Traditionnellement, les centres de données exploités par nuage des fournisseurs comme AWS, Azure et Google Cloud se sont appuyés sur la climatisation et le refroidissement liquide pour maintenir les serveurs et d’autres équipements contre la surchauffe.
Cependant, ces méthodes de refroidissement sont inefficaces, coûteuses et gourmandes en ressources. Et cela est particulièrement vrai dans le cadre d’installations situées dans des climats tropicaux (par exemple Hong Kong ou Singapour), qui sont enfermées dans une bataille constante avec l’environnement.
Au cours des dernières années, l’attention s’est tournée vers le développement de nouveaux systèmes capables de refroidir les centres de données plus efficacement et de manière plus durable. Bien que quelques techniques différentes soient prometteuses, une en particulier se démarque : l’immersion liquide en deux phases.
Dans ce système, les racks de serveurs sont complètement immergés dans des réservoirs de fluide non conducteur. Lorsque le matériel commence à générer de la chaleur sous charge, le fluide commence à bouillir et à monter jusqu’au sommet du réservoir. Dans la deuxième phase du processus, un serpentin de condensation ramène le gaz à l’état liquide, qui retombe dans la chambre en dessous – et ainsi le cycle continue.
À la tête de la charge dans cet espace se trouve une société appelée LiquidStack, qui propose des réservoirs d’immersion pour une variété de tailles de racks. Bien que sa technologie ne soit pas encore largement utilisée, elle commence à susciter l’intérêt de certains des plus grands hyperscalers du monde.
« Le changement est toujours difficile dans l’industrie des centres de données ; le secteur est averse au risque et lent à évoluer », a déclaré Joe Capes, PDG de LiquidStack, lors d’une conversation avec TechRadar Pro. « Mais je prédis que nous verrons la première installation cloud à grande échelle n’utiliser qu’une immersion en deux phases au cours des douze prochains mois. »
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Une nouvelle identité
Fondé en 2012, LiquidStack a commencé sa vie sous une toute autre identité : Allied Control Ltd. À l’époque, l’ambition était de construire le tout premier centre de données minier Bitcoin à Hong Kong, à l’époque où la crypto-monnaie se négociait à seulement 13 $ l’unité.
Après avoir rejeté toutes les méthodes de refroidissement disponibles pour des raisons de coût, Allied Control a été contraint de développer sa propre technique en collaboration avec une société appelée 3M, qui fabrique désormais le fluide utilisé dans les réservoirs d’immersion LiquidStack.
En d’autres termes, l’immersion liquide a commencé comme un moyen d’atteindre une fin, une utilité dans la quête pour atteindre un objectif distinct. Mais au cours des dernières années, la nouvelle technologie de refroidissement est devenue l’objectif principal.
Bien qu’Allied Control pense toujours que le secteur de la cryptographie représente un marché adressable majeur, la société a pris la décision de pivoter l’année dernière pour se concentrer sur le calcul haute performance (HPC), le centre de données et la périphérie. Dans le cadre de ce processus, la société a été renommée LiquidStack.
Interrogé sur la justification du changement de nom et de direction, Capes a expliqué que l’équipe avait identifié les opportunités émergentes sur lesquelles elle était bien placée pour capitaliser.
« Nous voulions faire deux choses : tirer parti de la nette traction que l’immersion liquide avait gagnée dans l’industrie des centres de données depuis environ 2017, et également détacher notre entreprise du prix du Bitcoin », a-t-il déclaré.
« Je pense que c’était un choix vraiment judicieux, car cela nous a permis de diversifier notre segmentation de marché vers des zones à forte croissance, tout en profitant de l’occasion pour nous appliquer dans certains scénarios de cryptographie, où l’ajustement est bon. »
La stratégie semble porter ses fruits ; la société prend rapidement de l’ampleur et a récemment ajouté Microsoft à sa liste de clients. Le prochain défi auquel LiquidStack est confronté consiste à commercialiser à grande échelle l’immersion liquide en deux phases.
Le fluide parfait
L’ingrédient le plus important dans l’équation du refroidissement par immersion est le fluide diélectrique. Ces composés ont un ensemble d’attributs très spécifiques, ce qui signifie qu’ils sont capables de refroidir l’ordinateur matériel extrêmement efficace, mais sans causer de dommages.
LiquidStack utilise actuellement un fluide appelé Novec 7000 pour ses cuves d’immersion, fabriquées par 3M. Le fluide est non toxique, non conducteur et a un point d’ébullition bas de seulement 34 degrés Celsius (93 degrés Fahrenheit), ce qui est parfait pour les scénarios de refroidissement par immersion en deux phases.
Contrairement à l’immersion à base d’huile, les fluides comme Novec 7000 sont également ininflammables, il y a donc moins de risque qu’un centre de données s’enflamme, avec des conséquences désastreuses pour les clients de hébergement Web, hébergement bare metal, hébergement de serveur et colocation fournisseurs.
