Explorer les centres de données innovants d'Infomaniaque : un avenir durable

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 du fonctionnement du cloud. Les centres de données sont mis en avant comme le cœur 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 cette période, le volume d'échange de données a explosé de 600 %, passant de 0,6 à 4,4 zettaoctets (1 zettaoctet équivaut à 1 milliard de téraoctets).

Le conférencier discute de l'augmentation substantielle des charges de travail des centres de données, qui ont augmenté de plus de 340 % entre 2015 et 2022, tandis que la consommation électrique n'a augmenté que de 20 à 70 %. En 2022, les centres de données ont consommé entre 240 et 340 térawattheures (TWh) d'énergie, hors minage de cryptomonnaies, qui représentait environ 150 TWh. Cela indique que, bien que la puissance de calcul et la capacité de stockage augmentent rapidement, la consommation d'énergie ne suit pas le rythme.

Le conférencier note la tendance vers l'informatique en nuage, où les utilisateurs ont tendance à louer de la puissance de calcul plutôt qu'à posséder des machines sous-utilisées. Il mentionne une vidéo précédente discutant de l'impact écologique d'Internet et du matériel informatique, qui est maintenant quelque peu obsolète en raison de statistiques en évolution rapide. Le conférencier anticipe une nouvelle vidéo de 'le réveilleur' qui fournira des informations mises à jour sur ce sujet.

La discussion se déplace sur l'impact de l'intelligence artificielle (IA) sur les centres de données, car l'IA nécessite une puissance de calcul significative, ce qui pourrait augmenter la consommation d'énergie dans ces installations. L'intervenant prévoit d'explorer 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'Infomaniaque, une entreprise suisse qui propose divers services cloud.

Infomaniaque est reconnu pour son faible impact carbone et son engagement à utiliser des équipements fabriqués localement tout en employant du personnel régional. L'intervenant mentionne que le centre de données D4 est en construction, tandis que le centre de données D3 est opérationnel depuis environ dix ans. La visite vise à fournir des informations sur le fonctionnement de ces centres de données.

Avant de plonger dans la visite, le conférencier souligne l'importance de comprendre les bases des centres de données, qui sont conçus pour connecter et faire fonctionner le matériel informatique dans des conditions optimales. Cela inclut la puissance de calcul brute, le stockage de données et l'entraînement de l'IA. Le conférencier explique la structure des serveurs, qui sont logés dans des enceintes standardisées, avec des dimensions mesurées en unités 'U', où 1U représente une hauteur standard pour un serveur.

Boris, le directeur stratégique d'Infomaniaque, exprime son enthousiasme pour les systèmes modulaires, en particulier le système RAC. Il envisage une cuisine entièrement composée d'unités modulaires, permettant une flexibilité dans le placement des appareils, comme l'installation d'un four dans une salle de bain ou le déplacement d'une cuisine vers un centre de données, soulignant la polyvalence des conceptions modulaires.

Boris explique le fonctionnement fondamental d'un centre de données, qui consiste à fournir une alimentation continue aux serveurs et à évacuer efficacement la chaleur. Il note qu'un centre de données consommant 1 MW d'électricité génère une quantité égale de chaleur, ce qui rend essentiel de gérer à la fois l'alimentation électrique et la dissipation de la chaleur. L'alimentation électrique peut varier de plusieurs centaines de kilowatts à des centaines de mégawatts pour les installations plus grandes, nécessitant des systèmes de refroidissement robustes et des connexions en fibre optique substantielles pour la communication externe.

Le centre de données, situé sous terre sur le site D4, est actuellement en construction et dispose d'un système de refroidissement unique. Boris mentionne que le centre de données fournira de la chaleur aux bâtiments voisins, avec 5 % de sa production de chaleur capable de chauffer un éco-quartier équivalent à 6 000 foyers pendant l'hiver, et encore plus en été en raison de l'augmentation des besoins en chauffage. Ce dispositif vise à remplacer une centrale de chauffage à granulés de bois, réduisant ainsi considérablement la dépendance aux méthodes de chauffage traditionnelles.

