribuera également au chauffage d'un éco-quartier, fournissant suffisamment de chaleur pour environ 6 000 foyers en hiver et encore plus en été en raison des besoins en eau chaude.

Boris détaille le flux d'énergie au sein du centre de données, en commençant par deux transformateurs de 1 MW qui convertissent 18 000 volts en 230 volts. Il explique la redondance de leur alimentation électrique, avec plusieurs onduleurs (UPS) en place pour garantir un fonctionnement continu, même en cas de défaillance de l'un des systèmes.

Dans la zone UPS, qui est physiquement séparée pour des raisons de sécurité, Boris discute des risques d'incendie historiques associés aux batteries dans les centres de données. Il souligne l'importance d'isoler le stockage des batteries des zones de serveurs pour atténuer les dangers d'incendie. La nouvelle technologie UPS mise en œuvre affiche un taux d'efficacité de 99 %, améliorant considérablement les anciens modèles qui avaient un taux de perte de 6 %.

Boris déclare fièrement que tout l'équipement utilisé dans le centre de données provient de fabricants européens ou suisses, reflétant un engagement envers les fournisseurs locaux et la durabilité. Ce choix soutient non seulement l'économie locale, mais garantit également des normes de qualité élevées dans la technologie utilisée.

La discussion commence par un bref détour à Detroit, mettant en évidence l'état opérationnel des onduleurs. Les onduleurs fonctionnent, produisant plus de bruit que d'habitude, et opèrent en mode éco, permettant au courant continu du réseau de s'écouler dans le centre de données. Cette configuration permet aux onduleurs de prendre en charge la charge en moins de 2 millisecondes, fournissant 5 minutes d'autonomie, ce qui est jugé suffisant puisque le générateur met 10 secondes à démarrer.

Les onduleurs sont conçus pour protéger le flux de courant ; si une coupure de courant ou un défaut est détecté, le courant est redirigé à travers l'onduleur sans utiliser les batteries, le convertissant à nouveau en courant alternatif pour le centre de données. En cas de panne du réseau, les batteries fourniront de l'énergie pendant 5 minutes. De plus, les onduleurs récupèrent 1 % des pertes d'énergie sous forme de chaleur, qui est utilisée pour aider les pompes à chaleur, contrairement aux configurations traditionnelles où les onduleurs ont des systèmes de refroidissement séparés.

Les batteries des onduleurs sont logées dans deux salles séparées pour minimiser les risques de dommages causés par le feu, sans fenêtres, avec des murs en béton et un petit système de ventilation pour la sécurité. Les batteries sont spécifiquement conçues pour résister à l'incendie, utilisant des matériaux capables de supporter des températures plus élevées. La technologie employée est à base de plomb, qui est bien comprise et recyclable.

Le récit se déplace vers le contexte historique de la conception des centres de données, notant qu'aux débuts d'Internet, les allées de serveurs n'étaient pas isolées, ce qui entraînait un refroidissement inefficace alors que l'air chaud se mélangeait à l'air froid. Les centres de données modernes emploient désormais une configuration d'allée froide et d'allée chaude, où chaque rack de serveur a un devant froid et un arrière chaud, isolant efficacement le flux d'air. L'air froid entre par le sol, et la conception vise à garantir que l'air froid est dirigé uniquement vers les serveurs.

Le centre de données dispose d'un plafond entièrement scellé en verre, garantissant une gestion efficace de l'air. La discussion souligne l'importance de comprendre comment l'air circule à l'intérieur des machines, en mettant l'accent sur les détails de la gestion de l'air dans l'environnement du centre de données.

Un exemple de serveur utilisé dans le centre de données est présenté, mettant en avant un châssis de 2U de hauteur qui vient d'être déballé et n'est pas encore entièrement équipé. Le serveur est alimenté par deux alimentations étonnamment petites capables de délivrer un maximum de 2200 watts, bien que cela ne indique pas sa consommation réelle. La carte mère prend en charge des processeurs doubles, avec un refroidissement géré par des radiateurs et un espace généreux pour la mémoire. Le flux d'air à l'intérieur du châssis est facilité par de petits ventilateurs, qui, bien que bruyants, sont essentiels pour l'efficacité, contrastant avec les PC de jeu grand public qui privilégient souvent l'esthétique au détriment de l'efficacité de l'espace.

