Le besoin de traiter des quantités massives de données est essentiel pour soutenir le mode de vie des gens et le fonctionnement des entreprises. L’IA/ML, le commerce électronique, la navigation et d’autres technologies modernes dépendent de la puissance de calcul fournie par les centres de données. La puissance de calcul est souvent assimilée au volume, c'est-à-dire à la quantité de processus terminés en un temps donné. Mais les intrants sont tout aussi importants. Une alimentation électrique adéquate est essentielle pour permettre des performances maximales. Cet article de Bel explore les avantages des alimentations électriques en titane dans les applications de centre de données.
Le point commun entre toutes les grandes tendances technologiques récentes est qu’elles nécessitent toutes une puissance de calcul considérable. L'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique (IA/ML) peuvent nécessiter d'énormes quantités de puissance de calcul pour exécuter des algorithmes spécifiques ; des superordinateurs sont souvent utilisés pour effectuer le traitement. L’IA/ML nécessite également souvent d’énormes quantités de données pour entraîner correctement les algorithmes. À l'instar du cloud computing, le stockage et le traitement de ces informations nécessitent des centres de données bourrés de serveurs, de routeurs et de commutateurs, qui consomment tous de grandes quantités d'énergie.
L'efficacité est de plus en plus importante dans le calcul haute performance
Cette nouvelle génération d’informatique impose des exigences strictes aux composants et aux systèmes nécessaires au fonctionnement de ces machines. Dans toutes ces applications informatiques, l’alimentation électrique est d’une importance capitale. Il ne suffit plus de « simplement » fournir de l’électricité. Des contraintes thermiques doivent être respectées, une plus grande efficacité énergétique doit être obtenue, une redondance doit être mise en place et une grande fiabilité est requise.
Tout système informatique bien conçu prendra en compte tous ces facteurs. En fait, les réglementations et les certifications commencent à régir certaines de ces exigences et à aider à identifier les alimentations électriques qui répondent à certains critères.
80 PLUS en est un exemple. Elle fixe des exigences strictes en matière d'alimentations électriques, garantissant ainsi leur efficacité énergétique. Les spécifications exigent que les alimentations atteignent au moins 80 % d'efficacité énergétique à différents niveaux de charge : 20 %, 50 % et 100 %. Par exemple, pour bénéficier de la certification de base 80 PLUS, une alimentation électrique doit fonctionner à 80 % d’efficacité aux charges spécifiées. Les normes deviennent progressivement plus strictes pour les certifications supérieures comme Bronze, Argent, Or, Platine et Titane.
Qu'est-ce que le programme 80 PLUS ?
Le programme 80 PLUS est un programme de certification lancé au début des années 2000. Il a été initialement mis en place par Ecos Consulting mais est désormais géré par CLEARResult. Il s’agit d’un programme volontaire qui aide les fabricants à promouvoir des conceptions économes en énergie destinées à être utilisées dans les ordinateurs. Pour être conformes à la certification 80 Plus, les alimentations électriques doivent avoir une efficacité d'au moins 80 % à 20 %, 50 % et 100 % de la charge nominale et doivent atteindre un facteur de puissance de 0,9 ou plus à 100 % de charge.
Mais que sont exactement l’efficacité énergétique et le facteur de puissance ?
Calcul de l'efficacité des alimentations électriques
L’efficacité énergétique est peut-être la mesure la plus connue des deux. En termes simples, l’efficacité de l’alimentation électrique est le rapport entre la puissance de sortie et la puissance d’entrée totale, exprimé en pourcentage.
Efficacité [%] = x 100
Équation 1
En raison des effets non idéaux des composants électroniques utilisés dans les alimentations électriques, une efficacité de 100 % n'est pas possible. Ces effets peuvent être des pertes de commutation et de conduction dans des composants actifs, tels que les transistors et les redresseurs, des pertes résistives dans les fils, les enroulements, les pistes du CI et des pertes de courant alternatif dans le transformateur. L'énergie perdue dans ces composants est généralement dissipée sous forme de chaleur, ce qui peut créer des problèmes supplémentaires.
