Guide des meilleures pratiques en matière d'efficacité énergétique des centres de données (Améliorez votre PUE)

Temps de lecture : 10 minutes

Le présent Centre de données Le guide des meilleures pratiques en matière d'efficacité énergétique a été conçu pour aider les centres de données à réduire leur principal coût d'exploitation : la consommation d'énergie.

La consommation de données poursuivant sa croissance exponentielle, les centres de données devront maximiser leur efficacité énergétique pour éviter d'être paralysés par les coûts de l'énergie.

Cet article présente les meilleures pratiques que les centres de données peuvent suivre pour améliorer leur efficacité énergétique.

D'abord et avant tout : Mesurer pour améliorer

Comme le dit si souvent Peter Drucker :

Si vous ne pouvez pas le mesurer, vous ne pouvez pas l'améliorer.

Avant d'envisager l'une des autres stratégies présentées dans cet article, il est important que vous ayez déjà mis en place un système de mesure.

Google est tellement attaché à la précision de ses mesures qu'il échantillonne son efficacité énergétique (PUE) au moins une fois par seconde.

En effectuant des mesures tout au long de l'année, vous tenez compte des variations climatiques saisonnières et de leurs effets sur la consommation de refroidissement du centre de données.

Le centre d'expertise pour l'efficacité énergétique dans les centres de données dispose d'une guide utile sur la mesure de l'efficacité énergétique des centres de données.

Refroidissement

Les équipements de refroidissement sont responsables d'une grande partie de la consommation d'énergie d'un centre de données. Pour les centres de données l'infrastructure Pour les spécialistes, il est essentiel de trouver de nouveaux moyens d'améliorer l'efficacité de l'utilisation de l'énergie (PUE), et c'est pourquoi le refroidissement est d'un intérêt primordial.

Parmi les équipements de refroidissement, ce sont les refroidisseurs et les CRAC qui consomment le plus d'énergie, et il est donc essentiel de minimiser leur charge de travail pour améliorer l'efficacité.

Meilleures pratiques standard en matière d'efficacité énergétique pour des gains faciles

• Pour la plupart des centres de données moyens, l'utilisation du confinement des allées chaudes et des allées froides pour améliorer l'efficacité du refroidissement de l'air est très répandue et facile à mettre en place dans les centres de données existants. Il permet d'isoler et d'éliminer le chaos thermique et les points chauds.
  • Pour mieux séparer les allées, la meilleure pratique consiste à boucher les trous dans les fentes des racks avec des "plaques d'obturation" et à empêcher les fuites de chaleur.
• Depuis quelques années, l'utilisation de baies avec des unités de refroidissement liquide permet d'alléger la charge du refroidissement par air pour une fraction du coût de l'énergie, sans qu'il soit nécessaire de rénover le centre de données.
• Pour renforcer le refroidissement traditionnel de l'air par confinement, des économiseurs sont facilement disponibles pour utiliser le refroidissement "libre" lorsque l'environnement le permet, et réduire davantage la consommation d'énergie. Il faut simplement garder à l'esprit que l'air extérieur peut contenir des contaminants et de l'humidité et qu'il convient de le filtrer ou de s'en abstenir.
• Une autre méthode courante consiste à augmenter simplement la température ambiante du centre de données. La plupart des équipements fonctionnent parfaitement dans une allée froide à plus de 26°C, et l'augmentation de la température ambiante peut réduire considérablement les besoins en refroidissement
• La dynamique des fluides numérique peut être utilisée pour créer un modèle thermique de votre centre de données et optimiser le refroidissement et le flux d'air sans nécessairement devoir réorganiser le centre de données. La CFT peut être utilisée pour tester la façon dont le système réagit à diverses conditions et aider à identifier les zones problématiques à améliorer.
  • La CFD peut également être utilisée à bon escient lors de la conception d'un centre de données. Gardez à l'esprit que la modélisation est un processus incroyablement complexe qui interpole de vastes quantités de données, et que les outils ont des limites au moment où nous écrivons ces lignes, en 2018. Ils ne sont pas vraiment destinés à la surveillance en temps réel, et certaines imprécisions sont inévitables avec des calculs plus lourds.

