Les ordinateurs modernes et les centres de données consomment une énorme quantité d’énergie. Rien qu’aux États-Unis, l’énergie consommée dans tout le pays est représentée à hauteur de 3 % par les ordinateurs et les équipements connexes, selon l’Annual Energy Outlook de 2013. Sans parler des systèmes de refroidissement qui protègent les ordinateurs et les serveurs contre la surchauffe. La tâche consistant à accroître l’efficacité énergétique et à faire baisser le coût de la consommation d’énergie est écrasante. Elle signifie beaucoup pour l’environnement dans le cadre de la conservation des ressources naturelles, de la simplification du travail de certaines entreprises et de l’économie nationale à l’échelle brute.
Comment est calculé le PUE ?
L’efficacité de l’utilisation de l’énergie est la relation entre l’énergie totale entrant dans un centre de données et l’énergie utilisée par les équipements informatiques à l’intérieur du centre de données (refroidissement, chauffage, ventilation, conversion et distribution de l’énergie, éclairage, prises de courant). De plus, l’énergie totale peut être produite non seulement à partir de l’électricité mais aussi à partir d’autres sources, par exemple, le gaz naturel, le carburant, l’eau (utilisée pour le refroidissement adiabatique). La consommation d’énergie des équipements informatiques est définie comme la quantité d’énergie utilisée pour gérer, stocker, traiter et acheminer les données dans un centre ainsi que pour faire fonctionner les réseaux et les dispositifs supplémentaires tels que les moniteurs et les postes de travail.
Dès lors, la formule typique du PUE est la suivante :
PUE = la puissance totale de l’installation / l’énergie utilisée par les équipements informatiques
La formule doit être utilisée pour déterminer l’efficacité d’un centre de données particulier au fil du temps, et non pour en comparer différents.
Pour que ce soit clair, je voudrais introduire un exemple de calcul du PUE :
Disons que l’énergie totale de l’installation d’un centre de données est de 12.000 MWh et que l’équipement informatique consomme 9.000 MWh. Ainsi, PUE = 12.000 MWh / 9.000 MWh = 1,333.
Bien sûr, l’énergie utilisée par l’ensemble d’un centre de données sera supérieure à l’énergie consommée par les équipements informatiques. Donc ce point de référence sera toujours supérieur à un. Mais de combien est-il supérieur ?
Quel est le PUE normal ?
Evidemment, le ratio PUE peut varier de 1,0 à l’infini. Un PUE idéal est de 1,0, ce qui signifie une efficacité de 100% (c’est-à-dire que toute l’énergie consommée est utilisée uniquement sur les équipements informatiques, aucune perte de distribution électrique). Mais c’est presque impossible à atteindre.
Des géants de l’industrie comme Google et Microsoft créent des centres de données pour des PUE`s de 1,2 ou mieux. Mais ils sont les leaders de l’industrie. Selon les recherches de l’Uptime Institute, un centre de données américain moyen a un PUE de 2,5. Cependant, il est également courant de trouver des serveurs avec un PUE de 3,3 et plus. Cela signifie que seulement 1/3 de toute l’énergie consommée par les centres de données est utilisée par les équipements informatiques et 2/3 de cette énergie est gaspillée.
La température de l’environnement et son impact sur le PUE
Selon les dernières recherches, les centres de données consomment environ 420 térawatts représentant 3% aussi massif que la demande énergétique mondiale. De plus, les systèmes de refroidissement absorbent environ 45% de cette énergie. Dans ce cadre, l’emplacement des serveurs du centre de données a une grande importance. Plus le climat est froid, plus l’énergie est faible, plus son fonctionnement est efficace, meilleur (, plus faible) est le PUE.
Aujourd’hui, comme la création de centres de calcul écologiques est l’une des tâches prioritaires des fabricants, ceux-ci s’efforcent de mettre en œuvre des technologies modernes et des solutions prêtes à l’emploi pour rendre leurs systèmes de refroidissement plus efficaces et moins gourmands en énergie. Par exemple, en 2018, Microsoft a immergé son centre de données au fond de la mer du Nord, près des îles Orcades en Écosse, à une profondeur de 35,5 mètres. Les centres de données sous-marins autosuffisants sont censés être plus économes en énergie en raison de leur refroidissement est gratuit et exercé dans les eaux froides de la mer du Nord. https://www.youtube.com/embed/L2oJw1a_qEMHowever, vous devez comprendre que la capsule immergée dans l’eau n’est qu’une copie minuscule du véritable centre de données. Le conteneur d’une longueur de 12 mètres est composé de 12 racks et de 824 serveurs, mais le plus important est que le centre a une architecture modulaire. Au fond de la mer, il est relativement facile de lacer les conteneurs ensemble comme si les modules spatiaux de l’ISS.
Comment le centre de données peut-il devenir plus efficace?
Les économies d’énergie sont plus simples que ce que de nombreux propriétaires d’entreprises informatiques peuvent supposer. En mettant en œuvre de telles stratégies, vous pouvez économiser votre argent sur les factures d’électricité et rendre le travail des serveurs plus efficace.
- Réduire la charge des équipements informatiques. Économiser 1 watt au niveau d’un serveur se transformera en près de 3 watts d’économie totale dans un centre de données en raison d’une moindre consommation électrique. Cette stratégie de réduction de la charge comprend l’achat d’équipements économes en énergie, le retrait des serveurs qui ne sont pas utilisés et ce qu’on appelle la « virtualisation » des serveurs. »
- Gestion des flux d’air. Cette stratégie consiste à délivrer le flux d’air froid des unités de conditionnement là où il est le plus nécessaire, plus précisément à l’avant des serveurs, ainsi qu’à éliminer le flux d’air chaud de l’arrière des serveurs aussi efficacement que possible.
- Attention à la température et au taux d’humidité. Comme cela a déjà été mentionné auparavant, la température et le microclimat, où le serveur est situé, sont un facteur important qui influence l’efficacité de l’utilisation de l’énergie. Plus l’endroit est frais, moins d’énergie est consommée pour le refroidissement.
- Améliorez le système de refroidissement. Utilisez des systèmes de « Free Cooling » partout où cela est possible. De plus, l’utilisation de la climatisation pour un lieu entier est beaucoup moins efficace pour prévenir la surchauffe d’un centre de données par rapport à un refroidissement modulaire local. L’emplacement d’un centre de données est également essentiel. Il est préférable de répartir les modules en fonction de leur densité de puissance et de la charge présupposée.
Les ingénieurs saisissent toutes les opportunités pour réduire la consommation électrique des centres de données. Compte tenu de la pertinence de cette tâche, les solutions logicielles et matérielles irrégulières, axées sur la consommation d’énergie dans le cadre de l’efficacité des centres de données, vont se généraliser. Certaines d’entre elles seront probablement issues de la confluence de plusieurs technologies.