Boris détaille l'infrastructure électrique du centre de données, qui comprend deux transformateurs de 1 MW recevant l'alimentation à 18 000 V et la convertissant en 230 V. L'installation est équipée de plusieurs systèmes d'alimentation sans interruption (ASI), au nombre de 12 au total, disposés par paires pour la redondance. Ces systèmes ASI sont conçus pour garantir un approvisionnement électrique continu, avec des systèmes de secours en place pour gérer toute défaillance, maintenant ainsi la stabilité opérationnelle.

La discussion met en lumière les problèmes de sécurité historiques dans les centres de données, en particulier les incendies causés par des batteries et des alimentations sans interruption (ASI). Elle souligne l'importance de séparer ces composants sensibles des zones de serveurs pour atténuer les risques d'incendie. L'intervenant note qu'un nouveau type d'ASI, opérationnel depuis 2008, a été mis en place, affichant un taux d'efficacité de 99 %, améliorant considérablement la perte d'énergie par rapport aux 6 % précédents. Cette nouvelle technologie est fabriquée en Suisse, et l'ensemble de l'infrastructure du centre de données est fourni par des fournisseurs européens.

Le conférencier explique le fonctionnement opérationnel du nouveau système d'alimentation sans interruption (ASI), qui peut passer à l'alimentation par batterie en deux minutes lors d'une coupure de courant, offrant cinq minutes d'autonomie. Cela est jugé suffisant pour que les générateurs de secours démarrent. L'ASI peut fournir directement de l'énergie au centre de données sans s'appuyer sur des batteries, sauf si nécessaire, optimisant ainsi l'utilisation de l'énergie. De plus, le système est conçu pour récupérer la chaleur générée par l'ASI, qui est généralement gaspillée, et la rediriger vers des pompes à chaleur pour améliorer l'efficacité énergétique.

Pour améliorer la sécurité, les batteries de l'onduleur sont installées dans des salles séparées et sécurisées conçues pour minimiser les dommages causés par le feu. Ces salles sont construites avec des murs en béton, sans fenêtres, et comprennent un petit système de ventilation pour la sécurité. Les batteries utilisées sont spécifiquement conçues pour résister à des températures élevées et sont fabriquées à partir de plomb, une technologie bien établie. L'orateur exprime une préférence pour les technologies de batteries éprouvées afin d'assurer la fiabilité.

En réfléchissant à l'évolution du refroidissement des centres de données, l'orateur contraste les pratiques passées avec les techniques modernes. Historiquement, les centres de données manquaient d'isolation entre les allées chaudes et froides, ce qui entraînait un refroidissement inefficace, car l'air chaud des équipements se mélangeait à l'air froid des unités de climatisation. Aujourd'hui, les centres de données efficaces utilisent une configuration d'allée chaude/allée froide, où l'air froid est dirigé vers l'avant des serveurs et l'air chaud est expulsé à l'arrière, améliorant considérablement l'efficacité du refroidissement.

Le couloir froid dans le centre de données est conçu pour garantir que l'air froid entre par le sol, spécifiquement d'une pompe à chaleur fonctionnant à 28°C. Actuellement, l'installation n'est pas encore en pleine opération, mais une fois qu'elle le sera, toute la zone sera hermétiquement scellée pour diriger l'air froid uniquement vers les serveurs. Le plafond est complètement fermé, créant un environnement contrôlé pour un refroidissement optimal.

Un exemple de machine serveur dans le centre de données est présenté, avec un châssis de deux unités de hauteur qui est tout neuf et pas entièrement équipé. Il comprend deux alimentations pour la redondance, capables d'une puissance maximale de 2200W. La carte mère prend en charge deux processeurs refroidis par des radiateurs, avec suffisamment d'espace pour la RAM. Le flux d'air est géré par une rangée de petits ventilateurs, mettant l'accent sur l'efficacité plutôt que sur la réduction du bruit, car le design privilégie l'optimisation de l'espace pour plus de machines.