Calcul du facteur de puissance
Le facteur de puissance est un peu plus complexe. Il s'agit d'un rapport entre la puissance réelle et la puissance apparente ayant pour valeur maximale un. La puissance réelle, mesurée en watts, fait référence à la puissance qui effectue un travail et qui est consommée par l'alimentation électrique et la charge. 90 degrés de déphasage par rapport à la puissance réelle correspond à la puissance réactive, mesurée en volts-ampères réactifs (VAR). Le courant réactif circule simplement dans le système sans effectuer de travail. La puissance apparente est la grandeur de la somme vectorielle de la puissance réelle et réactive, qui est également égale au produit de la tension et du courant.
Figure 1. Triangle de puissance montrant les composantes réelles et réactives et le vecteur de puissance apparente résultant.
Facteur de puissance =
Équation 2
Dans un circuit purement résistif, le facteur de puissance est de 1 et toute la puissance apparente produit du travail. Cependant, lorsque des composants réactifs tels que des inducteurs et des condensateurs sont introduits dans des circuits et des charges, la forme d'onde du courant se déplace par rapport à la tension et le facteur de puissance diminue en raison de l'ajout de puissance réactive. Dans les circuits non linéaires, tels que les alimentations à découpage, il faut également se soucier des harmoniques. Le courant harmonique est réactif et réduit donc également le facteur de puissance.
L’impact d’un faible facteur de puissance est une augmentation du courant d’entrée. Cela conduit à des réseaux de câblage et de distribution plus grands et plus coûteux, à une capacité réduite sur les circuits de dérivation et à une augmentation des coûts.
Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles un concepteur choisirait une alimentation certifiée 80 Plus plutôt que d’autres qui ne le sont pas. L’une des principales raisons est le coût. Des alimentations plus efficaces se traduisent par moins de gaspillage d’énergie. Cela signifie que des alimentations électriques plus efficaces peuvent contribuer à réduire les coûts de fonctionnement des installations de plus grande taille. L'énergie gaspillée est généralement dissipée sous forme de chaleur, nécessitant souvent des systèmes de refroidissement qui non seulement augmentent les coûts, mais peuvent également occuper un espace précieux et créer du bruit inutile. Moins de chaleur et moins (ou pas) de ventilateurs en fonctionnement contribuent également à prolonger la durée de vie d'un produit et la fiabilité globale d'un système.
Niveaux d'efficacité 80 PLUS
Comme son nom l'indique, lors de son introduction initiale, la certification 80 Plus exigeait uniquement que les alimentations électriques soient efficaces à 80 % au moins à 20 %, 50 % et 100 % de charge. Ce niveau d’efficacité est désormais connu sous le nom de 80 Plus Basic. Depuis le lancement du programme, cinq niveaux de certification supplémentaires ont été ajoutés. Le programme 80 Plus comprend désormais les niveaux de certification suivants :
Figure 2 : niveaux actuels de 80 Plus.
Chacune de ces certifications est divisée en sous-catégories en fonction de la tension d'entrée CA. Cela aide les fabricants à cibler différentes régions du monde. Ces sous-catégories incluent 115 V interne non redondant, 230 V interne redondant, 115 V industriel, 230 V interne UE non redondant et 380 V CC.
Les différents niveaux de certification, ainsi que 3 des différentes sous-catégories, sont décrits dans le tableau ci-dessous. Il convient également de souligner que le niveau de certification le plus élevé, 80 Plus Titanium, a introduit une charge nominale supplémentaire de 10 %.
Les alimentations électriques sont généralement les plus efficaces entre 50 % et 75 % de leurs charges nominales. Cependant, avec des charges plus légères, l'efficacité de l'alimentation électrique peut chuter considérablement. En effet, à l’exception des alimentations certifiées Titanium, toute alimentation certifiée 80 Plus peut chuter en dessous de 80 % d’efficacité à des charges inférieures à 20 %. Cela étant dit, le niveau de certification Titanium exige que toutes les alimentations soient efficaces à au moins 90 % à 10 % de leur charge nominale.