Bien que les éléments susmentionnés soient largement adoptés en tant que meilleures pratiques standard, de nombreux centres de données n'ont pas mis à jour leur système de gestion des données. l'infrastructure récemment ou acquis les gains d'efficacité les plus faciles. Voici un diagramme de submer.com pour illustrer le concept d'allée froide/allée chaude :

Outre l'optimisation des paradigmes de refroidissement existants, il existe plusieurs autres méthodes de refroidissement qui peuvent apporter une amélioration significative de l'efficacité au-delà des pratiques standard.

L'une de ces méthodes est le refroidissement par évaporation directe.

Refroidissement direct par évaporation

Le refroidissement direct par évaporation (DEC) utilise la brumisation pour fournir le substrat nécessaire à l'évaporation. Si vous avez déjà vu les ventilateurs qui soufflent la brume à Las Vegas pour rafraîchir les vacanciers au bord de la piscine, vous avez vu ce mécanisme en action.

Voici un schéma du fonctionnement du refroidissement par évaporation directe, tiré du site dchuddle.com :

Selon Anne Wood, cadre chez Phoenix MFG, inc, il n'est pas rare de constater une augmentation de l'efficacité de 50% grâce au DEC. Cependant, il y a quelques considérations à prendre en compte :

Il est évident que pour utiliser eau pour le refroidissementLe centre de données devra avoir accès à un volume d'eau raisonnable.

Le refroidissement direct par évaporation nécessite également un système de purification de l'eau, de stockage de l'eau de secours, de pompage du brouillard et des régulateurs pour contrôler le débit et la pression de l'eau.

En outre, le refroidissement direct par évaporation introduit de l'humidité dans le centre de données, ce qui rend le refroidissement direct par évaporation plus viable dans certains cas d'utilisation que dans d'autres.

En particulier, les centres de données situés dans des climats plus secs et disposant d'un accès à l'eau bénéficieraient probablement d'une solution DEC.

Avant d'en envisager un, les capteurs d'humidité et la modélisation prédictive peuvent aider à prévoir si le DEC poussera les niveaux d'humidité ambiante de la pièce au-delà des limites standard de 60%.

Le refroidissement indirect par évaporation est une solution un peu moins courante, mais tout aussi viable, qui utilise le même concept.

Refroidissement indirect par évaporation

Il s'agit en fait de prélever de l'air chaud à l'extérieur du centre de données et de l'acheminer par l'intermédiaire d'un système de ventilation. échangeur de chaleur. Les échangeur de chaleur facilite l'évaporation et refroidit l'air lorsqu'il est envoyé dans le centre de données.

En même temps, l'humidité et la chaleur sont rejetées par l'échangeur. L'inconvénient est qu'un échangeur de chaleur perd quelques degrés de refroidissement par rapport au refroidissement direct par évaporation.

Le refroidissement indirect par évaporation nécessite également deux ventilateurs au lieu d'un seul, comme le refroidissement indirect par évaporation.

L'avantage du refroidissement indirect par évaporation est qu'il n'introduit pas d'humidité ou d'éléments extérieurs dans l'environnement du centre de données, ce qui peut ou non poser problème.

En résumé :

• Lorsque les particules extérieures ou l'humidité posent problème, le refroidissement indirect par évaporation est généralement plus approprié.
• Les centres de données qui ont accès à l'eau et qui ne se soucient pas des éléments extérieurs bénéficieront d'une plus grande efficacité grâce au refroidissement direct par évaporation.

La plus innovante des stratégies de refroidissement récentes est cependant le refroidissement par immersion.

Refroidissement par immersion

Alibaba s'est engagé à utiliser le refroidissement par immersion dans ses centres de données et estime qu'il permettra d'économiser de l'espace de 75%, d'augmenter la densité de puissance et de réduire les coûts d'exploitation de 20%.

En ce qui concerne les meilleures pratiques en matière d'efficacité énergétique des centres de données, le refroidissement par immersion sera très bientôt un standard sur cette liste.

La technologie de refroidissement par immersion d'Alibaba de datacenterdynamics.com:

Bien qu'elle soit très prometteuse pour réduire le PUE des centres de données, l'idée de l'immersion dans un liquide met mal à l'aise de nombreuses entreprises du secteur des technologies de l'information.

Au fur et à mesure que la technologie s'améliore et que les premiers utilisateurs se manifestent, il est devenu évident que le refroidissement par immersion n'est pas seulement viable, mais qu'il est impératif si les centres de données veulent répondre aux besoins croissants d'efficacité des centres de données modernes.