La conception du centre de données permet d'avoir plus de machines par rack, ce qui entraîne une densité de machines accrue. Cela nécessite des ventilateurs plus petits, ce qui rend les allées plus bruyantes. De plus, l'équipement est organisé à l'avant, y compris des cartes d'accélération utilisées pour l'entraînement de modèles d'intelligence artificielle. Différentes configurations existent, telles que des unités de stockage où chaque emplacement abrite soit un disque dur, soit un disque à état solide (SSD).

Dans un fonctionnement normal, l'air chaud du centre de données est expulsé par une pompe à chaleur, tandis qu'en mode d'urgence, il est redirigé pour garantir que la chaleur est évacuée à l'extérieur. L'air frais entre par le sol dans les allées froides, passe à travers les serveurs et sort dans les allées chaudes, où il est aspiré par une grande ouverture au plafond vers les échangeurs de chaleur.

Le centre de données, identifié comme D4, est l'un des rares à chauffer de l'eau pour une utilisation dans un réseau de chauffage urbain, spécifiquement pour la ville de Genève. Cependant, un défi se pose car la température de l'air sortant des serveurs est d'environ 40°C, ce qui est insuffisant pour le réseau de chauffage urbain qui fonctionne autour de 60°C. Pour y remédier, le centre de données d'Infomaniac utilise une pompe à chaleur pour refroidir l'air chaud du couloir tout en chauffant simultanément de l'eau pour le système de chauffage urbain.

Le rôle de la pompe à chaleur est d'élever la température de l'eau de 40°C à 67°C pour l'injection dans le réseau de chauffage urbain. Elle fonctionne en utilisant les deux côtés de la pompe à chaleur : un côté produit de l'eau chaude pour le réseau, tandis que l'autre côté refroidit les serveurs en abaissant la température à 28°C. Le système comprend un environnement scellé où l'air chaud est traité par des échangeurs de chaleur avant d'être poussé dans les allées froides.

Historiquement, les systèmes de refroidissement des centres de données ont évolué de manière significative. Au départ, en 2000, les centres de données s'appuyaient sur plusieurs unités de climatisation, parfois jusqu'à sept, pour lutter contre la surchauffe. En 2008, la tendance s'est orientée vers l'utilisation de l'air extérieur pour le refroidissement, en employant des techniques telles que le refroidissement par évaporation pour réduire les températures d'environ 10 degrés. Cette évolution reflète une prise de conscience croissante de l'efficacité énergétique et de la gestion des ressources dans les opérations des centres de données.

Le système de refroidissement innovant du centre de données transforme ce qui était autrefois considéré comme de la chaleur résiduelle en une ressource précieuse. Au lieu de simplement expulser la chaleur pour minimiser les coûts, le système contribue désormais au réseau de chauffage urbain, vendant efficacement la chaleur générée comme un sous-produit des opérations du centre de données.

La discussion met en évidence la production de chaleur significative des centres de données, qui est souvent considérée comme un déchet. L'intervenant souligne la nécessité de valoriser cette chaleur au lieu de la jeter, ce qui conduit à une approche innovante où 100 % de l'énergie du centre de données est utilisée. Cette initiative, bien qu'entraînant initialement plusieurs millions de coûts supplémentaires, est présentée comme une obligation morale d'éviter le gaspillage de chaleur pendant l'hiver. Le projet est en phase de finalisation, avec une invitation lancée à tous les fabricants de centres de données à adopter ce modèle comme pratique standard.

Malgré les coûts initiaux plus élevés—environ deux ans et demi de plus qu'un centre de données conventionnel—les avantages financiers à long terme sont attendus. L'orateur note que le nouveau centre de données sera finalement moins coûteux à exploiter en raison des coûts énergétiques réduits associés au chauffage. En utilisant des sources d'énergie renouvelable, le centre vise à réduire considérablement les émissions de CO2 à environ 10 grammes, contrairement aux méthodes de chauffage traditionnelles qui sont plus polluantes.