Le système de circulation d'air du centre de données est conçu pour gérer efficacement l'air chaud. L'air chaud est expulsé par une grande ouverture dans le plafond, qui est ensuite dirigée vers des échangeurs de chaleur. Ce système est crucial car le centre de données est l'un des rares à chauffer de l'eau pour l'utilisation dans le réseau de chauffage 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 de la ville qui nécessite environ 60°C.

Le centre de données Infom utilise une pompe à chaleur pour gérer la température de l'air des allées chaudes tout en chauffant simultanément l'eau pour le réseau de chauffage. Ce processus implique un transfert d'énergie significatif, nécessitant le fonctionnement d'un compresseur. Contrairement à la climatisation traditionnelle, la pompe à chaleur utilise un circuit d'eau intermédiaire pour séparer le réfrigérant inflammable du reste du centre de données, garantissant la sécurité tout en gérant efficacement les températures entre 40°C et 45°C.

Le système de récupération de chaleur fonctionne en convertissant l'air chaud, qui peut atteindre une température minimale de 38°C, en eau chaude. Cette eau chaude est ensuite extraite de la pompe à chaleur, qui élève la température de 40°C à 67°C pour l'injection dans le réseau de chauffage urbain. Le système récupère simultanément de l'air froid à 28°C pour refroidir les serveurs, utilisant une configuration à double tuyau.

Les systèmes de refroidissement traditionnels pour les centres de données sont utilisés depuis des années, mais la tendance actuelle est de s'éloigner de la climatisation conventionnelle au profit de solutions plus écoénergétiques. L'aspect innovant de ce système est qu'il n'expulse pas la chaleur à l'extérieur ; au lieu de cela, il la réutilise pour chauffer l'approvisionnement en eau du réseau de chauffage de Genève, transformant la chaleur résiduelle en une ressource précieuse.

Les premiers centres de données en 2000 s'appuyaient fortement sur jusqu'à sept climatiseurs pour produire de l'air froid, entraînant des besoins de refroidissement excessifs. En 2008, des avancées ont permis l'utilisation de l'air extérieur pour le refroidissement, en employant des techniques de refroidissement par évaporation qui pouvaient abaisser les températures de 10 °C. Cette évolution reflète une reconnaissance croissante que les centres de données génèrent une chaleur significative, qui était auparavant considérée comme un déchet.

L'engagement en faveur de la durabilité est évident, car le centre de données vise à valoriser 100 % de sa production énergétique. Cette approche innovante, qui fonctionne en circuit fermé, devrait établir une nouvelle norme pour les centres de données. Bien que l'investissement initial ait été de plusieurs millions d'euros supérieur à celui des installations traditionnelles, les coûts opérationnels à long terme devraient être inférieurs en raison de la réduction des dépenses énergétiques et des émissions de CO2, estimées à environ 10 grammes de CO2.

La discussion commence avec le système innovant de récupération de chaleur au centre de données, qui utilise des pompes à chaleur de 1,7 MW pour récupérer 1,25 MW de calories générées par le centre de données. Ce système est conçu pour produire de l'eau chaude à 67°C, mettant en avant une approche novatrice car une telle technologie n'est généralement pas mise en œuvre dans les centres de données. Le défi réside dans l'adaptation des pompes à chaleur, initialement destinées au chauffage des bâtiments, pour fonctionner efficacement dans ce contexte.

Des adaptations techniques significatives étaient nécessaires pour garantir que les pompes à chaleur puissent fonctionner pendant un minimum de 20 ans à 40°C au lieu des 14°C standard. La conception inclut une redondance, avec le double du nombre de pompes à chaleur pour assurer un fonctionnement continu même si l'une d'elles tombe en panne. L'installation est compliquée par le fait qu'elle est située sous un parc, nécessitant des modifications structurelles pour l'entretien futur.

