Refroidissement efficace des centres de données avec des gaz industriels : l'avenir de la gestion thermique
Concepts de refroidissement innovants pour votre centre de données:
- Le défi : Le calcul haute performance (HPC), le Big Data et l'intelligence artificielle (IA) poussent la génération de chaleur dans les baies de serveurs à un niveau que le refroidissement par air conventionnel ne peut plus gérer, ni sur le plan énergétique ni sur le plan spatial.
- La solution : Des méthodes avancées telles que le refroidissement par immersion en deux phases (Two-Phase Immersion Cooling) et le refroidissement direct sur puce (Direct-to-Chip) grâce à l'utilisation de fluides hautement spécialisés et d'infrastructures de gaz précises.
- La valeur ajoutée d'Air Liquide : De la conception de matériaux haute performance innovants (comme nos portefeuilles ALOHA™ et EnScribe™ pour l'industrie des semi-conducteurs) à notre technologie cryogénique Turbo-Brayton en passant par l'inertage, nous offrons un savoir-faire approfondi pour l'ensemble de la gestion thermique.
- Vos avantages : Réduction du PUE (Power Usage Effectiveness) à une valeur proche de 1,0, empreinte carbone massivement réduite, réalisation de stratégies de refroidissement sans eau (Zero-Water-Cooling) et durée de vie maximale du matériel.
Le défi : Pourquoi les centres de données refroidis par air atteignent leurs limites
Avec la numérisation mondiale rapide, les exigences en matière de matériel informatique augmentent de manière exponentielle. Les processeurs et GPU modernes dans les serveurs à haute densité fonctionnent aux limites de leurs capacités physiques et produisent d'énormes quantités de chaleur résiduelle.
Les systèmes de climatisation et de refroidissement par air conventionnels (unités CRAC/CRAH) nécessitent de vastes espaces pour les faux planchers ainsi que pour les allées chaudes et froides. De plus, les ventilateurs et les machines frigorifiques consomment d'énormes quantités d'énergie. Dans de nombreux centres de données, le refroidissement représente jusqu'à 40 % de la consommation totale d'électricité. Pour rester compétitifs et durables dans l'environnement de marché actuel, les opérateurs de centres de données ont besoin d'un changement de paradigme radical en matière de dissipation thermique.
Gestion thermique de nouvelle génération : Le refroidissement des centres de données avec des fluides et des gaz industriels
Air Liquide aide les opérateurs de centres de données avec des concepts de refroidissement disruptifs. En passant de milieux gazeux comme l'air à des fluides spéciaux liquides ou multiphasiques, la dissipation de chaleur peut être multipliée. Les liquides ont une capacité thermique et une conductivité thermique nettement supérieures à celles de l'air.
Refroidissement par immersion en deux phases (Two-Phase Immersion Cooling)
Avec le refroidissement par immersion en deux phases, les lames de serveurs entières sont directement immergées dans un bassin fermé contenant un fluide spécial non conducteur (diélectrique). Lorsque le matériel génère de la chaleur en fonctionnement, le fluide commence à bouillir directement sur les composants chauds (tels que les CPU) et s'évapore. Le gaz ascendant se condense sur un échangeur de chaleur intégré dans le couvercle et retombe sous forme de liquide dans le bassin.
Pour ces systèmes très complexes, Air Liquide fournit non seulement son expertise dans la manipulation de substances volatiles, mais aussi des gaz inertes de haute pureté (comme l'azote ou l'argon). Ceux-ci sont utilisés pour purger l'espace au-dessus du liquide dans le réservoir, empêcher l'humidité de pénétrer, protéger le système de l'oxydation et garantir une sécurité incendie absolue.
Refroidissement direct sur puce (Direct Liquid Cooling)
Dans les systèmes présentant des densités de puissance extrêmes, un fluide de refroidissement peut être acheminé directement vers la source de chaleur des processeurs via de fins microcanaux (Cold Plates). Ici, une gestion précise des fluides et de la pression est essentielle pour éviter les fuites et maximiser l'efficacité thermique. Air Liquide apporte ici ses décennies d'expérience dans la manipulation sûre des liquides et des gaz dans des conditions critiques.
