Les centres de données sont non seulement de grands consommateurs d'énergie, mais ont également une forte demande en eau (soit plusieurs millions de mètres cubes par an) pour refroidir les serveurs. Si cela est une source de préoccupation majeure pour les entreprises, Microsoft semble avoir trouvé le moyen de rendre les serveurs moins gourmands en énergie et de rendre leur demande en eau quasi nulle. Selon les plans du géant de Redmond, ses nouvelles techniques pourraient lui permettre de réduire de 95 % la quantité d'eau utilisée par ses centres de données d'ici 2024, dans le but d'éliminer "à terme" l'utilisation de l'eau.Microsoft adopte le refroidissement par immersion des serveurs
Les fournisseurs de service de cloud computing utilisent depuis longtemps la combinaison de l'overclocking des processeurs et du refroidissement par eau pour tirer le maximum des performances des PC. Mais Microsoft a décidé de se tourner vers les nouvelles technologies pour refroidir ses serveurs. La société a commencé à utiliser depuis plus d'un an un liquide en ébullition pour évacuer la chaleur générée par les serveurs informatiques dans un centre de données. Microsoft est le premier fournisseur de services de cloud computing à utiliser ce procédé appelé "refroidissement par immersion à deux phases" dans un environnement de production.
Alors, cette approche peut-elle permettre de créer des plateformes de cloud computing plus puissantes ? De nouvelles recherches menées par Microsoft suggèrent que oui. Elle a testé l'utilisation de processeurs surcadencés fonctionnant dans des réservoirs de refroidissement par immersion et affirme que cette combinaison permet aux serveurs d'atteindre un niveau de performance supérieur. « Sur la base de nos tests, nous avons constaté que pour certains chipsets, les performances peuvent augmenter de 20 % grâce au refroidissement liquide », a déclaré Christian Belady, ingénieur distingué et vice-président du groupe de développement avancé des centres de données de Microsoft.
« Cela démontre comment le refroidissement liquide peut être utilisé non seulement pour soutenir nos objectifs de durabilité visant à réduire et, à terme, à éliminer l'eau utilisée pour le refroidissement dans les centres de données, mais aussi pour générer des puces plus performantes fonctionnant à des températures de refroidissement plus chaudes pour les charges de travail avancées d'IA et de ML », a-t-il ajouté. Ces types d'amélioration des performances pourraient être significatifs lorsqu'ils sont appliqués à l'échelle du cloud, et permettre de nouvelles approches de la façon dont les centres de données sont construits et exploités.
Les centres de données de Microsoft utilisent actuellement le refroidissement adiabatique, qui repose sur l'air extérieur pour refroidir les températures à l'intérieur. Ce procédé consomme généralement moins d'électricité que la climatisation et moins d'eau que les tours de refroidissement. Mais lorsque les températures dépassent 85 degrés Fahrenheit (environ 30 degrés Celsius), l'air extérieur n'est pas très utile. À ce moment-là, un système de refroidissement par évaporation, qui utilise de l'eau, entre en action. Il fonctionne comme un "refroidisseur de marais" : il refroidit l'air en le poussant sur ou à travers des écrans imbibés d'eau.
« En raison des économies d'énergie et de refroidissement que le refroidissement liquide nous permet de réaliser, il ouvre de nouvelles perspectives pour la conception des baies de centres de données », a déclaré Belady. L'étude a été partagée dans le cadre de la mise à jour de Microsoft sur ses initiatives de durabilité, y compris un plan visant à réduire la consommation d'eau de ses centres de données de 95 % d'ici 2024. L'utilisation accrue du refroidissement liquide est un élément important de cet effort, car elle permet une conception sans eau. Microsoft commencera également à exploiter des centres de données plus chauds.
La société augmentera le point de consigne pour les salles de serveurs afin de réduire - voire d'éliminer - la dépendance de l'entreprise à l'égard du refroidissement par évaporation, très gourmand en eau. Cet objectif s'inscrit dans le prolongement de l'engagement qu'elle a pris l'année dernière de devenir "positive en matière d'eau" d'ici à la fin de la décennie, ce qui signifie que l'entreprise reconstituerait plus d'eau qu'elle n'en utilise pour ses activités. En 2020, Microsoft s'est également engagée à devenir neutre en carbone à la même échéance, ce qui signifie qu'elle prévoit d'aspirer et de stocker plus de CO2 qu'elle n'en rejette.
Overclocking : Plus de puissance, mais aussi plus de chaleur
L'overclocking consiste à faire tourner les processeurs à une fréquence d'horloge plus élevée que celle prévue, ce qui revient à forcer l'ordinateur à fonctionner plus vite qu'il n'est censé le faire. L'overclocking accroît les performances, mais fait également chauffer davantage les composants. C'est là qu'intervient le refroidissement par immersion, un procédé qui, selon l'étude de Microsoft, se déroule en deux temps. Dans l'immersion à deux phases, les serveurs sont immergés dans un fluide de refroidissement qui bout au fur et à mesure que les puces génèrent de la chaleur, éliminant la chaleur en passant du liquide à la vapeur.