Dans les déploiements de centres de données à haute densité, le refroidissement par immersion sera probablement essentiel, mais les centres de données existants sont plus lents à adopter cette technologie.

Le refroidissement par immersion doit être envisagé sous l'angle du coût et du désordre, l'infrastructure le rééquipement, la compatibilité des disques durs, la compatibilité avec les fournisseurs, le poids, la sécurité, l'espace au sol et la consommation de ressources.

Bien qu'il s'agisse de préoccupations valables dans le cadre de projets de modernisation de grande envergure, elles ne présentent plus suffisamment d'inconvénients pour empêcher une adoption généralisée dans le cadre de déploiements futurs.

Nous allons examiner chacune d'entre elles à un niveau élevé.

Dépenses

Le refroidissement par immersion s'est accompagné d'un surcoût qui a compensé bon nombre de ses avantages en termes d'efficacité énergétique, en particulier pour les cas d'utilisation dans le cadre d'une rénovation. Les facteurs responsables de ces surcoûts sont les suivants :

Mess

Le fait est que l'huile et les autres fluides diélectriques peuvent augmenter les besoins en main-d'œuvre pour la maintenance. Cela varie en fonction du fournisseur de la solution utilisée.

Modernisation des infrastructures

Dans le passé, il n'existait pas de solutions d'immersion plus universelles. Cela nécessitait la mise en place d'un système d'immersion totale. centre de données ou un projet de construction à partir de zéro afin de s'adapter aux technologies de refroidissement liquide.

S'il n'est peut-être pas encore possible d'éliminer davantage d'éléments de l'héritage centre de données pour les nouvelles technologies de refroidissement, le refroidissement par immersion est le choix le plus efficace pour la plupart des nouvelles technologies de refroidissement. centre de données les constructions.

Compatibilité des disques durs

Les disques durs standard ne peuvent pas être immergés dans des systèmes de refroidissement liquide.

Cependant, l'essorage scellé lecteurs de disques sont une option, et les disques durs à semi-conducteurs occupent plus d'espace dans les systèmes modernes. centres de données.

En outre, des caddies modifiés peuvent être utilisés pour maintenir les drives au-dessus de la surface de l'huile.

Compatibilité des fournisseurs

Dans le passé, les vendeurs annulaient les garanties, mais comme le refroidissement par immersion s'est imposé dans les centres de données, il a été remplacé par un système de refroidissement par immersion. l'infrastructureLes vendeurs n'annulent plus les garanties en cas d'utilisation d'un système de refroidissement par immersion.

En outre, de nombreuses solutions de refroidissement par immersion, comme les GRC, sont compatibles avec tous les principaux systèmes de refroidissement par immersion. serveur et la plupart des configurations en rack.

Poids

Le poids a toujours été un défi pour le refroidissement par immersion liquide, et plus particulièrement pour les solutions montées en rack.

Le poids peut être une préoccupation valable, mais il est davantage dû à la densité du système qu'au poids du fluide.

En outre, refroidissement de l'air l'infrastructure n'est plus nécessaire avec le refroidissement par immersion, ce qui réduit considérablement le poids total en remplaçant les lourds CRAC/chillers/optimiseurs, etc.

Avec les capacités de chargement au sol des centres de données modernes et les économies d'espace du refroidissement par immersion, le poids ne devrait pas être une préoccupation préventive.

Sécurité

La plupart des systèmes de refroidissement par immersion utilisent des fluides ininflammables et non toxiques. Les glissades dues à des déversements de fluides sont une préoccupation légitime.

Espace au sol

L'une des plus grandes valeurs ajoutées du refroidissement par immersion est l'économie d'espace au sol qu'il permet.

Le refroidissement par immersion est peu encombrant et ne nécessite pas l'utilisation de tous les systèmes de refroidissement. l'infrastructure requis pour refroidissement de l'air.

Récapitulatif de la consommation des ressources : Systèmes de refroidissement

Le refroidissement par immersion consomme beaucoup moins d'énergie et d'eau que les autres options de refroidissement. La contribution des centres de données à la consommation mondiale de ressources augmentant, il sera de plus en plus essentiel d'améliorer l'efficacité de la consommation de ressources dans nos centres de données. l'infrastructure des systèmes d'alimentation en eau.