La conversation se déplace vers la technologie des pompes à chaleur mise en œuvre, qui est capable de récupérer 1,25 mégawatt de chaleur du centre de données et de le convertir en 1,7 mégawatt d'eau chaude à 67 degrés Celsius. Cette technologie est considérée comme innovante pour les centres de données, car elle n'a pas été initialement conçue pour de telles applications. L'intervenant explique les défis techniques rencontrés pour adapter les pompes à chaleur afin qu'elles fonctionnent efficacement à des températures plus élevées, nécessitant des tests approfondis et des modifications pour garantir une durée de vie d'au moins 20 ans.

Le projet implique une collaboration avec des entités locales, où un accord a été conclu pour fournir de la chaleur aux bâtiments voisins à prix coûtant. L'intervenant mentionne des défis logistiques, tels que la nécessité d'accéder aux pompes à chaleur pour l'entretien, ce qui peut nécessiter des modifications structurelles importantes. Le processus d'échange de chaleur est détaillé, le centre de données fournissant de la chaleur à un minimum de 40 degrés Celsius, tandis que le système est conçu pour renvoyer de l'eau à 28 degrés, contribuant à un réseau de chauffage urbain qui améliore l'efficacité énergétique.

La discussion met en lumière le concept innovant d'utilisation de la chaleur générée par les centres de données, en particulier à Genève, où certains résidents peuvent prendre des douches chauffées par des processeurs et des GPU. Cette récupération de chaleur transforme les centres de données en centrales de chauffage urbain, avec un document de 2020 documentant neuf centres de données connectés à un réseau de chaleur utilisant diverses technologies. Notamment, Infomaniac est reconnu comme l'un des premiers centres de données conçus pour récupérer 100 % de son énergie à des fins de chauffage.

Le conférencier développe trois méthodes de refroidissement principales pour les centres de données : le refroidissement par air, le refroidissement par eau et le refroidissement par changement de phase. Le refroidissement par air est utilisé chez Infomaniac, tandis que le refroidissement par eau refroidit directement les composants les plus chauds à l'aide d'un circuit d'eau. Pour les systèmes énergétiques à haute densité, le refroidissement par changement de phase utilise l'évaporation pour gérer la chaleur. Les deux dernières méthodes facilitent la récupération de chaleur, produisant de l'eau chaude à 60 degrés Celsius sans avoir besoin de pompes à chaleur, bien qu'elles ne soient pas universellement applicables à tous les centres de données.

Pour réutiliser efficacement l'énergie des centres de données, ils doivent être connectés à un réseau de chaleur, qui est plus développé dans certains pays que en France. La proximité du réseau de chaleur est cruciale pour minimiser les pertes de transport, nécessitant que les centres de données soient situés dans des zones urbaines plutôt que dans des zones industrielles éloignées. L'intervenant note que, bien que les centres de données produisent continuellement de l'énergie, contrairement aux centrales de chauffage urbain qui peuvent réduire leur production en été, le centre de données Decatre est bien connecté à un vaste réseau de chaleur, lui permettant de fournir de l'eau chaude pour les douches en été et du chauffage pour les maisons en hiver.

Le conférencier discute des stratégies potentielles pour gérer l'énergie produite par les centres de données, telles que le chauffage d'un réseau de chaleur local en hiver et la libération d'énergie excédentaire dans l'atmosphère pendant l'été. De plus, il propose l'idée de stocker la chaleur sous terre en été pour une utilisation en hiver. Le centre de données Decatre illustre ces concepts, montrant le potentiel de réplication dans d'autres installations. Cependant, l'importance d'avoir plusieurs systèmes de refroidissement est soulignée pour garantir la redondance en cas de pannes de réseau, avec un système d'admission d'air de secours conçu pour le refroidissement d'urgence.