| 80 Plus Type de test |
115 V interne non redondant |
230 V interne redondant |
230 V UE interne non redondant |
|||||||||
| % de la charge nominale | 10% | 20% | 50% | 100% | 10% | 20% | 50% | 100% | 10% | 20% | 50% | 100% |
| 80 PLUS | S.O. | 80% | 80% | 80% | - | - | - | - | - | 82% | 85% | 82% |
| 80 PLUS Bronze |
S.O. | 82% | 85% | 82% | - | 81% | 85% | 81% | - | 85% | 88% | 85% |
| 80 PLUS Argent |
S.O. | 85% | 88% | 85% | - | 85% | 89% | 85% | - | 87% | 90% | 87% |
| 80 PLUS Or |
S.O. | 87% | 90% | 87% | - | 88% | 92% | 88% | - | 90% | 92% | 89% |
| 80 PLUS Platine |
S.O. | 90% | 92% | 89% | - | 90% | 94% | 91% | - | 92% | 94% | 90% |
| 80 PLUS Titane |
90% | 92% | 94% | 90% | 90% | 94% | 96% | 91% | 90% | 94% | 96% | 94% |
Tableau 1 : niveaux d'efficacité 80 PLUS pour les alimentations électriques CA/CC internes
Importance d'une efficacité élevée
Réduire la consommation d’énergie – être vert ou respectueux de l’environnement – est un avantage en soi, mais améliorer l’efficacité des alimentations électriques est également important en termes de coût. Les parcs de serveurs et les centres de données peuvent économiser des sommes considérables en intégrant des alimentations électriques plus efficaces dans leurs systèmes.
L'énergie gaspillée est calculée avec l'équation suivante :
Pwaste
Équation 3
Ainsi, par exemple, une alimentation certifiée Or de 1 000 W perdrait 87 W d'énergie à pleine charge. Cela suppose une alimentation non redondante de 230 V avec une efficacité de 92 %. En revanche, une alimentation équivalente de 1 000 W certifiée Titane (efficacité de 96 %) ne perdrait que 42 W d'énergie, soit une réduction de 52 % de la dissipation de puissance.
Il y a 8 760 heures dans une année. En supposant que l'alimentation électrique fonctionne en permanence, nous pouvons calculer l'énergie totale consommée par an en kWh comme suit : (1 000 W + 87 W) * (8 760 heures/an) / (1 000 W/kW) = 9 522 kWh/an.
De même, pour une alimentation avec une efficacité de 96 %, cela équivaudrait à 9 128 kWh. À environ 0,15 $ par kWh, la différence de 394 kWh par an peut ne pas sembler importante au premier abord (environ 59 $ par alimentation électrique par an), mais n'oubliez pas que nous ne comparons qu'une seule alimentation. Les centres de données et les parcs de serveurs disposent de milliers de racks d'équipements, nécessitant chacun plusieurs alimentations électriques. Les économies commencent à s’accumuler très rapidement et peuvent facilement atteindre des centaines de milliers de dollars.
Figure 3 : comparaison de la dissipation de puissance entre les alimentations électriques classées Platine et Titane.
L'avenir des alimentations électriques à haut rendement
À mesure que les centres de calcul deviennent plus grands et que les applications deviennent plus exigeantes, les alimentations électriques à haut rendement seront plus importantes que jamais. Elles contribueront non seulement à réduire les coûts et à assurer la fiabilité, mais également à rendre les systèmes possibles en réduisant la chaleur et l'espace nécessaires. Certaines solutions idéales incluent des alimentations électriques telles que la gamme d'alimentations électriques certifiées Titane de Bel Power Solutions.
Figure 4 : alimentations électriques frontales CA/CC TEC1300, TET1500 et TET3600.
Bel Power Solutions propose 14 familles d’alimentations et plus de 30 produits qui répondent tous au niveau de certification Titanium 80 Plus. La vaste expérience de Bel dans la conception d'équipements électroniques permet à Bel d'offrir l'une des plus vastes sélections de designs frontaux certifiés Titane. Si quelque chose de différent est nécessaire, Bel Power Solutions propose également la possibilité d'alimentations électriques personnalisées. Les clients peuvent prendre contact pour obtenir une solution personnalisée conçue pour répondre à leurs besoins spécifiques.