Une collaboration avec l'éco-quartier local a été établie, où le centre de données fournira de la chaleur à prix coûtant, évitant les tarifs plus élevés généralement associés au transport d'énergie. Le système est conçu pour envoyer de l'eau chaude à 40°C minimum à l'éco-quartier, qui renverra de l'eau à 28°C, facilitant ainsi un échange d'énergie efficace.

Le centre de données se connecte également à un réseau de chauffage urbain, où il peut fournir de l'eau chauffée à 67°C. Cette approche innovante permet d'utiliser la chaleur résiduelle du centre de données, la transformant efficacement en source de chauffage urbain. L'intervenant souligne le concept remarquable selon lequel certains résidents peuvent utiliser de l'eau chaude pour les douches provenant des unités de traitement du centre de données, comparant le centre de données à une centrale de chauffage urbain.

Le potentiel de récupération de chaleur des centres de données a été exploré dans des recherches, y compris un article de 2020 qui a documenté neuf centres de données connectés à des réseaux de chauffage utilisant diverses technologies. Cependant, il est rare qu'un centre de données récupère 100 % de sa production d'énergie. L'intervenant souligne que D4 Infomayac est parmi les premiers, sinon le premier, conçu spécifiquement pour atteindre cet objectif.

Le conférencier développe trois technologies 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 eau est particulièrement efficace pour les systèmes énergétiques à haute densité, permettant le refroidissement direct des composants les plus chauds. La réutilisation de la chaleur est plus simple avec le refroidissement par eau, car il peut fournir de l'eau chaude à 60°C sans pompes à chaleur supplémentaires, bien que cette méthode soit plus adaptée aux grands centres de données spécialisés.

La discussion met en évidence la multifonctionnalité des centres de données, soulignant la nécessité de systèmes de refroidissement efficaces. Elle note que différentes machines au sein d'un centre de données émettent des quantités d'énergie variées et nécessitent des méthodes de refroidissement distinctes. Le refroidissement direct par le biais de réseaux de chaleur est jugé plus simple et plus économique. En France, bien que des réseaux de chaleur existent, ils ne sont pas aussi développés que dans d'autres pays, ce qui nécessite que les centres de données soient urbains et proches de ces réseaux pour minimiser les pertes d'énergie lors du transport.

Les centres de données produisent en continu de l'énergie qui doit être gérée tout au long de l'année. Contrairement aux centrales de chauffage urbain qui peuvent réduire leur puissance en été, les centres de données fonctionnent à des niveaux de puissance constants. Le centre de données D4 est connecté à un réseau de chaleur suffisamment grand, ce qui lui permet d'évacuer de l'énergie tout au long de l'année. En hiver, il peut chauffer des bâtiments résidentiels, tandis qu'en été, il peut fournir de l'eau chaude pour les douches, démontrant ainsi sa polyvalence dans la gestion de l'énergie.

La conversation explore des idées innovantes pour utiliser la chaleur des centres de données, comme chauffer un petit réseau local en hiver et libérer l'excès de chaleur dans l'atmosphère en été. De plus, elle suggère la possibilité de stocker la chaleur sous terre pendant l'été pour une utilisation en hiver. Le centre D4 est présenté comme un modèle pionnier, avec le potentiel pour des concepts similaires d'émerger à l'avenir.

L'importance de la redondance dans les systèmes de refroidissement est soulignée, en particulier pour le centre de données D4, qui est l'un des premiers de son genre. En cas de défaillance de la pompe à chaleur principale, un système de refroidissement alternatif a été conçu pour garantir un fonctionnement continu. Ce système de secours comprend une grande prise d'air conçue pour le refroidissement d'urgence, mesurant 3 mètres sur 3 mètres, et est équipé d'un treillis en acier pour prévenir les obstructions.