En cas de défaillance du système de refroidissement principal, le centre de données Decatre dispose d'un système de refroidissement d'urgence qui utilise une prise d'air dédiée. Ce système, mesurant 3 mètres sur 3 mètres, est équipé d'un treillis en acier pour empêcher les débris d'entrer. Le flux d'air est géré par deux murs de ventilateurs massifs : l'un pour pousser l'air frais dans les allées froides et l'autre pour expulser l'air chaud des allées chaudes, garantissant un refroidissement efficace des serveurs en cas d'urgence.

La transcription discute du fonctionnement normal de l'admission d'air dans un centre de données, mettant en évidence l'utilisation de vannes de retenue qui s'ouvrent lorsque le centre de données fonctionne normalement. En cas d'urgence, l'air ne doit pas revenir dans les allées chaudes, nécessitant un mur de vannes de retenue. Même avec des températures extérieures atteignant 36 degrés Celsius, les serveurs sont refroidis à la même température mais nécessitent des débits d'air plus élevés par rapport aux opérations normales, car les processeurs fonctionnent à 80 degrés Celsius sans problème.

Pour atténuer le bruit du système de ventilation d'urgence, qui ne fonctionne que dans des situations exceptionnelles, un mur absorbant le son a été installé à l'entrée et à la sortie du centre de données, situé dans une zone résidentielle. Un ingénieur acoustique a conçu ce système pour piéger les ondes sonores, garantissant un minimum de perturbation pour le voisinage.

Le système de refroidissement d'urgence repose uniquement sur l'air extérieur, sans climatisation, et a prouvé son efficacité pour le centre de données Infomaniac à Detroit. Ce centre de données, qui a 10 ans, est reconnu pour son approche respectueuse de l'environnement, utilisant uniquement l'air extérieur pour le refroidissement, évitant ainsi les systèmes de climatisation traditionnels.

La discussion se déplace vers la fiabilité du centre de données, notant qu'il est classé comme Tier 4, bien qu'il manque certaines redondances telles que des panneaux électriques séparés et des alimentations sans interruption (ASI) dans des pièces distinctes. L'intervenant souligne que, bien que l'équipement de base fonctionne de manière fiable 99 % du temps, pour des entreprises comme les détaillants en ligne, même 1 % de temps d'arrêt équivaut à des pertes financières significatives, potentiellement des centaines de milliers ou des millions d'euros, en plus des dommages à la réputation.

La fiabilité des centres de données est souvent mesurée à l'aide d'un système de classification par niveaux allant de Tier 1 à Tier 4. Le Tier 1 garantit un temps de disponibilité de 99,671 %, permettant un maximum de 28,8 heures d'interruption par an, tandis que le Tier 4 assure un temps de disponibilité de 99,995 %, limitant les interruptions à seulement 26 minutes par an. L'obtention du statut Tier 4 nécessite des mesures strictes, y compris la séparation physique des circuits électriques dans différentes pièces et la mise en œuvre d'une plus grande redondance. La pertinence de ce système de niveaux est remise en question dans le contexte de plusieurs centres de données.

La discussion souligne la nécessité d'améliorer les mesures de sécurité dans les centres de données en raison de l'incapacité à répliquer les données. L'intervenant met en avant la tendance actuelle à réduire le niveau de classification des centres de données, arguant qu'une redondance excessive est inutile lorsque plusieurs centres de données sont disponibles. Ils plaident en faveur d'un changement vers l'augmentation du nombre de centres de données plutôt que de sursécuriser un seul emplacement.

Le centre de données en question affiche un impressionnant indice d'efficacité énergétique (PUE) juste en dessous de 1,1, indiquant un modèle de consommation d'énergie très efficace. L'orateur explique qu'un PUE de 1,1 signifie que pour chaque 100 watts consommés par les serveurs, seulement 10 watts sont utilisés par le bâtiment lui-même, ce qui inclut le refroidissement, l'éclairage et les systèmes de sécurité. Cette efficacité est remarquable, surtout si l'on considère que le centre de données a 10 ans, tandis que la moyenne européenne du PUE est d'environ 1,8.