Sur la base de toutes les considérations pertinentes, de nombreuses entreprises réalisent la supériorité potentielle du refroidissement par immersion, l'une d'entre elles allant même jusqu'à construire un centre de données complet sous l'eau.

Bien qu'il ne soit peut-être pas viable pour votre centre de données, envisagez sérieusement le potentiel du refroidissement par immersion pour votre matériel.

Puissance

Distribution

On estime qu'un tiers de l'énergie des serveurs est gaspillée avant d'être utilisée pour les calculs.

Une grande partie est perdue au niveau de l'alimentation, où le courant alternatif est converti en courant continu, et au niveau du régulateur de tension, où la sortie de l'alimentation est convertie en tensions utilisées par les micropuces. Il est donc essentiel d'investir dans des blocs d'alimentation et des régulateurs de tension efficaces.

Un petit changement consiste à placer les batteries de secours sur les baies de serveurs elles-mêmes et à supprimer un étage de conversion de courant alternatif en courant continu.

Une autre bonne pratique consiste à placer les tensions les plus élevées plus près de l'unité d'alimentation que les tensions les plus basses, afin de réduire les pertes en ligne.

Batteries : Batteries Li-ion, VRLA ou Nickel-Zinc ?

Bien que ce ne soit probablement pas la première chose à laquelle vous pensez lorsqu'il est question de l'énergie des centres de données, les batteries font partie intégrante de l'alimentation des centres de données. Dans cette section, nous passerons en revue trois des principales options de batteries.

Les batteries plomb-acide à régulation par soupape (VRLA) sont la norme depuis des années, mais elles présentent des inconvénients par rapport à d'autres options :

Le VRLA est moins efficace sur le plan énergétique que les autres options

• Les VRLA sont très dangereux : l'électrolyte (acide sulfurique) qu'ils contiennent est corrosif, tandis que le plomb qu'ils contiennent peut, entre autres, endommager le système nerveux.
• Durée de vie de la batterie plus faible
• Plus lent à se recharger
• Moins de cycles de décharge
• Ininflammable

Les batteries Li-ion en revanche :

• ont un coût initial plus élevé
• Améliorer l'efficacité
• Durée de vie plus longue - souvent la durée de l'UPS
• Moins de décharge, charge plus rapide et plus de cycles de décharge
• sont inflammables (ne peuvent dépasser 104 degrés Fahrenheit)

Piles nickel-zinc (de ZincFive) :

• Chargez plus rapidement que l'un ou l'autre
• ont plus de cycles de décharge que les deux
• Autonomie comparable à celle des batteries Li-ion
• Densité de puissance plus élevée
• Faible puissance calorifique
• Ininflammable ou toxique
• Coût comparable à celui des systèmes au plomb haut de gamme, prix inférieur à celui des batteries Li-Ion à haut rendement.

Si la technologie nickel-zinc n'est pas nouvelle en soi, elle n'a jamais été appliquée de la même manière aux centres de données. Elle pourrait s'avérer une option plus sûre et plus respectueuse de l'environnement pour les centres de données.

Virtualisation

Grâce à la virtualisation des serveurs, un centre de données n'a pas besoin d'autant de serveurs pour gérer sa charge de travail.

Avec moins de serveurs, la consommation totale d'énergie peut être considérablement réduite. Bien que cela dépasse le cadre de cet article, Gartner a récemment publié une étude sur la consommation d'énergie des serveurs. mise à jour du paysage de la virtualisation.

Si vous utilisez une version obsolète et que vous envisagez de passer à Windows Server 2019, lisez notre... blog sur les principales fonctionnalités de Windows Server 2019 pour plus d'informations.

AI

L'IA peut s'avérer inestimable dans le centre de données, avec Google cite une augmentation de 40% de l'efficacité du refroidissement après avoir laissé DeepMind s'installer dans son centre de données.

S'il est peu probable que Google partage Deepmind en tant que logiciel libre de sitôt, d'autres entreprises comme Verdigris proposent des solutions potentielles pour tirer parti de l'apprentissage profond en vue d'améliorer l'efficacité énergétique des centres de données :

Il est inévitable que d'autres solutions apparaissent pour fournir des capacités similaires à l'avenir, bien que la piscine soit assez sèche pour l'instant.