« Ces fluides ont été conçus à l’origine pour nettoyer les composants informatiques sur les cartes de circuits imprimés et à l’intérieur des serveurs », a expliqué Capes. « Et ils sont encore largement utilisés comme solvant doux dans l’industrie des semi-conducteurs. »
« Lorsque vous retirez un serveur de ce fluide, il est sec en 30 secondes. C’est un énorme avantage du point de vue de la facilité d’entretien.
Cependant, les mêmes attributs qui font de ces fluides d’excellents solvants posent également des défis dans un contexte de centre de données ; le taux élevé d’évaporation signifie qu’il est facile de perdre de grandes quantités de liquide et rapidement.
Pour cette raison, les réservoirs LiquidStack sont hermétiquement fermés en fonctionnement (Capes dit que ni la poussière ni l’air ne peuvent pénétrer) et conçus de telle sorte que seul un minimum de liquide est perdu lorsque le matériel est échangé dans et hors.
La prochaine génération de fluides diélectriques est cependant la plus excitante. Selon Capes, des entreprises comme 3M, Chemours et d’autres sont sur le point de développer des fluides avec un potentiel de réchauffement global (PRG) presque nul.
En remplaçant les fluides frigorigènes de datacenter appauvrissant la couche d’ozone (comme le R410A et le R407c) par des fluides diélectriques à GWP nul et en remplaçant les techniques de refroidissement énergivores par l’immersion, LiquidStack espère réduire considérablement l’impact environnemental de l’industrie des datacenters. .
« Cette année seulement, les datacenters vont consommer 300 milliards de litres d’eau pour rejeter la chaleur extérieure. La capacité de ramener ce nombre à zéro est transformationnelle », a déclaré Capes.
« Mon ambition est d’atteindre un jour où il n’y a pas d’eau évaporée pour le rejet de la chaleur. Cela seul pourrait apporter un énorme avantage à la planète. »
Amélioration des performances
Cependant, la possibilité de rendre les installations des centres de données plus durables n’est en aucun cas le seul avantage de l’immersion dans les liquides ; nouvelle recherche de Microsoft montre que la technique a également le potentiel de débloquer des gains de performances considérables.
« La capacité de calcul a toujours été à la hausse en raison des améliorations technologiques constantes dans l’industrie de la fabrication et de l’emballage des semi-conducteurs. Cette croissance des capacités de calcul s’accompagne généralement d’une forte augmentation de la densité du flux de chaleur », expliquent les chercheurs.
« Les technologies de refroidissement par air de pointe ralentissent après un certain niveau de flux de chaleur et nécessiteraient des dissipateurs de chaleur plus gros qui entraînaient un flux d’air énorme, ce qui peut ne pas être souhaitable du point de vue du fonctionnement du centre de données. Par conséquent, une recherche de techniques avancées de gestion thermique est tout à fait impérative. »
Selon les données collectées par Microsoft, qui est expérimenter avec les réservoirs d’immersion LiquidStack dans ses installations Azure, certains chipsets de serveurs peuvent être overclockés de plus de 20 % grâce à la gestion thermique supérieure proposée.
La possibilité de terminer des charges de travail d’IA exigeantes nettement plus rapidement avec le refroidissement par immersion pourrait avoir des conséquences majeures dans presque tous les secteurs, de la finance et de la pharmacie à la fabrication et plus encore. Il est possible que nous nous soyons retrouvés avec des vaccins Covid encore plus tôt, par exemple.
Comme l’explique Capes, l’immersion ouvre également des opportunités dans le contexte de la conception des racks et de l’aménagement des installations. Parce qu’il n’y a plus besoin de dissipateurs thermiques encombrants, un plus grand nombre de serveurs peut être compressé dans une zone beaucoup plus petite.
En théorie, cela signifie que la densité de calcul des installations du centre de données pourrait être augmentée d’une marge significative, sans qu’il soit nécessaire de mettre à niveau les processeurs de serveur ou d’étendre l’empreinte physique.
Il existe également des ramifications majeures à la périphérie, où l’espace est précieux, mais de plus en plus d’informatique devraient avoir lieu dans les années à venir. La capacité de compresser une plus grande puissance de calcul dans un espace plus compact pourrait permettre une gamme de nouveaux cas d’utilisation de l’informatique de pointe dans les environnements suburbains et même urbains, réduisant la latence à presque zéro.
Capes dit même qu’il est possible que le refroidissement par immersion liquide se répercute sur le secteur de la consommation dans une certaine mesure, ouvrant peut-être la voie à la prochaine génération de plates-formes de jeu monstrueuses.
« Fondamentalement, nous vivons une période vraiment excitante. Je pense que le changement est difficile, mais c’est très réel et nous expérimentons une grande traction sur le marché », a ajouté Capes.
« Nous assistons à une véritable renaissance de l’industrie des semi-conducteurs et du matériel informatique, ce qui ne fera qu’accélérer l’immersion dans les liquides. »