Notre expertise : De la fabrication de puces au centre de données
Air Liquide n'est pas seulement un fournisseur de gaz industriels, mais fait partie intégrante de la chaîne de valeur mondiale de l'électronique et de l'informatique. Nous comprenons mieux que quiconque le matériel que vous devez refroidir, car nous sommes impliqués dans sa création.
- Compréhension approfondie des semi-conducteurs : Avec nos gammes de produits ALOHA™ et EnScribe™, nous sommes le leader mondial du développement et de la fourniture de matériaux précurseurs (Precursors) très complexes et de gaz de spécialité pour la fabrication de semi-conducteurs. Nous connaissons les limites thermiques et physiques des puces hautes performances modernes (CPU/GPU/ASIC) dans les moindres détails.
- Technologie cryogénique de pointe : Grâce à notre technologie brevetée Turbo-Brayton, nous démontrons notre leadership mondial dans le domaine de la réfrigération extrême et efficace, ainsi que de la gestion du gaz d'évaporation (Boil-off gas) – une base technologique qui sera également décisive pour les futures architectures de centres de données supraconducteurs. Cependant, la technologie avancée Turbo-Brayton n'est pas la seule à être pionnière ici : le cryorefroidissement conventionnel à l'azote liquide (LIN) est également très pertinent pour l'utilisation de supraconducteurs dans les centres de données modernes. La technologie finalement utilisée est précisément adaptée à l'architecture du système : selon la capacité de refroidissement requise et la longueur des lignes supraconductrices, nous offrons toujours la solution optimale et sur mesure pour une efficacité maximale avec le Turbo-Brayton et le refroidissement LIN.
La technologie Eco-Chiller d'Air Liquide pourrait également offrir une solution adéquate ; nos experts se feront un plaisir de vous conseiller si nécessaire.
- Le CO2 pour un contrôle précis du pH de l'eau de refroidissement : Dans les immenses systèmes de refroidissement des centres de données refroidis à l'eau, l'évaporation entraîne une concentration continue de minéraux, ce qui augmente le pH et accroît le risque d'entartrage (Scaling) et de corrosion. En injectant du dioxyde de carbone de manière ciblée, un acide carbonique doux se forme dans l'eau, ce qui maintient le pH dans la plage optimale de manière entièrement automatique, sûre et respectueuse de l'environnement. Contrairement aux acides minéraux agressifs comme l'acide sulfurique ou chlorhydrique, la neutralisation au CO2 élimine pratiquement le risque de surdosage dangereux, préserve l'infrastructure précieuse du système et améliore considérablement la sécurité au travail sur le site.
- Sécurité globale (Fire Suppression) : La sécurité de vos données est la priorité absolue. En complément du refroidissement, nous équipons les centres de données avec des systèmes d'extinction d'incendie à gaz ultramodernes et respectueux de l'environnement, basés sur des gaz inertes, qui étouffent les incendies sans endommager l'électronique sensible ni laisser de résidus.
Avantages stratégiques : Pourquoi le changement en vaut la peine
L'utilisation du refroidissement par liquide et par gaz offre aux centres de données des avantages stratégiques et économiques mesurables en comparaison directe avec le refroidissement par air.
L'utilisation du refroidissement par liquide et par gaz offre aux centres de données des avantages stratégiques et économiques mesurables en comparaison directe avec le refroidissement par air.
| Critère | Refroidissement par air conventionnel (CRAC / CRAH / InRow) | Direct-to-Chip (Liquide) | Immersion Cooling (Liquide) |
| Milieu de refroidissement au serveur | Air | Eau / Glycol | Fluide diélectrique |
| Puissance max. par baie (Rack) | De 15 à environ 30 kW | Plus de 100 kW | Plus de 100 kW |
| Efficacité énergétique (PUE) | Modérée à bonne | Très élevée | Excellente |
| Coûts d'investissement (CAPEX) | Faibles à moyens | Élevés | Très élevés |
| Système central d'eau de refroidissement | Non (CRAC) / Oui (CRAH) | Oui | Oui |
| Espace requis | Élevé | Faible | Très faible |
| Nuisance sonore | Très élevée | Très faible | Presque silencieux |
Au-delà du refroidissement : Le centre de données entièrement vert
Un centre de données pérenne se caractérise non seulement par un refroidissement efficace, mais aussi par une alimentation électrique durable. Ici aussi, Air Liquide est votre partenaire stratégique :
Alimentation de secours sans émissions (Backup Power) à l'hydrogène :
Les générateurs diesel conventionnels pour l'alimentation de secours (onduleurs/UPS) sont de plus en plus mis à l'écart en raison des réglementations environnementales strictes. Air Liquide est un pionnier mondial de l'économie de l'hydrogène. Nous aidons les centres de données à mettre en œuvre de grands systèmes de piles à combustible à l'hydrogène qui fournissent une énergie immédiate et 100 % sans émissions en cas de panne de courant. Ainsi la boucle est bouclée vers un centre de données entièrement neutre sur le plan climatique.
