Refroidissement liquide : le must-have pour assurer la protection des équipements informatiques hautes performances ?

Par Pierre Billmann, Directeur commercial France chez nVent

Les planificateurs d’installations, ingénieurs thermiciens, architectes et autres responsables de la mise en œuvre d’équipements informatiques puissants sont aujourd’hui confrontés à une équation difficile à résoudre : comment préserver une disponibilité maximale tout en réduisant au minimum les coûts opérationnels et la consommation d’énergie ?

Pour ce faire, tous les équipements devraient être maintenus en dessous d’un seuil de température donné. Or, face au regroupement très dense d’équipements connectés à hautes performances, les solutions classiques de refroidissement dans les datacenters, salles de serveurs et autres environnements informatiques emploient des technologies dérivées des systèmes de climatisation courants peinent à faire face à elles seules à l’augmentation des charges thermiques. En conséquence, la durabilité s’en trouve sacrifiée et les installations peuvent connaître des pannes, des interruptions imprévues et une explosion de leur facture énergétique.

Qu’il s’agisse des petits équipements décentralisés à la périphérie du réseau (edge computing), des environnements extrêmes ou des grands datacenters, il n’existe pas d’approche universelle en matière de gestion thermique. A air ou bien à eau, indirect ou direct, solutions standard ou personnalisées… Quels sont les aspects essentiels à prendre en compte pour faire son choix parmi les différents systèmes de refroidissement ?

Les différentes solutions de refroidissement

Les solutions avancées de gestion thermique aujourd’hui disponibles offrent la richesse, la flexibilité et la modularité nécessaires pour répondre aux besoins propres à chaque application et aux défis présentés par la charge thermique des divers équipements informatiques.

Pour rappel, les principales méthodes de refroidissement sont les suivantes :

• Refroidissement par air : la chaleur est transférée directement dans l’air ambiant, technique classique de refroidissement très répandue dans les datacenters.
• Refroidissement indirect par eau : la chaleur est transférée indirectement dans l’eau par l’intermédiaire d’un échangeur thermique air/eau situé à l’intérieur de la rangée ou d’une seule armoire.
• Refroidissement direct par eau : la chaleur est transférée directement à un élément de transfert thermique fixé sur l’équipement, par exemple une plaque froide.
• Refroidissement par eau hybride (direct et indirect) : les composants les plus énergivores bénéficient d’un refroidissement liquide sélectif par contact direct, tandis que le reste de l’armoire est refroidi par un dispositif air/eau secondaire, par exemple une porte arrière refroidissante.

Le refroidissement par air devient de moins en moins praticable dans les datacenters haute densité, face à l’augmentation des charges thermiques ainsi qu’à la densification des racks de serveurs qui entrave la circulation de l’air. Aujourd’hui, les solutions de refroidissement par air peuvent généralement gérer au maximum 10 kilowatts de manière économique. Les datacenters qui tentent d’y remédier en accroissant la vitesse de l’air peuvent rapidement se transformer en souffleries où il devient difficile de travailler. Dans ce contexte, les besoins énergétiques croissants accentuent la nécessité d’un système de refroidissement liquide dans la stratégie de gestion thermique.

Le refroidissement liquide : la panacée ?

En effet, pour les applications qui s’y prêtent, le refroidissement liquide offre un fort retour sur investissement (ROI) et un faible coût total de possession (TCO) en comparaison des autres méthodes de refroidissement. Ces dernières années, l’éventail des solutions de refroidissement liquide s’est étoffé, contribuant à répondre aux besoins de protection spécifiques des applications dans pratiquement tout environnement. Le liquide présente une capacité de transfert de chaleur beaucoup plus importante que l’air – 3500 fois supérieure – car il est plus dense.

Le refroidissement liquide par contact direct, consistant à placer une plaque froide directement sur les processeurs à l’intérieur du serveur, présente la meilleure efficacité énergétique. La plaque froide comporte des microcanaux internes ainsi qu’une entrée et une sortie où le liquide circule pour évacuer la chaleur. Les plaques froides minces utilisées dans le refroidissement liquide à contact direct ont également pour avantage d’occuper moins d’espace de rack que les dissipateurs thermiques classiques.

Cependant, si le refroidissement liquide offre des avantages considérables pour l’évacuation de la chaleur, la gestion de l’ensemble de la charge thermique d’un rack par cette seule méthode peut être se révéler superflue, et son coût prohibitif, pour certaines applications. Dans de nombreux cas, une solution hybride – combinant le refroidissement par liquide et par air – est souvent plus accessible et évolutive, en exploitant efficacement la grande capacité de transfert thermique des fluides. Par exemple, les systèmes les plus récents appliquent le confinement des allées et le refroidissement au niveau des racks. Ces modèles gagnent en efficacité et incorporent fréquemment un dispositif de transfert thermique air/liquide afin de mettre à profit la capacité supérieure des liquides dans ce domaine.

Choisir la solution adéquate en fonction de l’application

Afin de déterminer les technologies et configurations de refroidissement les plus efficaces pour un matériel informatique spécifique, il importe d’évaluer le profil thermique actuel et futur de l’environnement, puis de modéliser les modifications nécessaires d’infrastructure ou de configuration.

Ce faisant, il convient également de prendre en compte les facteurs essentiels suivants :

• La disposition des équipements informatiques, des unités de traitement de l’air, des systèmes de refroidissement à couplage étroit et de refroidissement liquide direct au sein du datacenter, de la salle des serveurs ou des autres environnements informatiques est critique pour l’utilisation efficace de l’espace et de la capacité de refroidissement disponibles.
• Besoins de refroidissement actuels et attendus à l’avenir, compte tenu des progrès technologiques potentiels, de la croissance de l’entreprise et d’autres objectifs.
• Normes actuelles ou imminentes, tendances, ainsi que réglementations applicables.
• Ressources comparées au retour sur investissement et au coût total de possession.
• Délais de modernisation des installations et la planification des investissements.

Mise en œuvre de la solution adéquate

Une fois déterminée la solution de refroidissement adaptée, il faudra rassembler les données pertinentes relatives aux besoins des équipements afin de faciliter une installation fluide et optimale. Cela implique de fournir des informations détaillées sur les équipements, leur configuration, leurs paramètres thermiques ainsi que les besoins de conception du circuit primaire et secondaire, de l’unité de distribution et de son architecture, etc. Et de dresser un plan de maintenance de routine.

Dans le cas d’une solution de refroidissement liquide, ce plan devra prévoir des inspections obligatoires programmées et la commande de pièces de rechange en avance afin que le fluide à l’intérieur du circuit demeure dans des conditions de fonctionnement sûr.