Le système de refroidissement du centre de données utilise une stratégie de confinement des allées froides, où l'air froid est introduit par le plafond et descend naturellement vers les serveurs. Le conférencier souligne l'importance de gérer les températures, en particulier en hiver, lorsque l'air chaud des allées chaudes est recirculé pour éviter un refroidissement excessif. Il met en avant que les températures froides sont plus critiques à surveiller, car des températures autour de 6°C peuvent provoquer des pannes dans les connexions en fibre.

Le centre de données fonctionne en mettant l'accent sur le maintien d'un environnement contrôlé, garantissant que l'air circule exclusivement à travers les serveurs. L'orateur décrit le mélange de tâches de stockage et de calcul au sein de l'installation, notant que les niveaux de bruit sont minimes en raison des températures externes froides. Les ventilateurs de refroidissement fonctionnent principalement pour faciliter le flux d'air plutôt que pour lutter contre une chaleur excessive.

Dans l'allée chaude, la température est significativement plus élevée, démontrant l'efficacité du système de refroidissement. Le conférencier explique que l'air chaud est expulsé à l'extérieur tandis qu'une partie est redirigée vers les allées froides pour maintenir des températures optimales pour les serveurs. Le centre de données est équipé de trois unités de ventilation par allée, garantissant la redondance ; si une unité tombe en panne, le centre de données peut continuer à fonctionner sans interruption.

Au-dessus du centre de données, des systèmes de filtration de l'air sont en place pour garantir que de l'air frais est introduit dans les serveurs. L'orateur détaille comment l'air est filtré avant d'entrer dans le centre de données et est ensuite expulsé par des ventilateurs. En cas de chaleur extrême, le flux d'air est augmenté pour gérer la dissipation de la chaleur, tandis qu'en hiver, l'air chaud est recirculé pour éviter que les serveurs ne deviennent trop froids.

Le centre de données utilise un système de refroidissement simple mais efficace où une partie de l'air chaud est mélangée à de l'air froid pour maintenir une température minimale, tandis que l'excès est expulsé. Ce système s'est avéré très efficace, avec des serveurs fonctionnant pendant plus de 10 ans et connaissant un taux de défaillance remarquablement bas.

Pour atténuer la lumière directe du soleil sur les installations, une centrale solaire a été installée au-dessus du centre de données et des bâtiments adjacents, générant plus de 500 kilowatts d'énergie. Notamment, tous les panneaux solaires et les onduleurs sont fabriqués entièrement en Europe, soulignant un engagement envers la production locale.

Le système d'alimentation de secours se compose de trois grands générateurs situés sur le toit de D3, qui s'activent dans les dix secondes suivant une coupure de courant. Au départ, les onduleurs utilisent leurs batteries jusqu'à ce que deux générateurs soient synchronisés, moment auquel les onduleurs se déconnectent, considérant la sortie des générateurs comme une source d'alimentation standard. Ces générateurs sont cruciaux pour maintenir l'alimentation pendant les coupures totales.

Lors de la visite, la consommation d'énergie a été surveillée, révélant un total d'environ 670 kW, avec 374 kW enregistrés d'un côté. Ces données mettent en évidence l'efficacité opérationnelle et la gestion de l'énergie au sein du centre de données.

Le conférencier réfléchit aux discussions approfondies tenues lors de la visite, notant la logique industrielle derrière les opérations des centres de données, qui contraste fortement avec les configurations de jeux personnelles. L'accent est mis sur l'optimisation énergétique et écologique, mettant en avant l'engagement d'Infomaniac envers des pratiques locales et durables. Le conférencier exprime sa satisfaction quant à la transparence et à l'intégrité de l'approche de l'entreprise.

L'orateur remercie Boris pour ses explications détaillées et Thomas pour son accueil chaleureux lors de la visite. Il encourage les spectateurs à partager leurs réflexions dans les commentaires et mentionne une évolution de son format vidéo vers plus de spontanéité et d'engagement. La prochaine visite est annoncée, promettant un sujet différent qui a déjà suscité l'intérêt du public.