La mécanique du mouvement de l'air au sein du centre de données est détaillée, avec deux ventilateurs massifs responsables de la circulation de l'air : un pour introduire de l'air frais dans les allées froides et un autre pour expulser l'air chaud des allées chaudes. Le système est conçu pour garantir que l'air ne retourne pas dans les allées chaudes pendant les opérations de refroidissement d'urgence, utilisant des clapets anti-retour pour gérer efficacement le flux d'air.

Pour répondre aux préoccupations liées au bruit dans une zone résidentielle, le centre de données a mis en place des murs absorbants au niveau des points d'entrée et de sortie du système de ventilation d'urgence. Ce design vise à minimiser l'impact du bruit généré par les ventilateurs de refroidissement, garantissant que l'installation fonctionne harmonieusement dans son environnement urbain.

Le système de refroidissement dans le centre de données est conçu pour fonctionner uniquement dans des situations exceptionnelles afin de minimiser les perturbations dans les zones résidentielles. Un ingénieur acoustique a calculé que le flux d'air entre les pièges à son contenait efficacement les ondes sonores. Ce système repose uniquement sur l'air extérieur pour le refroidissement, sans climatisation, et a prouvé son efficacité, comme en témoigne le centre de données D3, qui est opérationnel depuis 10 ans et est reconnu pour ses pratiques respectueuses de l'environnement.

Le centre de données D3 est classé comme de niveau 4, ce qui indique un haut niveau de redondance. Cependant, il lui manque certaines caractéristiques requises pour une certification complète de niveau 4, telles que des salles séparées pour les panneaux électriques et les alimentations sans interruption (ASI). L'orateur note que bien que les équipements de base fonctionnent de manière fiable 99 % du temps, pour les détaillants en ligne, même 1 % de temps d'arrêt peut entraîner des pertes financières significatives, pouvant atteindre des centaines de milliers ou des millions d'euros par an.

La fiabilité dans les centres de données est souvent mesurée à l'aide d'un système de niveaux allant de 1 à 4. Le niveau 1 garantit un temps de disponibilité de 99,671 %, ce qui équivaut à un maximum de 28,8 heures d'interruption par an, tandis que le niveau 4 assure un temps de disponibilité de 99,995 %, ne permettant que 26 minutes d'interruption par an. L'obtention du statut de niveau 4 nécessite des mesures strictes, y compris la séparation physique des circuits électriques et l'amélioration de la redondance.

La pertinence du système de niveaux est remise en question dans le contexte des centres de données modernes, où plusieurs installations peuvent répliquer des données. L'intervenant soutient qu'une redondance excessive dans un seul centre de données est inutile lorsque les données peuvent être sécurisées sur plusieurs sites. L'accent devrait être mis sur l'assurance de la fiabilité grâce à la distribution des données à travers divers centres plutôt que sur la sur-ingénierie d'un seul emplacement.

Le centre de données D3 a un indice d'efficacité énergétique (PUE) juste en dessous de 1,1, ce qui indique qu'il fonctionne de manière efficace. Cependant, le système de refroidissement libère de la chaleur dans l'atmosphère sans la récupérer, ce qui est considéré comme une perte d'énergie. L'orateur souligne l'importance des indicateurs d'efficacité énergétique dans l'évaluation de la performance des centres de données.

Le centre de données fonctionne avec une efficacité d'utilisation de l'énergie (PUE) de 1,1, ce qui indique que pour chaque 100 watts consommés par un serveur, 10 watts supplémentaires sont consommés par l'infrastructure du bâtiment, qui comprend le refroidissement, les onduleurs, l'éclairage et les systèmes de sécurité. Ce PUE est considéré comme hautement optimisé, surtout pour un centre de données âgé de 10 ans, par rapport à la moyenne européenne d'environ 1,8.