Il est important de noter que les systèmes basés sur l'apprentissage profond et l'IA pour améliorer l'efficacité énergétique ne sont pas les mêmes que les outils de gestion de l'infrastructure des centres de données (DCIM).

DCIM

Le DCIM est fondamentalement différent de l'IA, en ce sens qu'il place toujours l'ensemble de l'action entre les mains des humains.

Les outils DCIM peuvent être utilisés pour optimiser les opérations des centres de données, mais avec la masse gargantuesque de données qu'ils gèrent, les outils ne peuvent tout simplement pas traiter et agir sur les informations comme le ferait une IA.

Cela dit, les systèmes DCIM spécifiques à l'énergie tels que Ecostruxure IT de Schneider Electric peut s'avérer incroyablement utile et plus accessible que les fruits du travail de l'IA.

Grâce à une meilleure visibilité des activités de votre centre de données, vous pouvez prendre des décisions plus éclairées, du moins jusqu'à ce que les programmes d'apprentissage en profondeur puissent s'en charger à notre place.

Les outils DCIM permettent aux gestionnaires et aux administrateurs de trouver ces serveurs et de nettoyer les charges de travail mal optimisées, ainsi que de gérer facilement les contrôles des bâtiments et de l'environnement pour une meilleure efficacité énergétique. 

Ne vous fiez pas uniquement aux outils : les meilleures pratiques en matière d'efficacité énergétique des centres de données impliquent des inspections manuelles afin d'obtenir des informations que les outils de réseau n'ont pas permis d'obtenir.

Conclusions : Amélioration de l'efficacité et économies d'énergie

En utilisant les techniques, les stratégies et les technologies présentées dans ce guide des meilleures pratiques en matière d'efficacité énergétique des centres de données, vous pouvez vous rapprocher progressivement de l'indice PUE parfait de 1,0, comme le font des entreprises telles que Google et Facebook, et profiter ainsi des économies de coûts d'exploitation et de la réduction de l'impact sur l'environnement qui découlent d'un centre de données plus efficace.

Bien qu'il y ait beaucoup de choses ici, il n'est pas nécessaire de s'attaquer à tout en même temps.

Savez-vous que votre système de refroidissement n'est pas à la hauteur des normes industrielles ? Vous pouvez peut-être vous adresser à des fournisseurs de solutions pour améliorer ce domaine.

Manquez-vous d'une véritable visibilité pour vous aider à gérer efficacement votre centre de données ? Commencez par évaluer le marché des outils DCIM pour vous aider à prendre des décisions éclairées.

Vous avez besoin de libérer de l'espace et vous avez des serveurs vieillissants ? Examinez les options de virtualisation de votre serveur avec l'équipe. Quel que soit le domaine, le fait d'aller de l'avant en déployant des efforts constants dans les domaines en retard sera presque toujours payant en termes d'OPEX ou d'amélioration de l'impact sur l'environnement.

Aller de l'avant : Tout doit être pris en compte pour assurer la pérennité des nouveaux centres de données

Les centres de données consommant de plus en plus d'énergie, nous devons être conscients de notre impact sur l'infrastructure, nos systèmes énergétiques et le monde.

La modernisation des centres de données existants ne se justifie que dans une mesure limitée, car de nombreuses solutions ne sont pas rentables et ne valent pas la peine d'être mises en œuvre dans les installations existantes.

Ces pratiques sont particulièrement importantes après la liquidation des centres de données existants et de construire les nouveaux.

Si vous vous interrogez sur le type de serveurs à acquérir pour un nouveau centre de données, n'oubliez pas de consulter nos articles sur les sujets suivants serveurs en boîte blanche et Comparaison des serveurs HPE et Dell pour trouver ce qui correspond le mieux à vos besoins.

Des centres de données plus efficaces sur le plan énergétique contribueront à les rendre plus rentables, tant pour les opérateurs de centres de données que pour les utilisateurs finaux, et à réduire l'impact de chaque centre de données. La demande de capacité des centres de données continuant d'augmenter, il sera de plus en plus important de mettre en place des systèmes plus efficaces pour équilibrer leurs besoins en énergie et maintenir les coûts à un niveau bas pour tout le monde.

Tant que nous nous efforçons d'améliorer notre efficacité énergétique, nous pouvons réduire au minimum notre impact sur l'environnement et profiter de cette grande bille bleue dans le ciel que nous appelons notre maison pour les années à venir.