Prêts pour le centre de données du futur ?
Les limites du refroidissement par air ne doivent pas freiner votre croissance. Contactez nos experts chez Air Liquide Belgique et élaborons ensemble un concept thermique et énergétique qui permettra à votre infrastructure informatique de répondre aux exigences de l'IA et du HPC – de manière plus efficace, plus sûre et plus durable que jamais.
Foire aux questions (FAQ) sur le refroidissement des centres de données
Le refroidissement par immersion avec des liquides est-il sûr pour mon matériel informatique ?
Oui, absolument. Les fluides spéciaux utilisés pour le refroidissement par immersion sont diélectriques, ce qui signifie qu'ils ne conduisent pas l'électricité. Comme les serveurs sont complètement isolés de l'air ambiant, ils sont en outre protégés contre la poussière, les fluctuations d'humidité et l'oxydation. Cela réduit drastiquement le taux de panne du matériel (Failure Rate) et prolonge la durée de vie de vos investissements informatiques.
Comment la nouvelle gestion thermique affecte-t-elle le PUE de mon centre de données ?
Le PUE (Power Usage Effectiveness) décrit le rapport entre la consommation totale d'énergie du centre de données et l'énergie utilisée purement pour l'infrastructure informatique. Alors que les installations refroidies par air présentent souvent des valeurs PUE de 1,5 à 2,0, les systèmes dotés de la technologie "Two-Phase Immersion Cooling" atteignent généralement des valeurs PUE de 1,05 à 1,1. Presque toute l'électricité fournie est directement allouée à la puissance de calcul.
Les centres de données existants peuvent-ils être convertis au refroidissement par immersion ou liquide direct ?
Une reconstruction complète (projet Greenfield) n'est pas toujours nécessaire. Il existe de nombreuses solutions de rétrofit où les centres de données existants sont modernisés progressivement ou partiellement, par exemple en créant des zones haute densité distinctes refroidies spécifiquement par des liquides, tandis que les baies classiques restent refroidies par air.
Quelle est la contribution des gaz et fluides industriels à la stratégie ESG et à la protection de l'environnement ?
Les effets positifs sont énormes. Outre les économies d'énergie électrique significatives, la consommation d'eau est complètement éliminée (Zero Water Cooling), alors qu'elle s'élève à des millions de litres par an avec les tours de refroidissement évaporatif classiques. De plus, la température de sortie élevée des fluides permet une récupération de chaleur (Waste Heat Recovery) très efficace. La chaleur résiduelle peut être injectée directement et avec peu de pertes dans les réseaux de chauffage urbain locaux pour chauffer les bâtiments environnants.
Quel rôle joue concrètement Air Liquide dans cette transition ?
Air Liquide agit en tant que partenaire technologique et d'approvisionnement global. Nous fournissons non seulement les gaz nécessaires au processus (par exemple, l'azote pour la purge et l'inertage des bassins d'immersion) et les solutions de protection contre les incendies, mais nous apportons également notre savoir-faire approfondi en matière de dynamique des fluides, de gestion de la pression et de construction d'installations. Grâce à notre expertise dans les matériaux semi-conducteurs (ALOHA™, EnScribe™) et les solutions hydrogène, nous vous accompagnons de manière globale vers l'avenir.
Vous avez des questions ? Alors remplissez le formulaire de contact!
Nos experts vous rappellent dans les 24 heures!