Le système de refroidissement utilise de l'air froid provenant du plafond, qui est filtré et dirigé vers les allées froides où se trouvent les serveurs. En hiver, l'air chaud des allées chaudes est recirculé pour éviter un refroidissement excessif. L'orateur souligne la sensibilité des températures froides, notant qu'à 6 degrés Celsius, les connexions en fibre peuvent échouer, tandis qu'il y a plus de tolérance à la chaleur.

Dans l'allée chaude, les températures sont significativement plus élevées en raison des serveurs opérationnels. La conception permet à l'air chaud de s'élever naturellement, qui est ensuite évacué à l'extérieur, avec une partie de l'air chaud redirigé vers les allées froides pour maintenir des températures optimales pendant l'hiver. Le centre de données est équipé de trois armoires de ventilation et de ventilateurs parallèles pour garantir un fonctionnement continu même si une armoire tombe en panne.

L'air entrant dans le centre de données est filtré avant d'atteindre les serveurs. Une fois que l'air a circulé dans le centre de données, il est expulsé par des ventilateurs, avec des températures atteignant jusqu'à 36 degrés Celsius. Le système est conçu pour augmenter les débits d'air afin de gérer efficacement la chaleur. En hiver, une partie de l'air chaud est réutilisée pour réchauffer légèrement les allées froides, garantissant un environnement de température équilibrée.

Pour atténuer la lumière directe du soleil sur les installations, un système d'énergie solaire a été installé au-dessus du centre de données et des bâtiments adjacents, générant plus de 500 kW. Les panneaux solaires et les onduleurs sont entièrement fabriqués en Europe, contribuant à la durabilité de l'approvisionnement énergétique du centre de données.

La discussion commence par un aperçu du toit D3, où se trouvent trois grands générateurs. Il est expliqué que deux générateurs synchronisés peuvent injecter de l'énergie dans le système, prenant environ dix secondes pour démarrer. Pendant ce temps, les onduleurs utilisent leurs batteries pour maintenir l'alimentation jusqu'à ce que les générateurs soient opérationnels. Ces générateurs servent de sources d'alimentation de secours en cas de perte totale de courant, tandis que les onduleurs ne fournissent qu'un soutien temporaire.

Le conférencier note que la consommation d'énergie est d'environ 670 kW, répartie uniformément sur deux côtés du système. Cette observation met en évidence l'efficacité de l'installation, car la charge est effectivement réduite de moitié, démontrant un système de gestion de l'énergie bien optimisé.

Le conférencier réfléchit à la visite, reconnaissant le manque de temps pour une conclusion formelle mais exprimant sa satisfaction quant à la visite complète du centre de données. Il souligne que, bien qu'il existe des centres de données plus grands, les principes opérationnels fondamentaux restent constants. Le conférencier contraste la logique industrielle des centres de données avec l'approche de loisir des joueurs individuels construisant des PC personnels, soulignant l'accent mis sur l'optimisation énergétique et écologique.

Le conférencier apprécie les initiatives locales et écologiques du centre de données, louant l'honnêteté et l'engagement de l'équipe avec laquelle il a interagi tout au long de la journée. Il exprime sa gratitude pour l'hospitalité reçue, remerciant particulièrement Boris pour ses explications et Thomas pour son accueil chaleureux.

Le conférencier invite des retours sur le nouveau format de son contenu, qui vise à être plus spontané et engageant en permettant aux invités d'expliquer leur travail lors des visites. Il reconnaît l'amélioration de la qualité de la production vidéo, l'attribuant à l'expertise de Thomas Bernaudin derrière la caméra.

En regardant vers l'avenir, le conférencier mentionne des projets pour une autre visite le mois prochain, évoquant un sujet sans rapport avec la discussion actuelle mais qui a déjà suscité l'intérêt de son public. Il conclut par un au revoir amical à ses téléspectateurs, encourageant l'interaction et l'engagement.