La vapeur se condense ensuite en liquide pour être réutilisée, le tout sans pompe. Selon Microsoft, le refroidissement par immersion peut offrir un rendement énergétique exceptionnel, car il utilise des réservoirs scellés qui ne nécessitent pas de planchers surélevés ou de refroidissement par air au niveau de la pièce, comme c'est le cas dans la plupart des centres de données commerciaux. La société estime que le refroidissement par immersion à deux phases jouera un rôle beaucoup plus important dans les futures conceptions de données. « Le refroidissement liquide ouvre la voie à des serveurs plus denses dans des espaces plus réduits », a déclaré Belady.
« Ce qui signifie une capacité accrue par mètre carré dans un centre de données, ou la possibilité de créer des centres de données plus petits dans des endroits plus stratégiques à l'avenir. Cela ajoute aux avantages de la conception du refroidissement sans eau », a-t-il continué. En outre, le refroidissement par immersion n'est pas la seule technique que Microsoft a explorée dernièrement. En mars, Microsoft a révélé qu'elle testait une technologie de refroidissement utilisée dans les installations d'extraction de bitcoins, dans laquelle les serveurs sont plongés dans des réservoirs de fluide de refroidissement pour gérer les densités de chaleur croissantes.
Et en avril, elle a mis en production un seul rack de 48 serveurs utilisant le refroidissement par immersion à deux phases dans son centre de données de Quincy, dans l'État de Washington. Alors, d'autres systèmes de refroidissement par immersion à l'horizon ? Microsoft ne construit pas encore de centres de données entiers avec des cuves d'immersion, mais se dit prête à étendre leur utilisation. « Notre plan est d'étendre ce déploiement à plusieurs cuves pour comprendre comment faire évoluer le refroidissement par immersion liquide et maintenir la fiabilité des services », a déclaré l'entreprise.
« En fonction du résultat, nous allons développer une version plus optimisée de cette technologie dans d'autres centres de données », a-t-elle ajouté. Microsoft n'est pas la première entreprise à faire le lien entre l'immersion et les gains de performance, puisque cela a été un moteur de l'adoption de l'immersion dans l'extraction de cryptomonnaie. Riot Blockchain, une société d'exploitation minière qui se concentre sur le bitcoin et sa blockchain, indique que ses recherches ont révélé que l'utilisation de l'immersion avec des puces ASIC peut augmenter son taux de hachage de 25 %, avec un potentiel de gains plus importants.
Cette semaine, Riot a commencé la construction de 200 mégawatts de capacité de refroidissement par immersion dans un nouveau centre de hachage à Rockdale, au Texas. « Nous prévoyons d'observer une augmentation du taux de hachage et de la productivité de l'entreprise jusqu'en 2022, sans avoir à compter uniquement sur l'achat d'ASIC supplémentaires », a déclaré Jason Lee, PDG de Riot. Par ailleurs, le cloud Azure et les applications Office de Microsoft requièrent une fiabilité bien supérieure à celle du minage de bitcoins, qui peut être interrompu sans mettre hors service des entreprises mondiales.
L'une des principales motivations de Microsoft est de renforcer son cloud en vue de l'adoption croissante de l'IA et d'autres applications à haute densité, qui posent des problèmes de conception et de gestion des centres de données. Les nouveaux matériels puissants destinés aux charges de travail de l'IA concentrent une plus grande puissance de calcul dans chaque équipement, ce qui augmente la densité de puissance (la quantité d'électricité utilisée par les serveurs et le stockage dans un rack ou une armoire) et la chaleur qui en résulte.
Le matériel d'IA peut également créer un "flux" élevé, dans lequel l'utilisation de l'énergie dans un rack augmente rapidement lorsque le matériel commence une nouvelle charge de travail, ce qui peut être difficile à gérer avec le refroidissement par air traditionnel. Un certain nombre de fournisseurs de services se sont concentrés sur des solutions de refroidissement par air optimisées pour les charges de travail à haute densité, mais lorsque les densités dépassent 25 à 30 kW par rack, les utilisateurs se tournent de plus en plus vers le refroidissement liquide pour gérer ces charges de travail.
Selon Belady, le refroidissement liquide représente "une fonction d'étape majeure pour la gestion de la densité". « Il ouvre la voie à des centres de données à plus haute densité et plus efficaces sur le plan énergétique. Nous ne sommes qu'au début de cette courbe de densité. Nous sommes vraiment optimistes quant à cette technologie », a déclaré Belady.
Source : Microsoft
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