Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
Cet article traite de la consommation énergétique des data centers. Il en explique les causes et présente de nombreuses solutions techniques pour la réduire : contrôle de la consommation des serveurs, refroidissement gratuit, refroidissement à eau, réutilisation de la chaleur, etc. Différents exemples de data centers économes en énergie et écoresponsables, incluant ceux des GAFA, sont analysés. Il est nécessaire de recourir conjointement aux énergies renouvelables et aux économies d’énergie pour atteindre le niveau zéro émission. Mais, vu la variabilité des énergies renouvelables, une autonomie énergétique n’est envisageable qu’en mettant en œuvre un stockage d’énergie, en particulier par hydrogène en utilisant des piles à combustible.
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This paper studies the data center energy consumption. It explains its root causes and the different technical solutions to reduce it: server power consumption control, free cooling, water cooling, waste heat reuse, etc. Different examples of data centers (including GAFA’s) which became energy efficient and eco responsible are analyzed. Renewable energy jointly with energy efficiency are the only way to reach zero emission. But, given the variability of renewable energy, partial or total autonomy can only be reached by storing energy, in particular using hydrogen and fuel cells.
Auteur(s)
-
Luigi BROCHARD : Président et co-fondateur de Luigi Brochard Consulting et Energy Aware Solutions S.L. ex-Distinguished Engineer chez IBM puis Lenovo
INTRODUCTION
Les data centers représenteront vraisemblablement 8 % de la consommation électrique mondiale en 2030 et leur consommation va croître de façon exponentielle si rien n’est fait pour la réduire. En 2014, le Conseil européen a adopté un cadre d’action énergie-climat pour la période 2021-2030. Il s’agit de réduire les émissions de gaz à effet de serre d'au moins 40 % (par rapport aux niveaux de 1990), de porter la part des énergies renouvelables à au moins 32 %, et d’améliorer l'efficacité énergétique d'au moins 32,5 %. En septembre 2020, dans le cadre du Green Deal , la commission européenne a proposé de porter l’objectif de réduction des émissions de gaz à effet de serre en 2030 de 40 % à 55 %, pour atteindre la neutralité carbone en 2050 . D’autres pays dans le monde suivent la même démarche y compris la Chine qui a annoncé vouloir atteindre la neutralité carbone en 2060 .
On ne peut y arriver qu’en réduisant la consommation d’énergie ainsi que l’utilisation des énergies fossiles.
Dans ce cadre, la neutralité carbone en 2050 ou 2060 ne pourra être atteinte sans la prise en compte des data centers.
Pour rendre les data centers moins consommateurs d’électricité, la première étape consiste à réduire la consommation des serveurs et des systèmes de refroidissement. Cependant l’électricité consommée par les serveurs et les équipements informatiques du data center est entièrement transformée en chaleur. La deuxième étape pour rendre un data center moins énergivore sera donc de réutiliser la chaleur fatale de ces équipements. Si ces solutions sont mises en œuvre, la consommation d’un data center peut être réduite de presque 50 %, et ce quelle que soit sa situation géographique.
À ce stade, un data center, quoique plus économe en énergie, n’est pour autant ni à zéro émission ni autonome en énergie. La troisième étape consiste à remplacer les énergies fossiles utilisées pour son alimentation par des énergies renouvelables. Cette électricité peut être achetée à des fournisseurs (ce qui est déjà fait par certains GAFA) ou produite localement par des panneaux photovoltaïques ou des éoliennes. Cependant la production d’électricité utilisant des énergies renouvelables est variable et la consommation d’un data center varie également. Pour gérer cette situation, le data center peut vendre cette électricité verte en situation de surplus et en acheter en situation de déficit. Ce data center sera ainsi à zéro émission et partiellement autonome en énergie. Pour rendre ce data center totalement autonome, il conviendra de stocker l’énergie quand il y a surplus et d’utiliser cette énergie pour produire de l’électricité quand il y a déficit. C’est ce qu’apporteront les piles à combustible qui stockent l’électricité sous forme d’hydrogène et produisent de l’électricité en réutilisant l’hydrogène stocké.
MOTS-CLÉS
GAFA Efficacité énergétique Neutralité Carbone Refroidissement des serveurs Réutilisation de la chaleur fatale
KEYWORDS
GAFA | energy efficiency | carbon neutrality | servers cooling | waste heat reuse
DOI (Digital Object Identifier)
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5. Glossaire
ACF ; Advanced Cooling Facility
Sous-comité de l’Open Compute Project en charge de faciliter l’intégration des techniques avancées de refroidissement dans les data centers
ASHRAE ; American Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineers
Association d’ingénieurs qui produisent des recommandations techniques sur les techniques de refroidissement applicables aux data centers
Cache ; cache
Une mémoire cache (appelée aussi cache ou ante mémoire) est un type de mémoire beaucoup plus rapide que la mémoire classique mais de taille bien plus petite qui permet au processeur d’accéder en quelques cycles à des données qu’il réutilise fréquemment. Ces données sont remplacées dès que le cache a besoin de place pour stocker de nouvelles données utilisées par le processeur.
Chaleur fatale ; waste heat
Chaleur produite par des équipements informatiques. Elle peut être réutilisée pour chauffer des bâtiments, des piscines ou produire du froid en utilisant un refroidisseur par adsorption.
Docker ; docker
Technologie qui permet de créer des applications qui vont fonctionner de façon isolée dans des conteneurs. Différents conteneurs vont pouvoir s’exécuter de façon isolée sur une même machine physique comme il est possible avec des machines virtuelles (VM).
GAFA ; Google Amazon Facebook Apple
Acronyme pour désigner les grandes entreprises des réseaux sociaux et du cloud ayant transformé notre utilisation d’Internet
Neutralité carbone ; carbon neutrality
Définit une entreprise neutre en émission carbone, c’est-à-dire sont les émissions exprimées en équivalent CO2 sont nulles ou compensées
Zéro émission nette ; net zero emission
Définit une entreprise neutre en émission carbone, c’est-à-dire sont les émissions exprimées en équivalent CO2 sont nulles ou compensées.
Zéro émission ; zero emission
Définit une entreprise dont toutes les émissions exprimées en équivalent CO2 sont nulles.
Autonomie énergétique ; energy autonomy
Définit une entreprise dont tous les besoins sont couverts par des énergies renouvelables produites par lui-même localement. Elle peut être...
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Commission Européenne - A European Green Deal. - https://ec.europa.eu
-
(2) - Commission Européenne - Cadre d’action en matière de climat et d’énergie d’ici à 2030. - (2014). https://ec.europa.eu
-
(3) - La Chine surprend en s’engageant à atteindre la neutralité carbone d’ici à 2060. - (2020). https://www.lemonde.fr
-
(4) - ASHRAE Data Center Storage Equipment - Thermal Guidelines, Issues, and Best Practices. - (2015). https://tc0909.ashraetcs.org
-
(5) - MOORE (G.E.) - Cramming more components onto integrated circuits. - Electronics, Volume 38, Number 8 (1965).
-
(6) - DENNARD (R.H.), GAENSSLEN (F.), YU (H.), RIDEOUT (L.), BASSOUS (E.), LEBLANC (A.) - Design of ion-implanted...
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